基于云計(jì)算的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式研究

韋國森

南京審計(jì)大學(xué)信息工程學(xué)院 江蘇南京 211815

在現(xiàn)今的復(fù)雜市場環(huán)境下，企業(yè)競爭壓力不斷加大。為適應(yīng)競爭，企業(yè)不斷調(diào)整經(jīng)營策略。然而隨著信息技術(shù)的發(fā)展，世界已進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代。大數(shù)據(jù)意味著主流計(jì)算機(jī)軟件涉及的數(shù)據(jù)量太大，無法在一定時(shí)間內(nèi)收集、分析、處理或轉(zhuǎn)換，這使得決策者很難根據(jù)這些信息做出決策[1]。在大數(shù)據(jù)環(huán)境中，企業(yè)的決策活動(dòng)取決于其管理信息資源的能力。這與通過信息系統(tǒng)和信息網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的傳統(tǒng)信息資源管理不同。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，信息資源管理需要更強(qiáng)大的收集、存儲(chǔ)、計(jì)算和傳輸能力。因此，傳統(tǒng)企業(yè)正面臨著能夠利用云計(jì)算等先進(jìn)信息技術(shù)適應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代的新興實(shí)體的挑戰(zhàn)。而企業(yè)也需要大量能夠熟練使用云計(jì)算服務(wù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析的專業(yè)人才[2]。

1 云計(jì)算對大數(shù)據(jù)分析的作用

為提高市場競爭力，企業(yè)通常采取多元化經(jīng)營方式適應(yīng)市場變化。這使得企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)和管理變得更加困難。生產(chǎn)技術(shù)、供應(yīng)鏈系統(tǒng)、市場和客戶的差異化等因素導(dǎo)致各種產(chǎn)品的不同生產(chǎn)決策。因此，企業(yè)對于信息分析的要求使得基層人員需具備較高的決策能力，幫助企業(yè)減少中層管理人員，從而減少?zèng)Q策與行動(dòng)之間的延誤[3]。在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，底層員工獲取和利用數(shù)據(jù)的能力大大提高，決策者正在從管理轉(zhuǎn)向低級(jí)別的員工，決策者的復(fù)雜關(guān)系和整個(gè)企業(yè)的參與性特征日益凸顯，這也為高校畢業(yè)生提出了更高的要求[4]。

為了適應(yīng)大數(shù)據(jù)環(huán)境帶來的競爭。云計(jì)算平臺(tái)在大數(shù)據(jù)應(yīng)用中發(fā)揮著越來越重要的作用。如何有效利用云計(jì)算的優(yōu)勢進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析成為很多高校的新興專業(yè)。云計(jì)算的核心思想是將大量計(jì)算資源鏈接到統(tǒng)一管理網(wǎng)絡(luò)中。它形成資源池以按需為學(xué)生提供服務(wù)。憑借其獨(dú)特的并行處理能力，云計(jì)算擴(kuò)展了數(shù)據(jù)處理和分析的方法。對于一個(gè)組織的信息化而言，云計(jì)算意味著組織的信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、應(yīng)用與維護(hù)效率的極大提升[5]。因此，在實(shí)踐教學(xué)中，云計(jì)算環(huán)境下大量的決策信息和云計(jì)算環(huán)境中強(qiáng)大的處理能力可以為學(xué)生提供強(qiáng)有力的計(jì)算和決策支持。而且云計(jì)算平臺(tái)的統(tǒng)一管理和調(diào)度可以按需為學(xué)生提供服務(wù)。

大數(shù)據(jù)和云計(jì)算是互補(bǔ)的。從技術(shù)角度來看，大數(shù)據(jù)依賴于云計(jì)算。通過云計(jì)算對大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、總結(jié)和預(yù)測，增強(qiáng)了決策的可靠性，釋放出大數(shù)據(jù)的內(nèi)在價(jià)值。它們帶來了一個(gè)新的決策模型，即數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型決策。隨著內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)量的急劇增加，組織中每個(gè)人獲得信息的機(jī)會(huì)都會(huì)增加，這使得決策者在組織層次上更加多樣化，層次更低。同時(shí)，企業(yè)決策者的角色被改變。從而使決策組織結(jié)構(gòu)逐漸趨于扁平化，決策權(quán)分配趨于分散[6]。

在云計(jì)算環(huán)境下，以信息系統(tǒng)和在線應(yīng)用作為數(shù)據(jù)采集的方式，企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的跟蹤和采集，并映射集成到數(shù)據(jù)倉庫中。然后，企業(yè)使用智能分析工具，通過不同的應(yīng)用場景挖掘有用的數(shù)據(jù)。同時(shí)，數(shù)據(jù)挖掘可以為分析、預(yù)測和控制提供有用的資源。最終讓企業(yè)可以實(shí)現(xiàn)高效的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)。這個(gè)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)基于現(xiàn)有的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并匹配一系列相關(guān)功能，成為統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)云計(jì)算平臺(tái)[7]。

由此可見，云計(jì)算平臺(tái)對于大數(shù)據(jù)分析有著重要的作用。而對于高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)而言，利用云計(jì)算高效的數(shù)據(jù)分析能力是培養(yǎng)面向大數(shù)據(jù)環(huán)境的合格專業(yè)人才的重要手段。因此需要打造適合高校的教學(xué)條件，模擬大數(shù)據(jù)環(huán)境下企業(yè)的經(jīng)營與管理活動(dòng)，形成新的教學(xué)方法。

2 利用云計(jì)算環(huán)境輔助大數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用中，利用云計(jì)算進(jìn)行決策過程優(yōu)化是貼近未來就業(yè)需要的重要教學(xué)內(nèi)容。基于云計(jì)算的決策過程優(yōu)化可以劃分為數(shù)據(jù)資源層、資源管理協(xié)調(diào)層、云計(jì)算資源服務(wù)層、云計(jì)算智能學(xué)習(xí)層和用戶層5個(gè)層次的框架。數(shù)據(jù)資源層包含在異構(gòu)云計(jì)算環(huán)境中進(jìn)行計(jì)算所需的數(shù)據(jù)資源。協(xié)調(diào)層負(fù)責(zé)云計(jì)算環(huán)境中的資源管理。云計(jì)算資源服務(wù)層負(fù)責(zé)接收企業(yè)決策單位提交的資源服務(wù)請求，并建立資源服務(wù)計(jì)劃。云計(jì)算智能學(xué)習(xí)層采用云計(jì)算并行處理模型進(jìn)行數(shù)據(jù)分類和智能學(xué)習(xí)。用戶層是用戶的訪問端口。

當(dāng)使用云計(jì)算進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)，有3個(gè)子系統(tǒng)：數(shù)據(jù)庫、模型庫和知識(shí)庫。在云計(jì)算平臺(tái)的知識(shí)庫和模型庫的基礎(chǔ)上，對存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到數(shù)據(jù)分析結(jié)果。一方面，云計(jì)算平臺(tái)將知識(shí)庫中的結(jié)果作為知識(shí)儲(chǔ)備引入到知識(shí)庫中；另一方面，通過數(shù)據(jù)分析的結(jié)果修改和豐富了模型庫。系統(tǒng)決策過程可以根據(jù)實(shí)際決策問題的復(fù)雜性選擇單一模型或多個(gè)模型來進(jìn)行決策組合。而云計(jì)算平臺(tái)的計(jì)算能力極大地提高多個(gè)模型組合在大數(shù)據(jù)分析過程中的應(yīng)用效率，不僅可以節(jié)省實(shí)踐教學(xué)的時(shí)間，并且可以讓學(xué)生在實(shí)踐中掌握各類數(shù)據(jù)分析模型。

在利用云計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行大數(shù)據(jù)處理和分析時(shí)，主要包括2個(gè)步驟，即數(shù)據(jù)提取和計(jì)算。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，首先指導(dǎo)學(xué)生了解提高大數(shù)據(jù)的價(jià)值密度和數(shù)據(jù)可用性的方法。然后，學(xué)習(xí)如何由分布式計(jì)算完成分析和決策。從而使學(xué)生學(xué)會(huì)使用分布式計(jì)算實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和復(fù)雜的數(shù)據(jù)簡化。因此，云計(jì)算輔助決策尤其適用于模擬組織結(jié)構(gòu)扁平化的企業(yè)，并為各專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)在扁平化組織中的角色提供有效的教學(xué)環(huán)境。

3 云計(jì)算實(shí)驗(yàn)環(huán)境的特點(diǎn)

在云計(jì)算實(shí)驗(yàn)環(huán)境下模擬企業(yè)的決策優(yōu)化過程就是學(xué)習(xí)如何利用云計(jì)算平臺(tái)解決問題的過程。學(xué)生通過學(xué)生終端提交決策問題并利用云計(jì)算平臺(tái)的信息服務(wù)來構(gòu)建模型。同時(shí)，云計(jì)算平臺(tái)通過使用推理模塊和知識(shí)模塊引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己的需要選擇合適的決策模型，并跟蹤解決決策問題的過程。在實(shí)驗(yàn)過程中，決策任務(wù)是使用云服務(wù)模塊分解的。在分解任務(wù)后，云服務(wù)通過資源管理模塊將每個(gè)分解決策任務(wù)分配給相應(yīng)的資源模塊。決策模塊集成了子任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果，并通過學(xué)生界面將執(zhí)行結(jié)果返回給學(xué)生。

云計(jì)算平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境可以準(zhǔn)確地模擬實(shí)際內(nèi)容，學(xué)生可以在云計(jì)算平臺(tái)上觀察業(yè)務(wù)運(yùn)營與他人的工作模塊運(yùn)行狀態(tài)，并自動(dòng)完成任何必要的調(diào)整。因此，云計(jì)算平臺(tái)有助于培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。學(xué)生可以學(xué)習(xí)掌握云計(jì)算的分布式處理的功能，以提高決策個(gè)體理解和應(yīng)用信息的能力。此外，學(xué)生可以通過云計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行智能學(xué)習(xí)模型和編程模型的構(gòu)建與使用，以此熟悉數(shù)據(jù)拆卸、重組和迭代計(jì)算功能。

通過使用云計(jì)算平臺(tái)，參與實(shí)驗(yàn)的角色單元都可以獨(dú)立收集業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息。通過分析和研究這些數(shù)據(jù)與運(yùn)行狀況，學(xué)生可以在模擬經(jīng)營中發(fā)現(xiàn)管理所存在的問題，及時(shí)調(diào)整有限資源，學(xué)習(xí)并掌握使企業(yè)的管理和決策更加科學(xué)可靠的各類方法。此外，借助云計(jì)算，學(xué)生可以充分利用內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)資源的各個(gè)方面進(jìn)行各類經(jīng)營活動(dòng)的實(shí)驗(yàn)。并學(xué)習(xí)如何做出大數(shù)據(jù)管理決策，將數(shù)據(jù)優(yōu)勢最大限度地轉(zhuǎn)化為資源優(yōu)勢。在云計(jì)算平臺(tái)的幫助下，學(xué)生可以更深刻地理解管理和技術(shù)對于企業(yè)的支柱作用。憑借低成本云計(jì)算的優(yōu)勢，銷售管理、生產(chǎn)管理和供應(yīng)鏈管理三大重要功能被整合在一起。學(xué)生可以體會(huì)作為決策制訂的最初被動(dòng)參與者到?jīng)Q策信息的提供者的這種轉(zhuǎn)變過程[8]。

在實(shí)踐教學(xué)中，借助云計(jì)算的決策支持可以進(jìn)行海量異構(gòu)數(shù)據(jù)分析，并借助競爭情報(bào)分析提升商業(yè)輿情計(jì)算和精準(zhǔn)營銷的教學(xué)水平。例如可以用大數(shù)據(jù)分析為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定價(jià)策略制訂的模擬實(shí)驗(yàn)，可以使學(xué)生對市場和競爭對手的變化有更為直觀的理解，并學(xué)習(xí)如何合理經(jīng)營以保證組織的市場適應(yīng)性。

4 云計(jì)算實(shí)驗(yàn)環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式研究

由上文可見，云計(jì)算實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，學(xué)生可以實(shí)現(xiàn)對海量異構(gòu)數(shù)據(jù)的分析，并在其上展開不同類型的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?。其?shí)驗(yàn)環(huán)境架構(gòu)如圖1所示。該圖顯示了基于云計(jì)算的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境所包含的云計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)，以及平臺(tái)組件之間數(shù)據(jù)資源的動(dòng)態(tài)分配機(jī)理，并標(biāo)示了實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)驗(yàn)者與平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)交流模式。在此平臺(tái)上展開的不同實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ蕉季邆漕愃频募軜?gòu)特征。實(shí)驗(yàn)都預(yù)先在云計(jì)算環(huán)境中已經(jīng)存儲(chǔ)了大量異構(gòu)數(shù)據(jù)資源，參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生注冊為云計(jì)算資源的使用者，并發(fā)送相關(guān)的資源申請信息到資源管理中心。通過云計(jì)算服務(wù)創(chuàng)建對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)角色，云計(jì)算的虛擬資源池的資源服務(wù)技術(shù)對學(xué)生的資源請求進(jìn)行回應(yīng)，再由云計(jì)算資源管理中心針對學(xué)生的請求將資源分配給學(xué)生，云計(jì)算中心根據(jù)學(xué)生所提交的請求與應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)的異構(gòu)數(shù)據(jù)資源素材選擇合適的云計(jì)算服務(wù)，并提供學(xué)生對應(yīng)的數(shù)據(jù)訪問權(quán)限。在圖1的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境架構(gòu)之下的實(shí)驗(yàn)步驟主要包括以下6個(gè)。

圖1 基于云計(jì)算的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境架構(gòu)

(1)實(shí)驗(yàn)參與者通過云計(jì)算平臺(tái)創(chuàng)建異構(gòu)數(shù)據(jù)資源，并將資源注冊到虛擬資源池中，這通常是預(yù)先導(dǎo)入的海量實(shí)驗(yàn)素材。

(2)從訪問平臺(tái)的學(xué)生中創(chuàng)建參與實(shí)驗(yàn)的用戶。同時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，平臺(tái)將分配不同實(shí)驗(yàn)用戶以對應(yīng)的角色，并建立他們之間的協(xié)作關(guān)系。用戶角色按照其對數(shù)據(jù)的利用方式可以劃分為兩類：第一類是可以管理與調(diào)度異構(gòu)數(shù)據(jù)資源的資源管理者。第二類是對云計(jì)算平臺(tái)資源調(diào)用的資源調(diào)用者，其可以使用各類數(shù)據(jù)分析資源。平臺(tái)具備資源管理協(xié)調(diào)功能以保證異構(gòu)云計(jì)算環(huán)境中資源供應(yīng)、使用及運(yùn)算的效率，并使用戶可以訪問相應(yīng)的云計(jì)算服務(wù)，如查詢資源獲取和模型訓(xùn)練情況等。資源管理者將數(shù)據(jù)及應(yīng)用發(fā)送到異構(gòu)云計(jì)算平臺(tái)的資源管理中心，由該中心將其分配給相應(yīng)的虛擬資源池，以實(shí)現(xiàn)資源調(diào)用者的數(shù)據(jù)應(yīng)用。

(3)平臺(tái)將實(shí)驗(yàn)素材發(fā)送給云計(jì)算資源管理中心。該中心則依據(jù)參與實(shí)驗(yàn)用戶所傳遞的用戶信息與服務(wù)需求對其用戶的請求進(jìn)行解析。并對參與實(shí)驗(yàn)的用戶進(jìn)行個(gè)性化分析，按照實(shí)驗(yàn)所要模擬的不同用戶角色的管理策略得出相應(yīng)的資源匹配部署方式。

(4)實(shí)驗(yàn)用戶與云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行通信，關(guān)聯(lián)具體云計(jì)算服務(wù)，進(jìn)而根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求從中選出最佳的云計(jì)算資源的組合，此過程是處于不斷重新匹配與部署的狀態(tài)，直到用戶匹配到最佳的云計(jì)算資源。

(5)若資源調(diào)度協(xié)調(diào)成功，扮演資源調(diào)用者角色的用戶便可利用云計(jì)算分配的資源(計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、機(jī)器學(xué)習(xí)與模型庫等)進(jìn)行異構(gòu)數(shù)據(jù)的分析。并且他們可以直接從云計(jì)算平臺(tái)訪問異構(gòu)數(shù)據(jù)資源，利用其資源管理的服務(wù)模塊對輸入輸出的結(jié)果進(jìn)行比對以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)分析結(jié)果的校驗(yàn)、反饋與匯總。

(6)對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析結(jié)束，則輸出數(shù)據(jù)分析結(jié)果。而無論實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否符合需要，都將整個(gè)實(shí)驗(yàn)中的云計(jì)算資源管理協(xié)調(diào)過程存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中以便云計(jì)算平臺(tái)能夠繼續(xù)優(yōu)化。

筆者所在學(xué)校利用公開招標(biāo)的方式，結(jié)合其經(jīng)濟(jì)管理實(shí)驗(yàn)中心與大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備資源，開始進(jìn)行云計(jì)算實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)并在其上展開應(yīng)用信息系統(tǒng)輔助教學(xué)的實(shí)踐活動(dòng)。尤其可以在平臺(tái)上建立Hadoop集群，用于教學(xué)上傳或訪問Hadoop集群的數(shù)據(jù)，進(jìn)而運(yùn)行一個(gè)或多個(gè)MapReduce作業(yè)。目前已展開了初步的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)研究。這些活動(dòng)包括展開針對云計(jì)算的Hadoop分布式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理與數(shù)據(jù)挖掘的教學(xué)研究，實(shí)現(xiàn)利用云計(jì)算平臺(tái)整合信息獲取、信息傳輸、信息處理與信息應(yīng)用。并已在部分課程開始嘗試增加云計(jì)算平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，初步嘗試已取得一定的成果。在云計(jì)算平臺(tái)的幫助下，在教學(xué)中可以展開針對大容量數(shù)據(jù)樣本的案例分析實(shí)驗(yàn)，如針對全國的審計(jì)大數(shù)據(jù)的分析實(shí)驗(yàn)，這不僅拓展了學(xué)生的視野，且更適合學(xué)生實(shí)現(xiàn)角色分工，幫助學(xué)生深入理解課程內(nèi)容，提升他們的技術(shù)敏感性。并鼓勵(lì)學(xué)生利用云計(jì)算平臺(tái)開展創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目申報(bào)。通過學(xué)生在平臺(tái)的使用情況報(bào)告優(yōu)化平臺(tái)的配置與教學(xué)模式。這些措施不僅為平臺(tái)提供了教學(xué)應(yīng)用范例，同時(shí)也產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)集，為以后的實(shí)驗(yàn)以及平臺(tái)的進(jìn)一步改造以及機(jī)器學(xué)習(xí)算法的優(yōu)化提供了重要的數(shù)據(jù)支撐。

5 結(jié)語

為了適應(yīng)大數(shù)據(jù)環(huán)境帶來的競爭，培養(yǎng)專業(yè)人才面對無法利用傳統(tǒng)的智能決策方法解決的問題。高校應(yīng)借助計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展，讓云計(jì)算平臺(tái)在大數(shù)據(jù)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)揮越來越重要的作用。有效利用云計(jì)算優(yōu)勢和服務(wù)特色的方式訓(xùn)練學(xué)生處理大量異構(gòu)數(shù)據(jù)的能力，增強(qiáng)學(xué)生決策的協(xié)同能力。同時(shí)教學(xué)更側(cè)重于讓學(xué)生熟悉扁平和智能化的組織結(jié)構(gòu)。以便讓高校學(xué)生具備未來大數(shù)據(jù)環(huán)境下的工作技能，并對多變的組織環(huán)境具備高適應(yīng)性。