智慧教室云桌面系統建設研究

李海勝 張明真

摘 ?要：在“雙高”建設背景下，建設智慧教室是高職院校改善教學環(huán)境、提升教學質量的必然選擇。以鄭州鐵路職業(yè)技術學院人工智能學院智慧教室建設為例，總結傳統多媒體教室存在的問題，指出采用云桌面技術建設智慧教室計算機系統的新路徑，總結云桌面技術建設的技術優(yōu)勢。智慧教室的應用可以促進教師教育教學理念的變革，提升教學質量，助推高職院?！半p高”建設。

關鍵詞：智慧教室;云桌面;高職院校

中圖分類號：G434;TP311.5 ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）04-0158-03

Abstract：Under the background of “double high” construction，the construction of smart classroom is the inevitable choice for higher vocational colleges to improve the teaching environment and quality. Taking the intelligent classroom construction of Institute of Artificial Intelligence，Zhengzhou Railway Vocational and Technical College as an example，this paper summarizes the existing problems of traditional multimedia classroom，points out the new path of using cloud desktop technology to build intelligent classroom computer system，and summarizes the technical advantages of cloud desktop technology construction. The application of smart classroom promotes the reform of teacherseducation and teaching ideas，improves the quality of teaching，and promotes the construction of “double high” in higher vocational colleges.

Keywords：smart classroom;cloud desktop;vocational college

0 ?引 ?言

2017年，習近平總書記在黨的十九大報告中指出，要增強改革創(chuàng)新本領，善于結合實際創(chuàng)造性推動工作，善于運用互聯網技術和信息化手段開展工作。2019年，在國家“雙一流”建設背景下，職業(yè)教育推出高職“雙高計劃”，服務產業(yè)轉型升級培養(yǎng)高素質技術技能人才的時代需求[1]。

黨中央、國務院相關政策以及“智慧校園”“智慧教室”等概念的提出，給高等職業(yè)院校信息化建設指引了方向、開辟了更加廣闊的空間，并由此帶來了教育、教學理念的深刻變革[2]。建設新型智慧教室是 建設高職院校智慧校園的核心工作，亦是提升高職智慧教育水平、建設“雙高”職業(yè)院校的硬件基礎與內在要求。智慧教室的設計、建設與應用，成為了教育技術領域研究的主題之一，并且是各類院校和科研院所教育研究人員、教學多媒體建設人員關注的熱點[3]。越來越多的高校開始新建智慧教室或者改造傳統多媒體教室。在此過程中，如何建設計算機系統，成為建設過程中首要解決的問題?；诖?，以鄭州鐵路職業(yè)技術學院人工智能學院為例，探討智慧教室計算機系統的建設方案，使計算機系統更加有效地促進教師教學、學生認知方式的轉變，從而支撐新型教育教學模式，最終實現技術與教育教學的完美融合。

1 ?傳統多媒體教室存在的問題

1.1 ?承載各類軟件，管理難度大

多媒體教室承載著學校信息化教學任務，需要安裝各類課程軟件、平臺，即使是通過機房管理軟件進行安裝、管理，亦需要耗費大量的人力物力。隨著軟件的快速迭代更新，計算機軟件對硬件的要求逐年提升，傳統模式下無法對教室內所有機器進行硬件更新。此外，機房用戶眾多，用戶的上機行為難以管控，也對機房的管理造成了很大的壓力。

1.2 ?易受攻擊，安全性差

目前傳統多媒體教室存在如下安全問題：

（1）難以防止非法接入。多媒體教室配置大量計算機主機，存在主機接口眾多，管理人員難以處理非法外聯、非授權外設接入以及第三方或臨時雇員安全接入等問題。

（2）難以保證數據安全。數據均在本地存儲，難以防范數據泄露與丟失。同時部署多種安全產品面臨軟件沖突且犧牲系統性能。若機房局域網某臺主機被病毒感染，很有可能造成大規(guī)模的機器中毒以及用戶信息泄露，給信息安全帶來極大挑戰(zhàn)。

（3）缺乏有效的安全防護手段。機房一般采取安裝單機殺毒軟件的方式進行安全防范，安全防范手段單一，缺乏綜合防護手段。

1.3 ?占用空間大，環(huán)境衛(wèi)生難保持

為保護計算機主機不受損壞，多媒體教室一般配置電腦桌用于擺放主機。多媒體教室用戶涵蓋全校，學生在機房內亂丟垃圾的現象時有發(fā)生，某些學生將垃圾放置到電腦桌內部，難以清理，這給多媒體教室環(huán)境衛(wèi)生帶來了極大的挑戰(zhàn)。

1.4 ?建設、維護成本高

（1）硬件成本高。采用傳統方案（單臺主機、局域網聯通）建設多媒體或智慧教室硬件成本高、采購成本高[4]。此外，傳統方案機房主機損耗較高，特別是隨著使用時間的增加，損壞率加速上升，需要不斷更新、替換硬件，加劇了硬件成本的上升，這也在一定程度上影響了日常教學工作。

（2）能耗成本高。每臺主機功率約在200 W左右，每年機房的電力消耗是一筆很大的支出[4]。夏季高溫時節(jié)，機房亦是火災防范的重點，隨著使用時間的增加，電力線路老化，更加大了火災發(fā)生的危險性。

鑒于傳統多媒體教室的諸多弊端，而云機房可以在一定程度上克服傳統多媒體教室的不足，所以當前越來越多的學校開始使用云桌面進行辦公和教學。

2 ?云桌面技術建設智慧教室技術路徑

云桌面技術，即虛擬桌面系統，是通過在數據中心的服務器運行操作系統，用戶通過來自終端設備（傳統終端設備和移動智能終端）的客戶計算協議與后臺服務器進行連接，將用戶桌面虛擬化，使用戶訪問終端桌面就像是訪問傳統的本地安裝桌面一樣[5]。云桌面將個人計算機（Personal Computer，簡稱PC）上的操作系統、應用程序和數據全部集中放置于數據中心，并且提供與個人計算機一樣的使用體驗，從而不再需要傳統計算主機。云桌面技術在前端客戶無差別應用的前提下，為機房管理運維提供了全新的方式。

目前建設云桌面機房主要采用兩種技術路徑，一是虛擬機技術，二是Docker容器技術。虛擬機（Virtual Machine）是指通過軟件模擬的具有完整硬件系統功能的、運行在一個完全隔離環(huán)境中的完整計算機系統。Docker是一個軟件平臺，可以快速構建、測試和部署應用程序。Docker將軟件打包成名為容器的標準化單元，這些單元具有運行軟件所需的所有功能，包括庫、系統工具、代碼和運行時。Docker設計精巧、部署快速、運行高效，應用之間相互獨立、隔離，管理人員可以看到所有容器的內容。

虛擬機用于虛擬化服務器硬件，而容器用于虛擬化服務器的操作系統，虛擬機與Docker適用于不同的應用場景。虛擬機的優(yōu)勢在于能夠徹底隔離整個運行環(huán)境。例如，云計算服務提供商通常采用虛擬機技術隔離不同的用戶，而Docker通常用于應用的隔離，如Web前端，Apache服務器以及MySQL數據庫。虛擬機與Docker技術原理對比，如圖1所示。

在智慧教室建設中，針對需求采用虛擬機或Docker技術建設云桌面系統。

面向公共課程的機房，需支撐課程較多，采用虛擬機技術，具備通用性的特征。利用虛擬機后臺管理系統創(chuàng)設Windows 7、Windows 10、Ubuntu等操作系統鏡像，在鏡像中安裝專業(yè)軟件，某一個鏡像的更新不影響其他鏡像的使用，做到系統之間互不干擾兼具安全的優(yōu)點。

面向專業(yè)課程的機房，需求單一，可采用Docker容器技術，能夠快速響應，具備高性能的優(yōu)勢。在統一系統鏡像下，安裝應用軟件，應用之間相互隔離，做到應用隔離兼具快速響應的優(yōu)勢。

采用虛擬機或Docker技術建設云桌面系統，其系統架構基本一致，如圖2所示。系統包含服務器、后臺管理端以及多臺客戶機。服務器用于提供硬件資源，后臺管理端用于云桌面系統管理、鏡像管理以及資源分配，客戶機顯示服務器上開辟的虛擬機或Docker。云桌面系統是典型的胖服務器、瘦客戶機的架構。

3 ?云桌面技術建設智慧教室的優(yōu)勢

3.1 ?動態(tài)擴展、集中管理

云桌面系統管理集中于服務器端，由后臺統一管理。在云桌面系統后臺，可基于教學需求創(chuàng)建多種不同類型的操作系統鏡像（Windows 7、Windows 10、Linux等），定制“系統+專業(yè)軟件”的鏡像。鏡像下的專業(yè)軟件需要更新時，只需修改該鏡像，用戶即可獲得更新后的鏡像，無需傳統模式下的系統同傳等操作。

云桌面管理系統根據前端用戶需要動態(tài)劃分、釋放鏡像所占用的物理資源。有用戶需求時，則分配對應鏡像資源;有用戶注銷時，則釋放其所占用的系統資源，從而實現資源的彈性供應。

3.2 ?安全性好

云桌面系統安全性由位于云端的安全云軟件、硬件平臺以及位于用戶端的瘦客戶端構成。位于云端的安全云、硬件能夠快速更新，瘦客戶端接口統一，極大地提升了云桌面的安全防范能力。

3.3 ?教室環(huán)境易保持

傳統PC與云桌面PC相比，如圖3所示，傳統PC雙人臺包含電腦桌、主機柜、凳子等，主機柜占用了電腦桌下部近50%的空間，并且成為機房“藏污納垢”的主要位置。而云桌面機器僅在桌面放置顯示屏、客戶機與鼠標鍵盤，解放了電腦桌下部空間，并且無衛(wèi)生死角，教室環(huán)境衛(wèi)生極易打掃、保持。

3.4 ?節(jié)約成本

本文以鄭州鐵路職業(yè)技術學院人工智能學院多媒體教室（同等硬件性能配置、40臺位）為例，對比上述兩種方案所需成本。

（1）硬件成本。如表1所示，采用傳統PC方案與桌面云的方式建設50臺位的智慧教室，兩種方式建設成本幾乎一致。

（2）能耗成本。如表2所示，假設工作日每天使用6節(jié)課（約5個小時），全年工作日260天計算，桌面云較傳統PC方案可節(jié)約72%的電力。

（3）TCO（Total Cost of Ownership）對比。TCO即總擁有成本，包括產品采購到后期使用、維護的成本。綜合表1、表2，采用傳統PC方案與桌面云的方式建設50臺位智慧教室機房系統，桌面云TCO約占傳統PC方案TCO的70%，節(jié)約了大量建設經費。

4 ?結 ?論

黨中央、國務院相關政策以及智慧教室概念的提出，為高職信息化建設指引了方向。傳統PC方案存在管理難度大、安全性差、環(huán)境衛(wèi)生難保持等問題。云桌面計算機模式憑借動態(tài)擴展集中管理、安全性好、環(huán)境易保持與成本低的優(yōu)點正逐步取代傳統PC方案，成為建設智慧教室計算機系統的新模式。目前，越來越多的學校開始建設智慧教室替代傳統多媒體教室。智慧教室的應用促進了教師教育理念的變革、教學方法的轉變，助力高職院校提升教學質量，推進“雙高”建設。

參考文獻：

[1] 周勇.把握時代脈搏 ?打造特色高水平信息高職 [N].中國教育報，2019-12-17（7）.

[2] 李黎波.數字中國建設的教育方案——基于“互聯網+”的視角 [J].東北師大學報（哲學社會科學版），2018（5）：190-194.

[3] 張亞珍，張寶輝，韓云霞.國內外智慧教室研究評論及展望 [J].開放教育研究，2014，20（1）：81-91.

[4] 黃長江，詹柳春.高校云機房建設方案研究 [J].信息與電腦（理論版），2019，31（21）：202-203.

[5] 趙文靜，曹忠.計算機實驗室虛擬云桌面的設計與建構 [J].實驗技術與管理，2019，36（4）：40-44.

作者簡介：李海勝（1984-），男，漢族，河南鄭州人，碩士，講師，研究方向：計算機教育。