高職院校云計(jì)算教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的搭建與應(yīng)用

段飛

摘 ? 要：文章將結(jié)合平臺(tái)的功能需求，利用PC建立客戶端，支撐師生、管理員的相關(guān)操作，并搭載Google App Engine軟件構(gòu)建數(shù)據(jù)云端，進(jìn)行實(shí)訓(xùn)資源的共享，并經(jīng)由測(cè)試分析，驗(yàn)證了平臺(tái)的應(yīng)用可行性。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算;實(shí)訓(xùn)平臺(tái);云端;共享技術(shù)

云計(jì)算技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中具有海量存儲(chǔ)、并行計(jì)算等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，可利用虛擬技術(shù)將計(jì)算機(jī)軟硬件、實(shí)訓(xùn)資源等遷移至“云端”，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)跨專業(yè)、跨學(xué)科甚至是跨學(xué)校的實(shí)訓(xùn)設(shè)備、資源的共享，以此來(lái)規(guī)避重復(fù)建設(shè)、高投資的問(wèn)題。為此，結(jié)合實(shí)訓(xùn)教學(xué)的實(shí)際需求，根據(jù)云計(jì)算技術(shù)的特點(diǎn)，在借鑒以往研究的基礎(chǔ)上，搭建一種可基于云端進(jìn)行實(shí)訓(xùn)教學(xué)與資源共享的平臺(tái)，可全程跟蹤實(shí)訓(xùn)教學(xué)過(guò)程，整合各類優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)資源，為實(shí)訓(xùn)教學(xué)的“提質(zhì)增效”提供全面支撐[1]。

1 ? ?云計(jì)算教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的功能需求

學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用和創(chuàng)新能力是高職院校教育培訓(xùn)的基本目標(biāo)，也是與社會(huì)和企業(yè)需求無(wú)縫對(duì)接的基礎(chǔ)、前提。云計(jì)算是實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理的新型處理技術(shù)，基于互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，采用多種數(shù)字計(jì)算技術(shù)，通過(guò)動(dòng)態(tài)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，以虛擬化資源的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。為此，利用云計(jì)算技術(shù)優(yōu)勢(shì)，結(jié)合實(shí)訓(xùn)教學(xué)的應(yīng)用需求，云計(jì)算教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)應(yīng)該是一個(gè)可實(shí)現(xiàn)云實(shí)訓(xùn)資源、課件、虛擬設(shè)備等的專業(yè)、學(xué)校的流動(dòng)、共享，可為師生的教學(xué)實(shí)訓(xùn)及管理員的運(yùn)維管理提供全方位的功能服務(wù)，具體的功能需求分析如下[2]。

1.1 ?學(xué)生實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)需求

高職院校云計(jì)算教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的首要功能就是滿足學(xué)生的實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)需求，為此，平臺(tái)建設(shè)時(shí)應(yīng)該將校內(nèi)的各類實(shí)訓(xùn)資源整合至云端，根據(jù)既定的實(shí)訓(xùn)教學(xué)規(guī)劃確定實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容、方法和層次，各學(xué)科、專業(yè)可根據(jù)此構(gòu)建實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源目標(biāo)，將實(shí)訓(xùn)資源的主題方向、文件鏈接等融入其中。此時(shí)，學(xué)生便可根據(jù)專業(yè)方向和理論學(xué)習(xí)進(jìn)程，自主選擇實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、流程進(jìn)行實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)，在線下載實(shí)訓(xùn)資料，并可在線觀摩實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目演練、進(jìn)行實(shí)訓(xùn)操作，同時(shí)，還可將實(shí)訓(xùn)操作結(jié)果上傳至教師端，與教師進(jìn)行在線交流互動(dòng)。

1.2 ?教師實(shí)訓(xùn)教學(xué)需求

教師是各科實(shí)訓(xùn)教學(xué)的指導(dǎo)者和輔助者，云計(jì)算實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)應(yīng)該圍繞實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目展開建設(shè)，設(shè)置實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目管理、教學(xué)資源整合、教學(xué)實(shí)訓(xùn)等模塊，用以支撐教師實(shí)訓(xùn)教學(xué)的功能。平臺(tái)應(yīng)該可以根據(jù)實(shí)訓(xùn)計(jì)劃和培訓(xùn)規(guī)范，進(jìn)行實(shí)訓(xùn)資源的整合、共享，并據(jù)此設(shè)定實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容、進(jìn)行實(shí)訓(xùn)教學(xué)準(zhǔn)備和具體實(shí)施。同時(shí)，教師還可實(shí)時(shí)跟蹤、輔導(dǎo)學(xué)生的實(shí)訓(xùn)操作過(guò)程，并根據(jù)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目完成情況進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)，給予相應(yīng)的獎(jiǎng)懲、技術(shù)認(rèn)證，總結(jié)歸納實(shí)訓(xùn)效果和不足，幫助學(xué)生查缺補(bǔ)漏，有針對(duì)性地進(jìn)行實(shí)訓(xùn)。

1.3 ?管理人員運(yùn)維管理需求

云計(jì)算教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的安全、平穩(wěn)運(yùn)行，需要管理人員給予相應(yīng)的技術(shù)運(yùn)維支撐，平臺(tái)應(yīng)該配置平臺(tái)參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)操作、資源共享、備份等操作功能。具體而言，管理員通過(guò)平臺(tái)初始化操作、參數(shù)設(shè)置便可運(yùn)行實(shí)訓(xùn)教學(xué)功能，利用不同頁(yè)面模板的加載來(lái)支撐PC客戶端各類實(shí)訓(xùn)過(guò)程、效果的可視化演示和呈現(xiàn)，且可根據(jù)理工科、文科類實(shí)訓(xùn)課程側(cè)重點(diǎn)，利用不同的實(shí)訓(xùn)模板設(shè)置實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目和內(nèi)容，為師生提供實(shí)訓(xùn)教與學(xué)的支撐。同時(shí)，還可將實(shí)訓(xùn)交互、審核測(cè)評(píng)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)規(guī)劃等以插件模式引入平臺(tái)之中，為實(shí)訓(xùn)平臺(tái)提供各類應(yīng)用功能。

2 ? ?云計(jì)算教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的搭建

2.1 ?平臺(tái)整體架構(gòu)的設(shè)計(jì)

結(jié)合上述各類應(yīng)用功能需求，高職院校云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)將“PC客戶端+云端”的模式搭建整體框架，詳細(xì)建設(shè)方法有如下幾點(diǎn)分析：

（1）客戶端，主要利用互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，基于網(wǎng)絡(luò)化的PC端，師生便可利用局域網(wǎng)或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入平臺(tái)，通過(guò)任意PC機(jī)上的網(wǎng)頁(yè)瀏覽器來(lái)登錄平臺(tái)，查看、下載云端的實(shí)訓(xùn)資源，并進(jìn)行在線的實(shí)訓(xùn)課件觀看、學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)具體的實(shí)訓(xùn)操作。

（2）云端，是解決高職院校軟硬件升級(jí)改造投入大、重復(fù)建設(shè)的關(guān)鍵點(diǎn)，利用云計(jì)算技術(shù)的虛擬資源池，將實(shí)訓(xùn)設(shè)備、資源虛擬化為數(shù)字資源，便可實(shí)現(xiàn)海量存儲(chǔ)，用于支撐實(shí)訓(xùn)資源、課件的跨專業(yè)、跨學(xué)校的共享、交互，最大化地實(shí)現(xiàn)了實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的應(yīng)用。

2.2 ?平臺(tái)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)分析

2.2.1 ?平臺(tái)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)在設(shè)計(jì)時(shí)以便于實(shí)訓(xùn)教學(xué)、學(xué)習(xí)操作為根本目標(biāo)，根據(jù)私有云平臺(tái)的構(gòu)建設(shè)計(jì)模式，研究將基于云計(jì)算技術(shù)，將全部計(jì)算機(jī)設(shè)備采用級(jí)聯(lián)的方式集中規(guī)劃和配置，并利用中心服務(wù)器進(jìn)行集中管控，讓操作者無(wú)需關(guān)注實(shí)訓(xùn)服務(wù)來(lái)自哪臺(tái)控制設(shè)備，只需依照實(shí)訓(xùn)教學(xué)與學(xué)習(xí)的需求進(jìn)行操作即可[3]。學(xué)生可實(shí)時(shí)在線進(jìn)行實(shí)訓(xùn)模擬和操練，而教師可全程跟蹤學(xué)生實(shí)訓(xùn)狀況，給予針對(duì)性的指導(dǎo)，管理人員則可便捷地設(shè)置平臺(tái)參數(shù)，對(duì)平臺(tái)進(jìn)行全程運(yùn)維管理，確保教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的有效運(yùn)行。平臺(tái)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

結(jié)合圖1可知，云計(jì)算實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)配置服務(wù)器安全管理中心（Safety Management Center，SMC），利用雙網(wǎng)卡接入網(wǎng)絡(luò)便可實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)的操控管理，也可對(duì)控制器設(shè)備進(jìn)行控制，在平臺(tái)構(gòu)建中，需要將實(shí)訓(xùn)設(shè)備、儀器等注冊(cè)至平臺(tái)的管理系統(tǒng)，而后，通過(guò)服務(wù)器對(duì)控制器的操控，管理員便可根據(jù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)項(xiàng)目、進(jìn)程和內(nèi)容對(duì)實(shí)訓(xùn)設(shè)備進(jìn)行同步加載、運(yùn)行，由此，通過(guò)相關(guān)的操作指令實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)訓(xùn)設(shè)備的使用。同時(shí)，控制器也是平臺(tái)的主要構(gòu)成，是保證師生實(shí)訓(xùn)教學(xué)的基礎(chǔ)配置，可利用控制器的Console接口進(jìn)行配置，平臺(tái)的各個(gè)控制器上均有Console接口，可對(duì)平臺(tái)進(jìn)行靈活配置，在正確接入控制器之后，需采用命令行方式配置控制器的相關(guān)通信接口，經(jīng)由CFG接口的IP地址等相關(guān)配置來(lái)實(shí)現(xiàn)操控，該種控制器的配置方式，可利用eth0接口，將操作指令注冊(cè)至服務(wù)器SMC上，而后，利用int eth0命令便可查看平臺(tái)接口配置內(nèi)容。

2.2.2 ?云實(shí)訓(xùn)資源共享的技術(shù)設(shè)計(jì)

高職院校云計(jì)算教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)應(yīng)采用瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）3層架構(gòu)模式的計(jì)算方式，運(yùn)用Java2平臺(tái)企業(yè)版（Java 2 Platform Enterprise Edition，J2EE）架構(gòu)編程，利用模型—視圖—控制器（Model-View-Controller，MVC）模式進(jìn)行設(shè)計(jì)。平臺(tái)運(yùn)行時(shí)，用戶可經(jīng)由瀏覽器向應(yīng)用程序傳輸請(qǐng)求，而后，由ActionServlet進(jìn)行請(qǐng)求處理，平臺(tái)中心的處理器根據(jù)用戶不同請(qǐng)求，判定向哪一個(gè)注冊(cè)服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，并在Google App Engine搭建的云端應(yīng)用服務(wù)環(huán)境中，通過(guò)調(diào)用底層的DataStore，Memcache或服務(wù)器群來(lái)配置響應(yīng)請(qǐng)求的資源，并匯總獲取的響應(yīng)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)格式化處理后，將其反饋至前臺(tái)的ActionServlet，由其進(jìn)行JSP視圖的呈現(xiàn)，為用戶的實(shí)訓(xùn)操作提供交互服務(wù)支撐。

實(shí)訓(xùn)資源、課件的交互、共享是云計(jì)算教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)的優(yōu)勢(shì)所在，Google App Engine是進(jìn)行網(wǎng)路應(yīng)用程序開發(fā)、托管的應(yīng)用平臺(tái)，基于云計(jì)算教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)中資源共享需求，可利用Google App Engine構(gòu)建一個(gè)云端共享服務(wù)應(yīng)用體系，在Google基礎(chǔ)架構(gòu)上，開發(fā)人員可采用Java標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)運(yùn)行各類網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，并可根據(jù)需求靈活擴(kuò)展資源存儲(chǔ)量，且利用Google App Engine無(wú)需維護(hù)任何服務(wù)器，只需上傳應(yīng)用程序，便可為實(shí)訓(xùn)平臺(tái)提供不同的云端服務(wù)。

3 ? ?云計(jì)算教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的應(yīng)用

在云計(jì)算教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的實(shí)際應(yīng)用中，為滿足不同學(xué)科甚至學(xué)校海量師生的實(shí)訓(xùn)需求，實(shí)訓(xùn)平臺(tái)環(huán)境可配置6個(gè)節(jié)點(diǎn)，也即在Vmware Workstation中配置6臺(tái)工作的虛擬機(jī)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的虛擬機(jī)分別聯(lián)通服務(wù)器，方便調(diào)用云端的共享數(shù)據(jù)資源，以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模實(shí)訓(xùn)操練的同步進(jìn)行[4]。同時(shí)，為驗(yàn)證實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的應(yīng)用性，研究結(jié)合相關(guān)的測(cè)試要求和規(guī)范，利用黑盒測(cè)試方法，在云計(jì)算教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)上部署基于PC的客戶端，用戶通過(guò)客戶端的瀏覽器便可向測(cè)評(píng)服務(wù)器傳輸測(cè)試請(qǐng)求，評(píng)價(jià)服務(wù)器在運(yùn)行過(guò)程中的容錯(cuò)、負(fù)載及安全性，根據(jù)測(cè)試所得數(shù)據(jù)分析，證明平臺(tái)運(yùn)行平穩(wěn)、性能較優(yōu)。同時(shí)，通過(guò)對(duì)平臺(tái)實(shí)操訓(xùn)練、審核評(píng)價(jià)、師生互動(dòng)等功能的測(cè)試，得出系統(tǒng)能夠有效滿足各類功能需求，達(dá)到了預(yù)設(shè)的應(yīng)用功能。

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