云計算技術(shù)在高校實驗教學(xué)中的研究與應(yīng)用

林 杰，陸思航

(南寧學(xué)院，廣西 南寧 530200)

0 引言

近年來，隨著我國高校實驗室管理水平的進步，也漸漸出現(xiàn)了設(shè)備老化、技術(shù)更新不及時、資源共享不充分、管理成本高難度大等問題，給老師的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)造成了很大的影響。對于傳統(tǒng)的實驗室，需要用新的技術(shù)進行革新，解決問題。云計算技術(shù)作為當(dāng)下信息技術(shù)發(fā)展的主要方向，在實驗教學(xué)中的應(yīng)用至關(guān)重要。

1 云計算技術(shù)的介紹

1.1 基本概念

云計算本質(zhì)上來說是一種商業(yè)計算模型，主要依托高速的網(wǎng)絡(luò)傳輸能力、分布式處理、并行運算和網(wǎng)格計算，將互聯(lián)網(wǎng)作為核心，在應(yīng)用軟件技術(shù)、虛擬化技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(Infrastructure as a Service，IaaS)、平臺即服務(wù)(Platform as a Service，PaaS)等技術(shù)的支持下，將計算任務(wù)從單個計算機迅速分解發(fā)布到由多臺計算機組成的資源池中，從而使不同的應(yīng)用系統(tǒng)也能夠按照各自的需求獲取計算力、儲存空間或多樣的軟件服務(wù)。應(yīng)用程序在幾十萬甚至更大規(guī)模的服務(wù)器集群中運行是云計算技術(shù)的基本運行原理[1]。在這種原理之下，應(yīng)用程序無須用戶的手機、平板等終端設(shè)備，處理過后的數(shù)據(jù)能夠保存在互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫中，在提供云服務(wù)的一端對數(shù)據(jù)的運行進行維護和支持，使得用戶無論何時何地都能夠從云端獲取自己所需要的服務(wù)和資源[2]。

1.2 云計算的分類

(1)按照提供云計算的服務(wù)主體以及云平臺的部署方式區(qū)別劃分，可以將云分為：公共云、私有云和混合云3類。私有云是指將平臺交由公司的防火墻委托管理，主要用途是公司內(nèi)部員工使用。公共云是指企業(yè)在財務(wù)、架構(gòu)、管理或別的需求之下，需要外包某些應(yīng)用，接著將所需的基礎(chǔ)架構(gòu)或者應(yīng)用程序委托給服務(wù)提供方管理，最終將服務(wù)提供給企業(yè)?；旌显祁櫭剂x是私有云和公共云的結(jié)合使用[3]。

(2)按照云計算的服務(wù)層次劃分，可分為：基礎(chǔ)設(shè)施云IaaS、平臺云PaaS、應(yīng)用云SaaS 3類。各層次互聯(lián)圖如圖1所示。

圖1 云服務(wù)層次

2 云計算技術(shù)對高校實驗教學(xué)的影響

在水電氣和通信互通之后，云計算同樣可以逐步成為水電氣等公共設(shè)施，在各個領(lǐng)域得到應(yīng)用。在推進高校教育信息化的進程中，云計算的應(yīng)用勢必是教育的一次大革新。本研究將著重探討云計算技術(shù)對高校實驗教學(xué)的影響，主要的影響體現(xiàn)在以下兩個方面。

2.1 教學(xué)方式和學(xué)習(xí)方式的改變

云計算的核心即虛擬化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)不同功能的設(shè)備融合為一個表現(xiàn)形式的理想狀態(tài)，同時多樣的虛擬化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)物理儲存資源和主機的一體化整合，大大提升信息共享的效率。當(dāng)資源與設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)分布式共享時，教師能夠通過互聯(lián)網(wǎng)對虛擬服務(wù)器進行訪問，甚至可以改變上課的地點，對教學(xué)的方式起到了改變作用。對于學(xué)生來說，可以對集中實驗和分散飾演的學(xué)習(xí)方式有較大的自主選擇權(quán)，打破時間地點的局限，隨時隨地進入學(xué)習(xí)。

2.2 實驗室設(shè)施維護成本的降低

云計算對客戶端的配置并沒有太高的要求，因此，用戶獲取云服務(wù)的成本相對較低。采用云計算之后，實驗教學(xué)不再局限于學(xué)校實驗室。只要存在網(wǎng)絡(luò)，教師和學(xué)生都可以通過自己的客戶端對“云”端服務(wù)和程序進行訪問。這樣一來，沒有必需的實驗條件時不需要使用實驗室，例如理論學(xué)習(xí)都可以通過云端完成。云計算環(huán)境提供的實驗室能夠取代一部分傳統(tǒng)實驗室的功能，對實驗設(shè)備更新?lián)Q代的需求降低，同時對于閑置設(shè)備能夠提高再利用率，從而節(jié)約了實驗室的維護成本以及不斷購置新設(shè)備的成本[4]。

3 云計算技術(shù)在高校實驗教學(xué)中的具體應(yīng)用措施

3.1 實驗教學(xué)云平臺的搭建構(gòu)想

依托于云計算低成本、高效率、高擴展性的特點，高校教師和學(xué)生都能夠通過共享開發(fā)測試資源和遠程桌面搭建屬于自己的虛擬實驗室。在云計算的環(huán)境中，用戶可以從客戶端向網(wǎng)絡(luò)中提出申請，數(shù)據(jù)中心依據(jù)申請的需求從云儲存空間和服務(wù)器上智能化分配實驗資源和服務(wù)。用戶只需要根據(jù)指令登陸云端的操作系統(tǒng)，即可開始實驗。在整個過程中，通過營造標準化環(huán)境打造虛擬實驗室，通過虛擬化資源池搭建實驗環(huán)境，并通過自動化技術(shù)完成整個實驗資源和服務(wù)的申請、監(jiān)控、管理工作，為師生提供了通過虛擬桌面實現(xiàn)遠程訪問的功能。

3.2 實踐教學(xué)私有云平臺的搭建

與公有云相比，私有云是為某個組織或者企業(yè)專門提供的專有云服務(wù)。其端口通常部署在企業(yè)內(nèi)部，企業(yè)和組織擁有所有權(quán)和控制權(quán)。私有云具有需求滿足程度高、自由化程度高等特點，但是同時面臨較高的管理費用。那么，高校中的實驗教學(xué)私有云平臺可以利用gridsphere管理系統(tǒng)實現(xiàn)高效率的管理功能，有利于實踐教學(xué)私有云平臺的搭建。首先，基于gridsphere管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)用戶管理功能。在這一平臺下能夠利用gridsphere管理系統(tǒng)自帶的用戶管理界面，將gridsphere的用戶分為super，admin，user這3類，以滿足不同用戶對實驗教學(xué)私有云平臺的使用需求。如教師使用該平臺更重視傳授標準的實驗流程，而學(xué)生則更重視實驗的體驗感和有效性，通過用戶分類的劃分能夠滿足需求的多樣性。其次，實現(xiàn)創(chuàng)建實例模版并上傳的功能。在gridsphere管理系統(tǒng)下用戶對不同操作系統(tǒng)存在的需求都能夠被解決。當(dāng)用戶需要制定不同的實驗室環(huán)境時，能夠通過模版包提高使用效率。在制作模版之后還能夠?qū)崿F(xiàn)即時上傳的功能。最后，實現(xiàn)gridsphere管理系統(tǒng)對虛擬機的管理功能，主要表現(xiàn)在用戶能夠通過瀏覽器查詢到需要的實例模版，接著能夠借助虛擬機管理功能申請使用；與此同時，管理者能夠在平臺的幫助下對虛擬機進行啟動、重啟、停止等操作，為應(yīng)用到實驗教學(xué)中提供了更便捷的管理方式。

4 結(jié)語

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，高校實驗室云平臺的搭建已成為發(fā)展的主流方向。在實驗教學(xué)中使用云計算技術(shù)，按照老師和學(xué)生的需求搭建、分配統(tǒng)一管理的教學(xué)實驗環(huán)境，有效解決了傳統(tǒng)實驗室中設(shè)備管理工作量大、設(shè)備利用率低下、管理繁復(fù)的問題，同時大大提高了資源的利用率和信息的共享程度，按照實際的需求自動為老師和學(xué)生準備實驗環(huán)境，真正將教學(xué)向著信息化的方向推進。除了其本身在效率上為教學(xué)帶來的優(yōu)勢之外，對于高校實驗技術(shù)的改進以及實驗教學(xué)模式的革新都有著非凡的意義。