基于云桌面的實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理系統(tǒng)架構(gòu)與應(yīng)用

尹琦

摘? ?要：文章針對(duì)當(dāng)前高職院校實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理方面存在的實(shí)際問(wèn)題，分析高職院校實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理主流業(yè)務(wù)對(duì)云桌面技術(shù)的需求，提出基于云桌面技術(shù)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理系統(tǒng)部署方案，從而推動(dòng)實(shí)訓(xùn)管理模式往資源整合與云端控制方向發(fā)展，并為“混合學(xué)習(xí)”模式的開展提供環(huán)境支持。

關(guān)鍵詞：云桌面技術(shù);實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理;需求分析;系統(tǒng)架構(gòu);創(chuàng)新應(yīng)用

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2020）01-0058-03

教育信息化是促進(jìn)教育公平、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式、推進(jìn)終身學(xué)習(xí)的重要手段。當(dāng)前，教育信息化已進(jìn)入應(yīng)用轉(zhuǎn)型時(shí)期，云桌面技術(shù)作為云計(jì)算與教育相結(jié)合的重要應(yīng)用模式，逐漸成為教育信息化建設(shè)的技術(shù)導(dǎo)向。實(shí)訓(xùn)室作為實(shí)踐實(shí)訓(xùn)、科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)的重要基地，是課堂教學(xué)的延伸和理論聯(lián)系實(shí)際的重要手段，是培養(yǎng)學(xué)生的素質(zhì)和能力的主要實(shí)踐基地。實(shí)訓(xùn)室的技術(shù)水平、服務(wù)模式直接關(guān)系到人才培養(yǎng)的質(zhì)量。桌面虛擬化為教學(xué)提供高度靈活的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，促進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)與高職實(shí)訓(xùn)教學(xué)的深度結(jié)合，提升教育平臺(tái)的整體支持能力和服務(wù)水平，讓信息化水平邁上一個(gè)新的臺(tái)階。

一、當(dāng)前高職院校實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理中存在的問(wèn)題分析

1.實(shí)訓(xùn)資源不均

近年來(lái)在各級(jí)財(cái)政資金及校本資金、社會(huì)資金的支持下，高職院校大力建設(shè)實(shí)訓(xùn)室、購(gòu)置實(shí)訓(xùn)設(shè)備，生均儀器設(shè)備值不斷攀高。高職院校實(shí)訓(xùn)室一般分為基礎(chǔ)機(jī)房及專業(yè)實(shí)訓(xùn)室，基礎(chǔ)機(jī)房承擔(dān)通用基礎(chǔ)課程及對(duì)設(shè)備要求不高的專業(yè)課程;專業(yè)實(shí)訓(xùn)室一般由各系各教研室提出需求建設(shè)，已滿足專業(yè)需求。這樣的實(shí)訓(xùn)室建設(shè)思路存在以下問(wèn)題：一是資源浪費(fèi)，按專業(yè)建設(shè)實(shí)訓(xùn)室一般投入較大，但同時(shí)使用效率低，實(shí)訓(xùn)資源不能充分利用;二是調(diào)度失靈，已建好的實(shí)訓(xùn)室資源無(wú)法改變，無(wú)論課程需求如何，皆是一樣的設(shè)備配置，實(shí)訓(xùn)資源不能合理利用。高職院校實(shí)訓(xùn)資源還存在重硬件資源建設(shè)輕軟件環(huán)境建設(shè)的問(wèn)題，利于學(xué)生習(xí)得的網(wǎng)絡(luò)課程、學(xué)科課件、視頻資源等明顯缺乏。

2.實(shí)訓(xùn)管理困難

在高職院校課程體系中，實(shí)訓(xùn)課程占據(jù)主要位置，各高職院校都加大力度建設(shè)實(shí)訓(xùn)室、購(gòu)置實(shí)訓(xùn)設(shè)備。實(shí)訓(xùn)室和實(shí)訓(xùn)設(shè)備日漸增多，但大部分實(shí)訓(xùn)室采用“PC機(jī)+網(wǎng)絡(luò)同傳”的方式，管理者需要每間實(shí)訓(xùn)室重復(fù)進(jìn)行軟件安裝、系統(tǒng)維護(hù)、病毒查殺、考試環(huán)境部署等工作，任務(wù)重、效率低。

3.教師信息化能力不足

《中小學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用能力標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（教育部，2014）提出，在學(xué)生能夠上網(wǎng)的環(huán)境中，教師應(yīng)具備利用信息技術(shù)改變學(xué)習(xí)方式的能力。職業(yè)院校教師普遍具備利用信息技術(shù)講解、啟發(fā)、示范、練習(xí)的能力，但在利用信息技術(shù)支持學(xué)生自主學(xué)習(xí)、開展合作、構(gòu)建探究方面的能力薄弱。大部分教師能夠利用信息技術(shù)優(yōu)化課堂教學(xué)，但在教學(xué)方式上難以改變。

4.信息化應(yīng)用水平不深

實(shí)訓(xùn)室一般配置有多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)和交互式電子白板，具有廣播教學(xué)、學(xué)生演示、雙向?qū)χv、分組討論等功能，但在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中很多功能得不到應(yīng)用，通常只停留在對(duì)“廣播教學(xué)”和“學(xué)生演示”的應(yīng)用，而“小組討論”與“協(xié)作學(xué)習(xí)”被忽視，“交互”活動(dòng)也常常是形式主義。實(shí)訓(xùn)教學(xué)沒(méi)有體現(xiàn)出信息技術(shù)與實(shí)訓(xùn)課程的實(shí)質(zhì)性整合，課堂交互難以展開，學(xué)生探究受到限制。

5.課堂教學(xué)質(zhì)量不高

實(shí)訓(xùn)教學(xué)的主要方式是“演示+操作”，即教師演示或教師通過(guò)視頻演示相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，再由學(xué)生動(dòng)手實(shí)際操作，直至學(xué)生熟練應(yīng)用該知識(shí)點(diǎn)。根據(jù)布魯姆教育目標(biāo)分類，學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的領(lǐng)悟程度由低到高分為“識(shí)記、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造”六個(gè)層次。實(shí)訓(xùn)教學(xué)完成了學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的“識(shí)記”、“理解”、“應(yīng)用”，進(jìn)行了淺表學(xué)習(xí);但沒(méi)有達(dá)到“分析”、“評(píng)價(jià)”、“創(chuàng)造”的深度學(xué)習(xí)目標(biāo)。

二、實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理系統(tǒng)對(duì)云桌面技術(shù)的需求分析

1.云桌面技術(shù)概要

作為云計(jì)算的典型應(yīng)用，云桌面技術(shù)也稱桌面虛擬化技術(shù)，其核心是把應(yīng)用計(jì)算從本地機(jī)遷移到后臺(tái)服務(wù)器，具有集中服務(wù)、按需交付、高安全、易運(yùn)維的優(yōu)勢(shì)。云桌面技術(shù)采用Openstack等相關(guān)技術(shù)作為基礎(chǔ)架構(gòu)，使用KVM和Hyper-V等虛擬化技術(shù)，虛擬化物理服務(wù)器的CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)以及網(wǎng)絡(luò)資源，生成批量的虛擬桌面。虛擬化管理軟件提供B/S架構(gòu)的管理視圖，可遠(yuǎn)程統(tǒng)一管理硬件資源及虛擬資源;用戶登錄虛擬桌面能夠獲得與本地PC相同的體驗(yàn)?；谠谱烂娲罱ǖ膶?shí)訓(xùn)教學(xué)或辦公平臺(tái)通常包含服務(wù)器集群、瘦客戶機(jī)、接入網(wǎng)關(guān)、云管理軟件、服務(wù)器虛擬化軟件及桌面虛擬化軟件等。

2.實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理系統(tǒng)對(duì)云桌面技術(shù)的需求分析

（1）實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理系統(tǒng)的構(gòu)成要素。實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理系統(tǒng)首先需要實(shí)訓(xùn)環(huán)境、實(shí)訓(xùn)設(shè)備及學(xué)習(xí)資源的支撐，涉及人員角色有教師、學(xué)生、技術(shù)管理員、行政領(lǐng)導(dǎo)者等，應(yīng)用場(chǎng)景有實(shí)訓(xùn)教學(xué)、學(xué)生考試、學(xué)生自學(xué)、教師備課及技術(shù)維護(hù)等。實(shí)訓(xùn)教學(xué)方面，教師的教學(xué)方式及學(xué)生的學(xué)習(xí)方式在很大程度上決定了人才培養(yǎng)的質(zhì)量;實(shí)訓(xùn)管理方面，實(shí)訓(xùn)設(shè)備的維護(hù)形式及實(shí)訓(xùn)資源的利用情況反映了實(shí)訓(xùn)管理工作的質(zhì)量。教師需要完成的工作有備課、開展教學(xué)、教學(xué)質(zhì)量分析與評(píng)價(jià)等;學(xué)生的任務(wù)是自主學(xué)習(xí)、課堂學(xué)習(xí)、完成課程作業(yè)等;技術(shù)管理員需要保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定并及時(shí)更新，根據(jù)課程或考試需要配置實(shí)訓(xùn)資源，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)訓(xùn)設(shè)備使用情況;行政領(lǐng)導(dǎo)者從整體上把握實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理系統(tǒng)的成本投入、實(shí)訓(xùn)資源的使用效率、技術(shù)人員的時(shí)間成本、實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量及最終的人才培養(yǎng)質(zhì)量。

（2）實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理系統(tǒng)對(duì)云桌面技術(shù)的需求。實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理系統(tǒng)對(duì)云桌面技術(shù)的需求主要表現(xiàn)在系統(tǒng)各角色在完成教學(xué)管理主流業(yè)務(wù)時(shí)對(duì)實(shí)訓(xùn)環(huán)境的需求上，主要表現(xiàn)在以下方面。

①多點(diǎn)多終端接入：輕松接入個(gè)人云桌面，支持教師在住宅、教室、辦公室開展備課、教學(xué)及教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)業(yè)務(wù)，支持學(xué)生通過(guò)手機(jī)、平板、電腦等終端在宿舍、圖書館及教室進(jìn)行泛在學(xué)習(xí)活動(dòng)。

②云端控制與批量部署：管理員可在任意聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備上實(shí)現(xiàn)終端管理，利用辦公室、住宅或?qū)W校的任意聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，監(jiān)控服務(wù)器及虛擬機(jī)的詳細(xì)運(yùn)行情況，批量部署終端桌面、一鍵更新系統(tǒng)補(bǔ)丁、一鍵進(jìn)行軟件升級(jí)、快速搭建考試環(huán)境。

③云存儲(chǔ)與快速響應(yīng)：自主探究學(xué)習(xí)需要網(wǎng)絡(luò)課程、視頻微課及電子課件等的支持，海量資源存儲(chǔ)及高速資源獲取利于探究學(xué)習(xí)、翻轉(zhuǎn)課堂、混合教學(xué)的開展;快速響應(yīng)支撐課程內(nèi)容呈現(xiàn)和課堂深度交互。

④監(jiān)控分析與安全保障：教師應(yīng)能對(duì)各終端進(jìn)行一定的行為管控并獲得學(xué)生對(duì)終端使用情況的統(tǒng)計(jì)報(bào)告;虛擬桌面支持自定義還原、出現(xiàn)故障時(shí)可切換瘦客戶端本地系統(tǒng)、主控HA快速恢復(fù)桌面業(yè)務(wù)等。

⑤按需交付與平滑擴(kuò)展：根據(jù)不同課程需要，靈活調(diào)節(jié)各實(shí)訓(xùn)室的資源分配情況，使資源按需分配、物盡其用;可通過(guò)增加服務(wù)器數(shù)量、終端，或在已有PC上安裝桌面云軟件等方式實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展，節(jié)約成本。

三、基于云桌面技術(shù)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理系統(tǒng)部署方案

基于云桌面技術(shù)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理系統(tǒng)的架構(gòu)包含數(shù)據(jù)中心部署、實(shí)訓(xùn)室（多媒體課室、辦公室）部署、網(wǎng)絡(luò)部署等方面。數(shù)據(jù)中心部署主要包含主控服務(wù)器、資源服務(wù)器、共享存儲(chǔ)及VDI統(tǒng)一管理平臺(tái);實(shí)訓(xùn)室（多媒體課室、辦公室）部署主要包括終端機(jī)、桌面云軟件;網(wǎng)絡(luò)部署主要為匯集交換機(jī)、接入交換機(jī)、光模塊、光纖等。

1.數(shù)據(jù)中心部署

（1）主控服務(wù)器。2臺(tái)，其中1臺(tái)作為HA;處理器采用兩個(gè)Intel Xeon E5-2650V4 CPU（2.2GHZ，12核24線程）;內(nèi)存160GB DDR4 ，配置RAID卡，支持RAID 0/1/10;硬盤通過(guò)RAID布局1塊800G PCI-E SSD、2塊300G SAS、2塊240G SSD;網(wǎng)卡帶4個(gè)千兆網(wǎng)口和一個(gè)萬(wàn)兆網(wǎng)口。

（2）資源服務(wù)器。每臺(tái)可創(chuàng)建虛擬機(jī)30～40個(gè)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)計(jì)算數(shù)量。處理器采用兩個(gè)Intel Xeon E5-2650V4 CPU（2.2GHZ，12核24線程）;內(nèi)存160GB DDR4;硬盤1塊400G PCI-E SSD和2塊1T 企業(yè)級(jí)SATA;支持RAID 0/1/10;標(biāo)配2個(gè)千兆以太網(wǎng)控制器。

（3）共享存儲(chǔ)。3.5英寸企業(yè)級(jí)SAS硬盤，10TB，7200轉(zhuǎn)，適用于主機(jī)或擴(kuò)展柜，根據(jù)需求計(jì)算數(shù)量;雙控，32GB緩存，BBU+Flash，本地復(fù)制（快照、卷鏡像、卷克隆、卷備份、遷移）、自精簡(jiǎn)、QoS、DRAID功能;配1Gb iSCSI主機(jī)接口，可擴(kuò)展FC、萬(wàn)兆、千兆、FCoE主機(jī)接口。

（4）VDI統(tǒng)一管理平臺(tái)。支持服務(wù)器集群，采用 B/S架構(gòu)，提供單一簡(jiǎn)潔全圖形化中文管理界面，平臺(tái)上可以完成所有資源、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、桌面、模板、終端、用戶、監(jiān)控、排課、計(jì)劃任務(wù)、高可用性、遠(yuǎn)程控制終端虛擬機(jī)、系統(tǒng)備份、系統(tǒng)升級(jí)等所有對(duì)象的管理工作。支持5000個(gè)節(jié)點(diǎn)、256臺(tái)資源服務(wù)器;支持資源池管理，可在一個(gè)管理平臺(tái)下創(chuàng)建并統(tǒng)一管理多個(gè)資源池;支持虛擬化桌面負(fù)載均衡、虛擬化桌面HA等。

2.實(shí)訓(xùn)室/多媒體課室/辦公室部署

（1）終端機(jī)。為用戶提供桌面的顯示輸出，對(duì)硬件要求不高。瘦終端、一體機(jī)、學(xué)校原有PC均可作為終端，終端自帶一定硬件資源，可保障接入桌面云故障的情況下啟用本地系統(tǒng)。

（2）桌面云軟件。支持教學(xué)桌面和個(gè)人桌面兩種使用方式，桌面自定義還原;支持模板管理，如教學(xué)模板、個(gè)人模板等，由不同的模板創(chuàng)建不同的桌面，可對(duì)模板進(jìn)行新增、編輯、注冊(cè)、下載、重置、刪除等操作;提供多教學(xué)桌面場(chǎng)景，每個(gè)場(chǎng)景可以有不同的操作系統(tǒng)及軟件環(huán)境;支持云端控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控;支持鏈接克隆、一鍵更新、批量修改、虛實(shí)雙系統(tǒng)等。

3.網(wǎng)絡(luò)部署

匯集交換機(jī)銳捷RG-S6220-24XS，固化24個(gè)10G接口，整機(jī)最大可擴(kuò)展到48個(gè)10G接口。終端交換機(jī)銳捷RG-S2910-24GT4XS-E，交換容量260Gbps，包轉(zhuǎn)發(fā)率95Mpps，24口 10/100/1000M自適應(yīng)電口，固化4個(gè)10GSFP光口。光模塊銳捷XG-SFP-SR MM850。

四、基于云桌面技術(shù)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理模式創(chuàng)新

1.一定環(huán)境支持下的“混合學(xué)習(xí)”

“混合學(xué)習(xí)”形式上是在線學(xué)習(xí)（On-line）與面對(duì)面學(xué)習(xí)（Off-line）的混合。但其更深層次是基于不同教學(xué)理論（如建構(gòu)主義、行為主義和認(rèn)知主義）教學(xué)模式的混合、教師主導(dǎo)活動(dòng)和學(xué)生主體參與的混合、課堂教學(xué)與在線學(xué)習(xí)不同學(xué)習(xí)環(huán)境的混合、不同教學(xué)媒體的混合、課堂講授與虛擬教室或虛擬社區(qū)的混合等。

“要實(shí)現(xiàn)混合教學(xué)，必須具備一定的環(huán)境要求，首先要有完善的校園網(wǎng)絡(luò)，使學(xué)生能夠在任何時(shí)間任何地點(diǎn)方便地上網(wǎng)學(xué)習(xí)。其次要有完善的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，包括網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)視頻課件（虛擬課堂）、網(wǎng)絡(luò)視頻課件制作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)測(cè)試題庫(kù)系統(tǒng)、電子郵件系統(tǒng)等。再次，要有實(shí)施多媒體教學(xué)的媒體設(shè)備。最后也是最重要的一點(diǎn)，就是要有具備一定信息技術(shù)素養(yǎng)的教師?！?/p>

基于云桌面技術(shù)的實(shí)訓(xùn)環(huán)境提供便利的學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)并為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源提供硬件支持，提供面對(duì)面和在線學(xué)習(xí)兩大基本通道，并將混合學(xué)習(xí)的傳遞通道擴(kuò)展至移動(dòng)和無(wú)線通道?；谠谱烂婕夹g(shù)，利用翻轉(zhuǎn)課堂及混合學(xué)習(xí)理論，將促進(jìn)教學(xué)模式的變革、提升教學(xué)質(zhì)量。

2.基于資源整合的云端管理

云桌面技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)資源及設(shè)備的云端控制和批量部署，直接降低技術(shù)管理員的工作難度、提高工作效能。云桌面技術(shù)實(shí)現(xiàn)按需交付與平滑擴(kuò)展，打破各實(shí)訓(xùn)室、實(shí)訓(xùn)資源獨(dú)立運(yùn)行的現(xiàn)狀，整合實(shí)訓(xùn)資源、合理調(diào)度使用;同時(shí)云桌面技術(shù)支持利舊擴(kuò)展，充分利用現(xiàn)有資源，降低成本平滑擴(kuò)展。

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（編輯：王天鵬）