“云課堂”教學模式在高校實驗室中應用探討

朱劍玫+常紅艷

摘 要 面對高校傳統(tǒng)的PC實驗室機器存在品類繁雜、硬件配置多樣化、網(wǎng)絡環(huán)境復雜、軟件過多、機器維護工作量大等問題。通過對PC實驗室的改造中，引進“云課堂”實踐教學模式，即桌面虛擬化技術，實現(xiàn)管理集中化、教學智能化、維護輕松化的模式，進一步滿足教學需求。

關鍵詞 傳統(tǒng)PC實驗室 “云課堂”實踐教學模式 計算機管理

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

實驗教學是培養(yǎng)學生動手能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，特別是以培養(yǎng)應用型人才為主的高校，實驗教學越來越受到重視。現(xiàn)階段越來越多實驗課程走進了PC實驗室，課程的多樣性導致了PC實驗室必須滿足不同的教學需求，配置不同的教學環(huán)境。傳統(tǒng)的PC實驗室管理主要是應用還原卡技術對相對較為分散的機器進行維護和部署，有的教學軟件的安裝甚至需要一臺臺獨立操作，這樣導致了機房的維護量十分繁重、復雜，由于機房環(huán)境而影響教學效果也時有發(fā)生?！霸普n堂”實踐教學模式可以很好地解決上述問題，它與傳統(tǒng)PC實驗室、無盤工作站等不同，采用的是一種基于中心服務器計算模型，并且沿用傳統(tǒng)瘦客戶端模型。

1傳統(tǒng)PC實驗室現(xiàn)狀分析

（1）硬件資源浪費。隨著教學方式的不斷更新、科研需求環(huán)境的多元化以及服務器的需求不斷擴大，PC機的硬件配置也面臨著不斷更新，這樣導致了PC機淘汰率高，造成硬件資源的浪費。

（2）安全性差。同一局域網(wǎng)內的PC機，因學生上網(wǎng)不規(guī)范，容易感染病毒木馬，影響整個局域網(wǎng)的運行；傳統(tǒng)PC環(huán)境數(shù)據(jù)單獨管理，極易造成數(shù)據(jù)的丟失、毀壞、泄露等。

（3）運維管理不便。PC機種類型號和教學應用軟件繁多，不便于集中管理；如課程需要用到多桌面切換，速度慢，影響教學；軟件和病毒庫的補丁實時更新、機器故障、等考臨時環(huán)境部署等都會加大機房維護量。

（4）數(shù)據(jù)管理不便。數(shù)據(jù)的存儲多以傳統(tǒng)方式進行，分享互動多是點對點形式，這樣不便于數(shù)據(jù)的提交、管理、共享、互動。

（5）可擴展性受限。PC實驗室如果需要進行擴容，則要再次進行PC采購，周期長，可擴展性差。

（6）實驗室利用率受限。受實驗室功能、容量等限制，實驗排課往往會出現(xiàn)實驗室容量與上課班制結構不協(xié)調的情況，大容量實驗室安排小班制專業(yè)課程，導致實驗室利用率不高。

（7）功耗噪音大、能耗高。傳統(tǒng)PC功耗在300W左右，產(chǎn)生大量電力消耗，且使用一段時間之后，機器出現(xiàn)老化，機房噪音變大，影響課堂環(huán)境。

2“云課堂”實踐教學模式簡介

2.1“云課堂”實踐教學模式的定義

“云課堂”實踐教學模式，即桌面虛擬化，又稱虛擬桌面，將傳統(tǒng)PC終端的操作系統(tǒng)和應用軟件都安裝在后臺服務器的虛擬機中，所有運算都由服務器來完成，用戶可以使用云終端、瘦客戶機、傳統(tǒng)PC或筆記本電腦等設備來訪問虛擬機，從而實現(xiàn)桌面環(huán)境集中管理、終端零維護和硬件資源的彈性分配。

虛擬桌面實際上是在總服務器上進行服務器虛擬化，產(chǎn)生多個單一的桌面操作系統(tǒng)，同時通過特定的虛擬桌面協(xié)議傳輸給終端設備。用戶終端經(jīng)過以太網(wǎng)登陸到虛擬主機上，只需要知道用戶名、個人密碼和網(wǎng)關的相關信息，就能隨時通過網(wǎng)絡訪問個人的桌面系統(tǒng)，從而實現(xiàn)單機多用戶。

2.2虛擬桌面（即“云課堂”實踐教學模式）的特點

2.3“云課堂”實踐教學模式給PC實驗室應用帶來的變革

在沒有出現(xiàn)“云課堂”實踐教學模式之前，我們都是使用傳統(tǒng)PC教學方式，但從上述分析來看，這種教學模式已經(jīng)出現(xiàn)問題，亟待解決，基于對這種情況全面的分析，“云課堂”實踐教學模式為PC實驗室?guī)硪韵聨讉€方面的變革：

2.3.1桌面環(huán)境部署中的問題

（1）PC機種類多、品牌雜、位置分散，維護起來需逐個機房跑，單臺機器操作；

（2）如等考種類臨時環(huán)境部署困難，往往需要耗費大量人力和時間；

（3）課程設計、畢業(yè)設計等桌面環(huán)境和數(shù)據(jù)不能跟隨學生，機房會系統(tǒng)還原且學生上機地點不固定。

“云課堂”實踐教學模式解決方案：①云端管理?；赪EB的圖形化集中管理平臺，用戶可以在任意聯(lián)網(wǎng)的終端設備上訪問管理平臺，實現(xiàn)對物理服務器的管理；②桌面雙模式——同時滿足上課、考試、畢業(yè)設計多場景。桌面雙模式分“個人桌面”模式和“教學桌面”模式。“個人桌面”模式下，虛擬機數(shù)據(jù)不還原，虛擬機登錄跟隨賬號走，在任何設備、任何時間、任何地點都可以登錄到屬于自己的桌面，以滿足畢業(yè)設計、課程作業(yè)等應用；“教學桌面”模式下，管理員可自定義系統(tǒng)還原策略，適用于上課、培訓等場景，并支持批量修改虛擬機的IP、計算機名及系統(tǒng)登錄名，可滿足等級考試的場景需求。

2.3.2日常運維云管理中的問題

（1）當系統(tǒng)補丁或應用程序需要更新時，管理員便要到機房進行每臺PC的更新和維護，任務較重。機房、課程、教學環(huán)境的多樣性，也增加管理員的工作量。

（2）教師的課件、教案等共享給學生不方便?！霸普n堂”實踐教學模式解決方案：①云更新。出現(xiàn)系統(tǒng)補丁或軟件更新時，管理員無需在各個機房之間來回奔走，只需要在辦公室或中央機房內打開管理平臺，點擊“一鍵更新”按鈕即可完成對桌面的批量更新；②教學靈活?？梢栽谙到y(tǒng)中制定教學計劃，讓教學場景按時啟動，自動部署，學生只需要開機便可直接使用教學桌面，同時還能合理地調度機房，靈活地變更教學計劃，不需要為某一專業(yè)某一課程而建專門的機房，減少了排課的難度，大大提高機房的利用率；③云管理。在桌面云管理平臺里，可對桌面進行USB的使用權限設置，同時可以對終端設備進行管理，實現(xiàn)了對終端設備和桌面的計算機名修改、IP地址修改、遠程開關機等。

2.3.3保障云安全的問題

（1）因終端設備或操作系統(tǒng)的問題而導致教學中斷；

（2）資源利用率最大化；

（3）服務器系統(tǒng)壞了怎么辦。

“云課堂”實踐教學模式解決方案：①虛實雙系統(tǒng)。終端設備在使用“虛擬桌面”的同時，也可以使用本地系統(tǒng)，當網(wǎng)絡中斷時，學生可以使用本地系統(tǒng)完成相關業(yè)務，支持對本地系統(tǒng)集中進行維護、升級等工作；②彈性調度。提供類似于“動態(tài)遷移”功能，可手動或自動將虛擬機遷移到其他服務器，還可以通過“負載均衡”自動平衡各服務器的利用率，在保證業(yè)務流暢的同時，資源彈性使用，最大化的利用硬件資源；③高可用。通過“虛擬機快照”可快速還原虛擬機到制定時間點，在單臺服務器遭遇故障時，“高可用性”報障虛擬機自動遷移到其他正常的服務器上，“系統(tǒng)備份”輕松完成整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份，就算系統(tǒng)全局崩潰，也能通過備份的數(shù)據(jù)還原。

2.3.4綠色節(jié)能降成本的問題

（1）傳統(tǒng)PC機淘汰率高，造成硬件資源浪費；

（2）傳統(tǒng)PC功耗大，造成電力浪費。

“云課堂”實踐教學模式解決方案：①節(jié)能環(huán)保。能耗約20W的云終端設備相對約300W的傳統(tǒng)PC更加節(jié)能，且機房環(huán)境更加安靜，低能耗從長期投資角度來看降低了機房的整體成本；②平滑擴展。傳統(tǒng)PC生命周期一般是5年左右，“云課堂”周期一般為6—8年，如需更新?lián)Q代，也可以平滑升級，只需對服務器配置更新或新增服務器，無需重新更換終端設備。

3“云課堂”實踐教學模式的局限性

3.1國內技術尚不成熟，初始成本較高

桌面虛擬化較為成熟的技術主要掌握在思杰，VMARE等國外公司，國內高校PC實驗室的改造應用該技術主要興起在近幾年，故該技術的穩(wěn)定性、成熟性、全面性有待考察；桌面虛擬化對服務器配置、性能要求較高，且要額外付出桌面虛擬化的相關軟件和許可費用，操作系統(tǒng)、應用軟件都需要授權，這無疑會增加桌面虛擬化的初始成本。

3.2對管理人員技術要求較高

管理人員需要更加專業(yè)才能夠對其在使用過程中產(chǎn)生的故障進行解決，除非在配置和操作上能夠更加簡單，否則桌面虛擬化技術的推廣會受到因為機房管理員專業(yè)性欠佳而產(chǎn)生的阻力。

3.3虛擬桌面的局限性

目前虛擬桌面實施的效果過于依賴于網(wǎng)絡基礎設施，一旦斷網(wǎng)，可能會直接影響教學，在不提高后臺服務器性能的情況下教學軟件3DMAX在此架構下也會出現(xiàn)使用效果不佳的情況。

4結語

“云課堂”實踐教學模式讓高校實驗室管理人員和師生從傳統(tǒng)的PC實驗室中走出來，體驗網(wǎng)絡技術帶給實踐課堂全新的感受。這一新型的教學和管理方式已在部分高校實驗教學中運用，將成為未來實踐教學模式發(fā)展的一種趨勢，值得進一步探討。

作者簡介：朱劍玫（1981-），女，湖北省監(jiān)利縣市人。武漢工商學院實驗師。研究方向：計算機軟件開發(fā)。

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