大數(shù)據(jù)環(huán)境下高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的智能化建設(shè)與管理研究

賀燦衛(wèi) 劉勝宗 付沙 黃麗蓉

摘要：基于傳統(tǒng)PC機(jī)方式的實(shí)踐教學(xué)模式已經(jīng)無法完全滿足當(dāng)前教學(xué)要求，該研究利用大數(shù)據(jù)技術(shù)、云服務(wù)平臺(tái)等技術(shù)手段，對(duì)高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的智能化建設(shè)與管理研究進(jìn)行探討，通過智能管理平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)教師智能化教學(xué)模式，為學(xué)生提供多方位、多渠道的開放性實(shí)驗(yàn)環(huán)境，同時(shí)大大提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的運(yùn)行效率，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用率，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的高效、快捷、便利的智能化管理，實(shí)現(xiàn)高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心集教學(xué)資源平臺(tái)搭建、智能化管理以及開放性實(shí)驗(yàn)室科學(xué)管理于一體的管理模式。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù);云服務(wù);智能化;手機(jī)App

中圖分類號(hào)：G647? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2020）15-0022-03

引言

隨著中國(guó)高等教育行業(yè)信息化建設(shè)手段的廣泛運(yùn)用、各類教學(xué)資源信息系統(tǒng)的不斷上線，使得高校教師教學(xué)手段創(chuàng)新與各高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的信息化建設(shè)水平捆綁相連，互相依賴，特別是經(jīng)管類院校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心（以下簡(jiǎn)稱實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心）大多建立基于以PC機(jī)加應(yīng)用軟件為主的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，這就要求實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心須具備較高的信息化教學(xué)手段;其次是日常的課堂實(shí)踐教學(xué)課程已經(jīng)不能滿足學(xué)生的需求，學(xué)生更多的是自主學(xué)習(xí)、自主實(shí)驗(yàn)，這也對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)科學(xué)管理提出了更高的要求。為此，基于傳統(tǒng)PC機(jī)方式的實(shí)踐教學(xué)模式已經(jīng)無法完全滿足當(dāng)前教學(xué)要求。本文提出大數(shù)據(jù)環(huán)境下高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的智能化建設(shè)與管理，一方面實(shí)現(xiàn)了教師智能化教學(xué)模式，另一方面為學(xué)生提供多方位、多渠道的學(xué)習(xí)方式，同時(shí)通過對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心搭建智能化管理平臺(tái)，大大提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的運(yùn)行效率，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用率，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的高效、快捷、便利的智能化管理。

一、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心管理的研究非常多，部分高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室開始采用虛擬云桌面管理，部分高校正在嘗試?yán)弥悄苁謾C(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的搭建，但還未建成真正實(shí)現(xiàn)全方位智能化的管理體系。[1]謝建寧在《基于虛擬云桌面的高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理》一文中指出，目前高校正利用虛擬云桌面技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行高效管理，降低實(shí)驗(yàn)室運(yùn)維成本，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，滿足高校不同專業(yè)的學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的不同需求。還指出計(jì)算機(jī)技術(shù)的核心就是通過不斷提升云技術(shù)處理能力，從而減輕用戶在使用計(jì)算機(jī)技術(shù)時(shí)的負(fù)擔(dān)，使用簡(jiǎn)便的處理技術(shù)經(jīng)由客戶端形成一個(gè)簡(jiǎn)便高效的處理終端。[2]戴磊在《云桌面技術(shù)在高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理中的應(yīng)用》一文中詳細(xì)介紹了云技術(shù)在高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)建與監(jiān)管中的實(shí)際運(yùn)用，并提出要想深入提升高校計(jì)算機(jī)的教學(xué)效率和質(zhì)量，在其創(chuàng)建計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室過程中，一定要加強(qiáng)運(yùn)用云桌面技術(shù)，并且開展有關(guān)運(yùn)作監(jiān)管工作。[4]張玉英、馬軍等通過對(duì)各高校的實(shí)踐教學(xué)示范中心進(jìn)行考察分析，在《加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè) 提升應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量》一文中提出實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)的改革與創(chuàng)新，一方面進(jìn)行整合資源，推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室管理體制改革，另一方面構(gòu)建新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和教育教學(xué)模式。[3]閻俊等人通過仔細(xì)分析高校當(dāng)前教育形勢(shì)，充分考慮實(shí)驗(yàn)室開放現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)基礎(chǔ)上，研制開發(fā)了一套智能系統(tǒng)，并在《開放實(shí)驗(yàn)室智能化管理及控制系統(tǒng)研究與開發(fā)》一文中進(jìn)行詳細(xì)解說，通過上位機(jī)、下位機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能化管理。[8]劉海寧、施浩在《基于Android平臺(tái)智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)》一種重點(diǎn)介紹了數(shù)據(jù)庫(kù)配置、智能手機(jī)的端口以及數(shù)據(jù)在端口間傳輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)過程。其中還指出智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的搭建，基本滿足了對(duì)開放實(shí)驗(yàn)室時(shí)間上的管理，大大提高了實(shí)驗(yàn)室利用率，同時(shí)為3G甚至將來4G網(wǎng)絡(luò)在學(xué)校信息化建設(shè)上提供了參考。[10]梅榮芳等人在《智能手機(jī)App在物理實(shí)驗(yàn)中的開發(fā)與使用》一文中介紹通過借助智能手機(jī)中的QQ軟件，手機(jī)成為一部高清的無線攝像頭，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程被一覽無遺地呈現(xiàn)在與電腦相連的大屏幕上，直觀、鮮活的演示實(shí)驗(yàn)瞬間點(diǎn)亮了學(xué)生的探索欲望。

二、方案可行性分析

1.技術(shù)可行性：大數(shù)據(jù)環(huán)境下，云桌面操作平臺(tái)已經(jīng)被引入到部分高校和企業(yè)，運(yùn)行效果良好。本研究通過云服務(wù)器集群優(yōu)化整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，并對(duì)資源快速正確解析，通過云桌面及App手機(jī)軟件，做到排課、選課、考勤簽到、課程教學(xué)考核、課件回放、課堂教學(xué)效果反饋等一站式服務(wù)，做到實(shí)踐教學(xué)中心智能化管理。

2.財(cái)務(wù)可行性：傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)中心基于PC機(jī)模式，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，PC機(jī)設(shè)備更新?lián)Q代速度非?？?，為適應(yīng)社會(huì)需求，實(shí)踐教學(xué)對(duì)設(shè)備的更新投入也非常大。實(shí)踐教學(xué)中心智能化管理一方面減少了對(duì)PC單體機(jī)的經(jīng)濟(jì)投入，在電能消耗、配件耗材都有大大降低;一方面降低了教學(xué)人員在課程設(shè)計(jì)、課堂教學(xué)過程中的工作量，同時(shí)也降低了管理人員對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心設(shè)施設(shè)備維護(hù)的工作量，從而降低了人工成本;另一方面，智能化管理提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的使用率及實(shí)用率，且教學(xué)效果比傳統(tǒng)模式顯著加強(qiáng)。

3.操作可行性：實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心智能化管理平臺(tái)基于云桌面與智能手機(jī)App模塊，操作簡(jiǎn)單方便，在當(dāng)前的社會(huì)環(huán)境下更能被易于接受。同時(shí)該管理平臺(tái)的智能化管理打破了傳統(tǒng)模式下空間限制的壁壘，讓教師、學(xué)生、管理員能隨時(shí)隨地獲取需求并實(shí)現(xiàn)管理。

4.風(fēng)險(xiǎn)因素及對(duì)策：傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的PC機(jī)有獨(dú)立硬盤與操作系統(tǒng)，其故障率與被攻擊率明顯高于智能化管理平臺(tái)云客戶端。同時(shí)，通過對(duì)云服務(wù)器集群搭建的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警管理平臺(tái)，不僅可以實(shí)施監(jiān)控實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的運(yùn)行情況，還能在故障第一時(shí)間作出反應(yīng)，能高效、快速處理各種存在的風(fēng)險(xiǎn)及故障。

三、方案設(shè)計(jì)

當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心大多是基于傳統(tǒng)單機(jī)PC管理模式，在這種傳統(tǒng)管理模式下，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心管理面臨諸多痛點(diǎn)，大多存在電腦終端分散、數(shù)據(jù)離散、單點(diǎn)個(gè)性大、故障率高、運(yùn)維效率低、日常使用不方便、管理難度大等問題，以致造成人力、物力、財(cái)力耗費(fèi)大，資源浪費(fèi)，教學(xué)達(dá)不到實(shí)際理想效果。本研究結(jié)合當(dāng)前大數(shù)據(jù)環(huán)境下，對(duì)各實(shí)驗(yàn)室PC機(jī)搭建云桌面平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)行智能化管理，包括從教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)課程安排、教師學(xué)生打卡簽到、開啟云端教學(xué)模式、啟用視聽一體化課程課件管理、實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控、最后完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心智能運(yùn)營(yíng)評(píng)估報(bào)告。該平臺(tái)的搭建為實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心節(jié)省大量的人力、物力、財(cái)力，同時(shí)提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心設(shè)備利用率，為師生在教學(xué)過程中提供快捷、便利的服務(wù)。

本研究結(jié)合國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者的理論研究基礎(chǔ)，以大數(shù)據(jù)、云服務(wù)等理論為載體，搭建實(shí)驗(yàn)中心服務(wù)器集群、PC云桌面網(wǎng)絡(luò)操作平臺(tái)，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)中心現(xiàn)有資源進(jìn)行整合，通過利用對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心師生的現(xiàn)有資源進(jìn)行分類加工，搭建實(shí)驗(yàn)教學(xué)知識(shí)管理庫(kù)，按照教師-學(xué)生-實(shí)驗(yàn)室管理員三位一體原則，進(jìn)行智能化、差別化管理，以流程為導(dǎo)向，以軟件集成為中心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心運(yùn)維支撐平臺(tái)，搭建實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心智能化管理體系。實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)行智能化管理，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源進(jìn)行重新整合，構(gòu)建智能化管理平臺(tái)，為高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的教學(xué)資源平臺(tái)搭建、智能化管理以及全開放性實(shí)驗(yàn)室科學(xué)管理提供了豐富的理論依據(jù)和實(shí)際操作手段。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心智能化管理平臺(tái)以數(shù)據(jù)資源重新整合分析為核心內(nèi)容，通過云服務(wù)器集群對(duì)數(shù)據(jù)快速計(jì)算分析，滿足云客戶端對(duì)數(shù)據(jù)資源的需求。該智能化管理平臺(tái)包括三大部分，實(shí)驗(yàn)資源信息平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)管理信息平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警管理系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)資源信息平臺(tái)主要包括存儲(chǔ)教師、學(xué)生、實(shí)驗(yàn)課程及實(shí)驗(yàn)設(shè)備設(shè)施、各類應(yīng)用軟件等相關(guān)信息，實(shí)驗(yàn)管理信息平臺(tái)主要是對(duì)實(shí)驗(yàn)資源信息數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析并輸出到云客戶端的計(jì)算模塊，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警管理系統(tǒng)是保證云服務(wù)器集群從數(shù)據(jù)資源輸入—計(jì)算—輸出整個(gè)運(yùn)行過程中的一整套監(jiān)管系統(tǒng)，如圖所示。

在智能化管理系統(tǒng)中，引入兩大模塊，一個(gè)是智能手機(jī)App，一套是云桌面操作系統(tǒng)（云客戶端）。實(shí)驗(yàn)資源信息主要通過智能手機(jī)App和云桌面操作系統(tǒng)輸入到云服務(wù)器集群，通過云服務(wù)器集群計(jì)算分析返回輸出。

端口接入：

（1）在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心配置云客戶端，通過云客戶端登錄完成應(yīng)用需求。

（2）智能手機(jī)App軟件，通過登陸App完成應(yīng)用需求。

（3）開放全網(wǎng)虛擬端口，通過設(shè)置虛擬端口，教師、學(xué)生、管理員可隨時(shí)隨地完成應(yīng)用需求。

（4）對(duì)外開放口徑：在保證數(shù)據(jù)安全的前提下，云服務(wù)器集群對(duì)外云端有限開放口徑，完成整合所需數(shù)據(jù)資源的需求。[9]

（5）試聽一體化端口：在實(shí)驗(yàn)中心安裝試聽一體化設(shè)備，可對(duì)課堂教學(xué)有選擇性進(jìn)行錄音拍攝，滿足學(xué)生實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)的需求。[5-7]

數(shù)據(jù)配置：

（1）智能化管理平臺(tái)中的資源信息庫(kù)，包括教師、學(xué)生、課程信息等可通過管理員統(tǒng)一數(shù)據(jù)導(dǎo)入，同時(shí)也可通過智能手機(jī)和云客戶端進(jìn)行單獨(dú)的數(shù)據(jù)導(dǎo)入，此類信息為云服務(wù)器集群數(shù)據(jù)計(jì)算處理的基礎(chǔ)。

（2）云服務(wù)器集群通過對(duì)外開放口徑，從其他云端獲取本云服務(wù)器集群所需的數(shù)據(jù)資源。

數(shù)據(jù)采集分析及計(jì)算處理：

（1）教師根據(jù)教學(xué)計(jì)劃及時(shí)完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的教學(xué)實(shí)驗(yàn)預(yù)約，云服務(wù)器集群根據(jù)實(shí)驗(yàn)中心的課程資源，對(duì)教師的需求計(jì)劃進(jìn)行分析，完成教學(xué)實(shí)驗(yàn)預(yù)約。

（2）教學(xué)期間，學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)中心通過手機(jī)App掃碼登陸云桌面完成課程學(xué)習(xí)，云服務(wù)器集群根據(jù)實(shí)驗(yàn)中心學(xué)生信息資源庫(kù)，對(duì)學(xué)生到課情況進(jìn)行分析，完成課堂簽到情況分析。

（3）云服務(wù)器集群通過云桌面、手機(jī)App、開放的外網(wǎng)端口等接收的數(shù)據(jù)文件，根據(jù)實(shí)驗(yàn)中心的課程輔助資源庫(kù)，對(duì)學(xué)生的課堂作業(yè)、實(shí)驗(yàn)效果反饋進(jìn)行分析，完成實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)控制、實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程考核、實(shí)驗(yàn)效果跟蹤反饋等需求。

（4）在開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心設(shè)置門禁，所有人進(jìn)出通過門禁掃碼進(jìn)出實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，云服務(wù)器集群根據(jù)實(shí)驗(yàn)中心信息資源庫(kù)，保障開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心課程的安全有效管理。

（5）實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的設(shè)備設(shè)施外借，均需通過手機(jī)App、云桌面完成外借需求。

風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警管理平臺(tái)：

（1）風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警范圍包括病毒入侵、不明端口訪問、垃圾信息、不良信息及網(wǎng)頁(yè)瀏覽、云桌面及端口出現(xiàn)異常（網(wǎng)絡(luò)故障、設(shè)施設(shè)備故障）、云服務(wù)器集群對(duì)信息分析檢索發(fā)現(xiàn)的問題、其他違規(guī)操作。

（2）風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警管理平臺(tái)實(shí)時(shí)將報(bào)警信息反饋給實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心管理員，管理員根據(jù)報(bào)警信息具體內(nèi)容對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心出現(xiàn)的問題進(jìn)行及時(shí)處理，并完成風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警信息跟蹤情況登記表。

（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心管理員的需求，風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警管理平臺(tái)根據(jù)云服務(wù)器集群、實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心云客戶端的運(yùn)行情況定期自動(dòng)形成風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警管理報(bào)表，并對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的整體運(yùn)維情況進(jìn)行評(píng)估分析，滿足管理員對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的運(yùn)行情況的需求。[10]

四、結(jié)束語(yǔ)

目前大多數(shù)高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心都只單搭建了云桌面操作平臺(tái)，其管理模式依然以傳統(tǒng)管理模式為主。本研究集合了大數(shù)據(jù)、云服務(wù)等理論依據(jù)，結(jié)合目前最流行的手機(jī)App管理模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的智能化管理，并提出三位一體的新型管理格局，以流程為導(dǎo)向，達(dá)到高效、快捷、便利的教學(xué)管理新局面。

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