高校智慧教室桌面云的設(shè)計與應(yīng)用探究

摘 要 在 雙高 建設(shè)背景下 智慧教室已成為高職院校智慧校園建設(shè)的核心 它是提升教育教學(xué)的重要手段 同時是改善高校智慧校園管理的重要途徑 文章以常德職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例 提出當(dāng)前該校對于智慧教室建設(shè)的迫切需求 根據(jù)學(xué)校實際特點 具體闡述了該校智慧教室桌面云設(shè)計 以優(yōu)化智慧校園的管理 提升教育教學(xué)質(zhì)量

關(guān)鍵詞 智慧校園 智慧教室 桌面云

中圖法分類號tp399? ?文獻標(biāo)識碼a

１ 引言

２０１９ 年，在國家“雙一流”建設(shè)背景下，職業(yè)教育推出高職“雙高計劃”，其強調(diào)推進新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，將校園網(wǎng)、５Ｇ 網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能與ＶＲ 等新興技術(shù)作為驅(qū)動，大力推進智慧教室、虛擬微課室、智慧實訓(xùn)室、５Ｇ 直播室和虛擬仿真實訓(xùn)中心等新型智慧教學(xué)設(shè)備設(shè)施，從而提升高校教育教學(xué)質(zhì)量，強調(diào)從融合應(yīng)用向創(chuàng)新發(fā)展演進，將新型技術(shù)深度融入智慧校園建設(shè)中，從而優(yōu)化校園管理、提升教育教學(xué)質(zhì)量［１］ 。

智慧教室是師生上課和學(xué)習(xí)的首要場地，提供師生獨立的學(xué)習(xí)和教學(xué)空間，教師通過智慧教室，進行“一鍵式”標(biāo)準化、專業(yè)化、簡捷化、批量化錄制，以補充和拓展傳統(tǒng)課堂學(xué)習(xí)資源，為“翻轉(zhuǎn)課堂”等新型教學(xué)模式提供基礎(chǔ)支撐［２］ ，滿足學(xué)生課后隨時隨地個性化的在線學(xué)習(xí)需求。因此，智慧教室是建設(shè)高職院校智慧校園的核心，是提升高職院校智慧教育教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。目前，智慧教室的建設(shè)已成為教育技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點之一，吸引了很多從事教育教研學(xué)者以及教學(xué)多媒體管理人員的關(guān)注。智慧教室不僅提高了教育教學(xué)的質(zhì)量，針對智慧校園的管理，通過一站式批量遠程操作，還能讓校園管理人員擺脫“救火隊”的角色，起到事半功倍的管理效果。智慧教室的核心建設(shè)內(nèi)容是桌面云，本文以常德職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例，探討了智慧教室桌面云建設(shè)，最終實現(xiàn)信息技術(shù)與教育教學(xué)、校園管理的完美融合［３］ 。

２ 智慧教室需求分析

２．１ 優(yōu)化現(xiàn)有管理方式

傳統(tǒng)模式將教學(xué)軟件和教學(xué)環(huán)境綁定在ＰＣ 上，當(dāng)計算機出現(xiàn)故障后，信息技術(shù)管理人員需要親臨現(xiàn)場進行維護，對計算機進行系統(tǒng)修復(fù)和重新配置，而在整個ＰＣ 生命周期中，管理員的工作量較大，加上復(fù)雜的桌面運維工作比較消耗時間，往往導(dǎo)致響應(yīng)能力不足，從而影響教學(xué)效率。高校機房多為共享共建，需滿足教學(xué)以外各市州的司法系統(tǒng)、人社系統(tǒng)、衛(wèi)生系統(tǒng)、住建系統(tǒng)等考試系統(tǒng)，機房軟件安裝也成為管理人員的一大難點，往往不同的考試系統(tǒng)需依賴不同的系統(tǒng)版本，各種補丁包也會導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)故障。在信息技術(shù)應(yīng)用環(huán)境日益復(fù)雜、人員有限的情況下，如何保證服務(wù)質(zhì)量及如何擺脫“救火隊”的角色，從而給智慧校園提供高效的信息技術(shù)服務(wù)以及良好體驗已然成為信息技術(shù)部門致力于發(fā)展的目標(biāo)。因此，需通過一站式方法解放信息技術(shù)人員的雙手，提升管理效率，快速交付所需的“新桌面”，縮短部署時間，同時還可批量發(fā)布用戶桌面，提升教學(xué)與管理靈活性。

２．２ 提升課堂教學(xué)效果

在傳統(tǒng)模式下，教師制作課件往往需要通過個人ＰＣ，上課則是通過移動Ｕ 盤來回拷貝，而且不同專業(yè)課，所安裝的專業(yè)軟件也不同，導(dǎo)致公用上課ＰＣ 安裝的軟件多而亂，教師沒有自己獨立的個性化教學(xué)空間，使用起來不方便，且課件和安裝的文件往往容易丟失。在傳統(tǒng)課堂上課時需自己攜帶“小蜜蜂”，尤其是容納幾百人的公共課，教師上課不只是體力活，往往最累的是嗓子。因此，需通過現(xiàn)代智慧教學(xué)設(shè)備，提供教師個性化教學(xué)空間，減輕教職工教學(xué)體力負擔(dān)，解放教師的生產(chǎn)力，以提升課堂教學(xué)效果。

２．３ 提升教學(xué)資源安全性

教學(xué)相關(guān)操作需在統(tǒng)一安全規(guī)范的云桌面上進行，應(yīng)用程序安裝、系統(tǒng)補丁、軟件升級及病毒更新等只需集中安裝設(shè)置１ 次，然后批量發(fā)布到所有用戶桌面，這有利于保障教學(xué)業(yè)務(wù)和課件及其他資料的安全性與可靠性。同時，桌面工作站資源平臺化后，可根據(jù)辦公人員的崗位和課件資料的重要程度，設(shè)計數(shù)據(jù)的備份計劃與備份頻率，以確保學(xué)校重要教學(xué)資源的安全性［４］ 。

３ 智慧教室桌面云建設(shè)

智慧教室桌面云整體架構(gòu)包括服務(wù)器虛擬化軟件、存儲虛擬化軟件、云桌面控制平臺軟件和集中管理平臺，從邏輯上可分為用戶層、接入層、資源層、控制層４ 個層次。

用戶層（Ｕｓｅｒ Ｌａｙｅｒ）：用戶層是用戶的分組，不同的用戶擁有不同的權(quán)限，在虛擬桌面資源上可以得到不同的桌面，訪問不同的資源。其主要組件為瘦客戶機、客戶ＰＣ 機終端、移動設(shè)備（ｉＰａｄ、平板電腦）等。整個虛擬桌面環(huán)境按照不同的用戶分配不同的業(yè)務(wù)組，并匹配各自的業(yè)務(wù)資源管理權(quán)限。

接入層（ＡｃｃｅｓｓＬａｙｅｒ）：接入層為用戶提供訪問資源的門戶，其主要組件是接入層交換設(shè)備、虛擬桌面控制器、虛擬化平臺安全防護系統(tǒng)等。交換機對用戶終端到虛擬服務(wù)端的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)發(fā)；虛擬桌面控制器為終端用戶提供身份驗證登錄接口，并匹配相應(yīng)的資源管理權(quán)限，同時對相應(yīng)的傳輸協(xié)議等進行優(yōu)化，以保證終端用戶體驗；虛擬化平臺安全防護系統(tǒng)通過個人盤加密、策略防火墻等為整個虛擬化平臺提供平臺安全防護和數(shù)據(jù)安全防護。

資源層（ＲｅｓｏｕｒｃｅＬａｙｅｒ）：資源層主要負責(zé)承載桌面虛擬化的虛機資源和對應(yīng)的管理組件。整個虛擬桌面資源層由多臺服務(wù)器組成，將服務(wù)器虛擬化、存儲虛擬化，以形成一個高可用的、資源共享的池。資源層構(gòu)建在超融合架構(gòu)上，此架構(gòu)模式不但能夠滿足現(xiàn)有的桌面虛擬化辦公需求，同時會展現(xiàn)出強大的擴展能力。在后期方案中進行桌面虛擬化擴展，只需要增加服務(wù)器計算資源和客戶端瘦客戶機，即能快捷實現(xiàn)線性擴容。

控制層（ＣｏｎｔｒｏｌＬａｙｅｒ）：控制層包含管理整個虛擬化平臺的管理組件，是虛擬化環(huán)境中所有資源最重要的控制單元?？刂茖迂撠?zé)虛擬化對象整個生命周期的管理，包括生成、交付、運行、維護、銷毀。該控制層集成在服務(wù)器的資源層上。

３．１ 平臺資源規(guī)劃

根據(jù)學(xué)校實際教學(xué)需求，確定建設(shè)規(guī)劃后端的云平臺資源池共承載４２１ 個虛擬桌面，單用戶分配資源為ＣＰＵ 四核，內(nèi)存８ ＧＢ，硬盤２００ ＧＢ 容量。按照４２１用戶計算，整體資源容量需求為１ ６８４ ＧＨｚ，內(nèi)存總量為３ ５７８ ＧＢ，硬盤容量為８２ ＴＢ。確定集群服務(wù)器為ＣＰＵ ２? ３２ 核２．８ ＧＨｚ，３８４ ＧＢ（１２?３２ ＧＢ）內(nèi)存，４塊６ ＴＢ 的ＳＡＴＡ 盤，規(guī)劃為７ 臺，整體可用資源為１５６８ ＧＨｚ，內(nèi)存容量為２ ６８８ ＧＨｚ，硬盤可用容量為８４ＴＢ；資源與１５０ 個虛擬桌面所需要的配置對比冗余了１０％，建設(shè)集群資源與４２１ 個虛擬桌面所需要的配置對比冗余了２０％。一般情況下虛擬桌面不會全部開啟，考慮到若所有虛擬桌面同時運行，則在云平臺模式下，資源可用率更高。若后端云桌面集群的硬件資源不夠用，則需要擴容服務(wù)器，采用超融合架構(gòu)及分布式存儲，可直接將服務(wù)器加入原有集群中。若將服務(wù)器的接口接入存儲私網(wǎng)、管理網(wǎng)和業(yè)務(wù)網(wǎng)，則后端數(shù)據(jù)會自動進行平衡操作，可在線熱添加集群，不影響原有業(yè)務(wù)。

３．２ 遠程桌面

設(shè)置公共教學(xué)桌面和個性化個人桌面，以滿足教師對公共課和專業(yè)課程的需要，其中公共教學(xué)桌面是為思政課、計算機公共課、醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課等不需要占用太多資源的課程而定制的使用場景，而個性化桌面對數(shù)據(jù)和資源有較高要求，需要設(shè)置高級訪問權(quán)限且滿足一定安全性的使用場景，如計算機網(wǎng)絡(luò)課程、大數(shù)據(jù)課程、ＣＡＤ 制圖等。針對不同云桌面，后臺系統(tǒng)能夠進行快速桌面切換且快速恢復(fù)桌面系統(tǒng)到某個時間節(jié)點，并對不同的教學(xué)管理系統(tǒng)提供統(tǒng)一的ＡＰＩ 進行接口對接。后臺系統(tǒng)還需按照時間節(jié)點計算師生軟硬件使用的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并定時生成報表，支持遠程Ｗｅｂ 端部署和管理，管理人員無需走動即可在辦公計算機上實現(xiàn)一鍵式部署以及各類專業(yè)軟件的安裝，實現(xiàn)一鍵斷電和斷網(wǎng)，并針對網(wǎng)絡(luò)攻擊等異常情況，能實時通過移動端反饋給管理員。

３．３ 遠程運維

通過部署桌面工作站資源平臺將各教學(xué)桌面和實訓(xùn)室桌面資源集中于信息中心機房，針對故障出現(xiàn)、軟件升級、軟件安裝以及資源擴容等，管理人員無需到現(xiàn)場進行維護，通過Ｗｅｂ 界面便可實現(xiàn)所有辦公桌面的問題排查、軟件安裝與升級。由于虛擬桌面數(shù)量多，因此可在Ｗｅｂ 界面進行分組管理，以降低管理人員的運維壓力和運維投入。此外，桌面工作站資源平臺設(shè)計自帶備份快照功能，通過設(shè)置策略可使辦公桌面做自主備份。時間節(jié)點可以自主選取。當(dāng)桌面發(fā)生故障時，用戶可以通過辦公桌面，將桌面還原到一天前或者一周前的狀態(tài)，此功能一方面實現(xiàn)各終端用戶自主維護，減輕管理員運維壓力，另一方面防范病毒入侵，保證桌面安全。

３．４ 安全策略設(shè)計

針對學(xué)校各用戶ＰＣ 分散部署、終端安全難以管控的問題，桌面工作站資源平臺深度融入了安全技術(shù)，從而讓桌面工作站資源平臺具備了端到端的安全機制。在桌面工作站資源平臺的整個解決方案中涉及的終端、網(wǎng)絡(luò)、平臺和最終的數(shù)據(jù)存儲，需要多項技術(shù)來保證其安全，例如，針對終端細粒度的ＵＳＢ 黑白名單技術(shù)，一方面保證了無法非法接入外設(shè)，另一方面可以精準地允許某個外設(shè)接入。在數(shù)據(jù)導(dǎo)出方面，桌面工作站資源平臺要具備文檔導(dǎo)出審計的能力，任何從平臺導(dǎo)出文檔的行為都會被加密存儲到審計中心，針對預(yù)先設(shè)置的可疑行為也會給出相應(yīng)的告警信息。具體的安全策略設(shè)計如下。（１）多種認證方式。對信息中心而言，信息安全的重要性是不言而喻的，而訪問內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)的身份認證也是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。為驗證桌面系統(tǒng)訪問者的身份合法性，桌面工作站資源平臺需要提供本地認證、第三方結(jié)合認證、短信認證、Ｕｋｅｙ 認證、硬件特征碼、動態(tài)口令等多種認證方式的隨需組合，以滿足不同級別的接入安全需求，從而最大限度地防止云桌面被非法訪問，保障用戶重要數(shù)據(jù)的安全性。（２）用戶數(shù)據(jù)盤加密。在桌面工作站資源平臺方案中數(shù)據(jù)集中存放的模式使部分用戶為個人信息的隱私而擔(dān)憂?；诖?，桌面工作站資源平臺需要具備“用戶數(shù)據(jù)盤加密”技術(shù)，對個人數(shù)據(jù)采取加密手段，將數(shù)據(jù)以密文的形式存放在服務(wù)器上，從而避免敏感數(shù)據(jù)被非法竊取，保障用戶個人隱私安全。（３）應(yīng)用黑白名單。其目的是嚴格管控桌面工作站資源平臺場景。黑名單：通過規(guī)則配置禁止指定應(yīng)用在桌面工作站資源平臺中運行。白名單：只允許名單規(guī)則中的應(yīng)用運行，可以給不同人員辦公應(yīng)用開啟白名單，保證運行流暢度和資源占比，其他的應(yīng)用可選取禁止運行。（４）文檔導(dǎo)出審計。文檔導(dǎo)出審計功能可以限制各辦公人員僅使用特定的文檔導(dǎo)出工具實現(xiàn)文件外發(fā)。功能開啟后，虛擬機通過剪切板、ＰＣ 設(shè)備和ＵＳＢ 設(shè)備等外發(fā)文件的操作被禁止，必須使用虛擬機內(nèi)部的文件導(dǎo)出工具實現(xiàn)文件外發(fā)，然后對外發(fā)數(shù)據(jù)進行審計。

４ 結(jié)束語

通過智慧教室桌面云，建立了“大后臺、小前端”的桌面工作站資源平臺架構(gòu)。學(xué)校中心機房集中托管公共機房學(xué)生桌面，教室則將零維護、精致小巧的工作站接入終端，實現(xiàn)在校師生更優(yōu)質(zhì)的上機體驗。桌面云運行機制只是將“大后臺”桌面圖像及變化量傳輸給用戶，網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)膬H是屏幕增量變化和指令信息，用戶終端不會留存任何內(nèi)部信息，且通過終端用戶認證、安全傳輸、數(shù)據(jù)保護等機制解決桌面安全問題，從根本上保障了信息安全。教師無論何處何時都能有自己的個性化教學(xué)空間，高效且安全，在一定程度上解放了教師的生產(chǎn)力，提升了教師的教學(xué)能力。傳統(tǒng)終端層面的運行成本包括技術(shù)支持成本、運行維護成本、硬件升級成本、電力成本等，而智慧教室工作站接入終端和服務(wù)器，總體故障率較低，給學(xué)校節(jié)省了硬件維保和支持成本，當(dāng)桌面性能不足時，無需淘汰原有硬件資源，只需添置部分服務(wù)器來實現(xiàn)性能提升。智慧教室桌面云建設(shè)為學(xué)校降低了運維成本，提升了信息安全，為建設(shè)“安全、高效、節(jié)能、環(huán)?！钡闹腔坌@做了更進一步探索。

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］ 李海勝，張明真．智慧教室云桌面系統(tǒng)建設(shè)研究［Ｊ］．現(xiàn)代信息科技，２０２０，４（４）：１５８?１６０．

［３］ 杜鵬，何春元，李林原，等．高校智慧云桌面教室建設(shè)問題與對策研究［Ｊ］．電腦校園，２０２０（６）：１１２６?１１２７．

［４］ 蘇忠，張利峰，孫曉玲．高校智慧教室構(gòu)建設(shè)計與實踐［Ｊ］．金陵科技學(xué)院學(xué)報，２０２０，３６（２）：５２?５５．

作者簡介：

田威（１９８９—），碩士，助教，研究方向：大數(shù)據(jù)、機器學(xué)習(xí)。