面向智慧校園的計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)構(gòu)建

曹莉 姜姍 趙營穎

摘要：由于傳統(tǒng)方法搭建的面向智慧校園的計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)，在運(yùn)行過程中資源利用率較低，為此提出面向智慧校園的計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)構(gòu)建研究。分析了計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)構(gòu)建核心，并且了解了計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)規(guī)劃中存在的問題，結(jié)合問題提出面向智慧校園的計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)構(gòu)建方法設(shè)計(jì)。通過模擬平臺(tái)協(xié)議、布置虛擬機(jī)模板，構(gòu)建計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)中間層，連接平臺(tái)數(shù)據(jù)層與傳輸層，重構(gòu)實(shí)訓(xùn)資源傳輸路徑，建立實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)模塊安全運(yùn)行模式，保證平臺(tái)穩(wěn)定運(yùn)行，以此完成面向智慧校園的計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)構(gòu)建。實(shí)驗(yàn)證明，設(shè)計(jì)方法構(gòu)建平臺(tái)資源利用率高于傳統(tǒng)方法。

關(guān)鍵詞：智慧校園;計(jì)算機(jī);實(shí)訓(xùn)云平臺(tái);構(gòu)建方法

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）15-0050-02

引入了智慧校園建設(shè)理念，在校內(nèi)建設(shè)完備性的物聯(lián)網(wǎng)，在確保網(wǎng)絡(luò)在校內(nèi)全覆蓋的前提下，構(gòu)建一個(gè)學(xué)習(xí)與生活一體化的校園環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程、科研過程、管理工作等動(dòng)態(tài)化行為有機(jī)融合在一起[1]。在此種教學(xué)藍(lán)圖的描繪下，線上教學(xué)模式與學(xué)生泛在學(xué)習(xí)模式成了可能，為此高校提出了以計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)為核心的云平臺(tái)建設(shè)方法。將傳統(tǒng)教學(xué)工作由線下轉(zhuǎn)移到線上，改善傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)課程實(shí)踐教學(xué)課時(shí)短的問題。本文也將整合被調(diào)查校園云平臺(tái)的建設(shè)現(xiàn)狀，基于智慧校園建設(shè)的條件下，提出一種科學(xué)合理的計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)構(gòu)建方法。

1 計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)構(gòu)建核心

計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)的核心是為學(xué)生提供一個(gè)線上虛擬操作空間，為教師提供一個(gè)實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)課堂拓展的教學(xué)渠道?？傮w來說，云平臺(tái)又是一個(gè)全面智能化感知與信息集成的綜合平臺(tái)，因此要求平臺(tái)在構(gòu)建中面向的對(duì)象是全體師生。同時(shí)，建設(shè)計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)不僅為了可以提供學(xué)生定制化個(gè)性化服務(wù)，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到校內(nèi)的各個(gè)領(lǐng)域，從而實(shí)現(xiàn)教育教學(xué)相關(guān)工作的協(xié)作開展[2]。并且，由于智慧校園是一個(gè)可以感知外界數(shù)據(jù)及市場(chǎng)變化趨勢(shì)的綜合空間，因此，構(gòu)建一個(gè)計(jì)算機(jī)云平臺(tái)可為學(xué)生提供一個(gè)在校內(nèi)與外界進(jìn)行信息交互的窗口。

2 計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)規(guī)劃中存在的問題

在相關(guān)調(diào)查與研究中發(fā)現(xiàn)，我國教育市場(chǎng)計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)在構(gòu)建中仍存在一些顯著的問題。例如，在建設(shè)前，尚未制定完善平臺(tái)構(gòu)建框架，對(duì)于校內(nèi)建設(shè)現(xiàn)狀的感知仍不夠全面，無法合理應(yīng)用校內(nèi)現(xiàn)有資源與成就，因此導(dǎo)致云平臺(tái)的建設(shè)存在導(dǎo)向性不明確的問題。

整體戰(zhàn)略思想存在誤區(qū)，無法基于社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)協(xié)同角度考慮問題，目標(biāo)的制定較不合理，建設(shè)方案僅適用于現(xiàn)下教學(xué)工作，無法滿足教學(xué)長期可持續(xù)發(fā)展的需求。同時(shí)，也存在云平臺(tái)保障措施落實(shí)不到位、智慧化程度較低的問題，這些問題均是由于在建設(shè)計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)時(shí)，對(duì)智慧校園內(nèi)涵把握不準(zhǔn)確所導(dǎo)致的。因此，本文將以此為出發(fā)點(diǎn)，面向智慧校園社會(huì)背景下，開展計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)構(gòu)建方法的設(shè)計(jì)，充分應(yīng)用多媒體技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)內(nèi)資源與教學(xué)管理工作進(jìn)行有序規(guī)劃。

3 面向智慧校園的計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)構(gòu)建方法

3.1 構(gòu)建計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

考慮到在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境時(shí)，僅依靠獨(dú)立節(jié)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源導(dǎo)入，會(huì)出現(xiàn)效率低、信息獲取渠道單一等問題，因此可將選擇的節(jié)點(diǎn)作為構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的中心[3]。根據(jù)校內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)的覆蓋范圍，圈定以插入點(diǎn)為中心的環(huán)境范圍。按照“3×3”網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將范圍劃分多個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域選擇出一個(gè)最佳節(jié)點(diǎn)，這樣可以在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中部署多臺(tái)虛擬機(jī)，利用多個(gè)虛擬機(jī)同時(shí)獲取線上學(xué)習(xí)資源，并利用串行通信接口將虛擬機(jī)與校內(nèi)資源共享網(wǎng)站進(jìn)行連接，自動(dòng)獲取到數(shù)學(xué)網(wǎng)站上資源，從而避免實(shí)現(xiàn)環(huán)境的多參數(shù)擁堵的問題。

3.2 面向智慧校園重構(gòu)實(shí)訓(xùn)資源傳輸路徑

在智慧校園建設(shè)的背景下，設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)中間層，該層在平臺(tái)中主要用于連接平臺(tái)數(shù)據(jù)層與傳輸層。當(dāng)云平臺(tái)在完成計(jì)算機(jī)教學(xué)資源獲取路徑的定位后，需持續(xù)對(duì)資源的導(dǎo)入進(jìn)行合理化分配，為了能實(shí)現(xiàn)這一功能，需將定位的資源進(jìn)行有序集成與傳輸。由于利用虛擬機(jī)獲取到的資源量較大，而平臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間有限，極大地增加了平臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)壓力，因此本章將對(duì)平臺(tái)中間層與傳輸層進(jìn)行制定教學(xué)任務(wù)、教學(xué)資源管理及章節(jié)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容等資源的規(guī)劃。如圖1所示。

如上述圖1所示，在規(guī)劃計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)整體資源管理的基礎(chǔ)上，通過平臺(tái)中間層將表示層中多種類型數(shù)據(jù)執(zhí)行請(qǐng)求傳輸指令。并將指令經(jīng)過相應(yīng)處理，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層中返回的信息也需要通過中間層傳遞到表示層，反饋給學(xué)生或教師等多用戶端使用者，綜合上述流程，設(shè)計(jì)多類型實(shí)訓(xùn)資源傳輸路徑。此過程需要根據(jù)平臺(tái)實(shí)際應(yīng)用過程中高校的教學(xué)目標(biāo)、支撐平臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境等要求，并針對(duì)數(shù)據(jù)層中資源的結(jié)構(gòu)特性以及行為特性兩個(gè)方面的特點(diǎn)，對(duì)數(shù)據(jù)層的教學(xué)資源數(shù)據(jù)傳輸流程進(jìn)行設(shè)計(jì)。如圖2所示。

如上述圖2所示，平臺(tái)中的數(shù)據(jù)層主要負(fù)責(zé)管理平臺(tái)授權(quán)用戶和智慧環(huán)境下企業(yè)支撐教學(xué)數(shù)據(jù)，同時(shí)數(shù)據(jù)層中的相關(guān)信息也是平臺(tái)的總數(shù)據(jù)源。結(jié)合智慧校園的建設(shè)需求，可在上述基礎(chǔ)上，通過控制器接口的傳輸協(xié)議，構(gòu)建數(shù)據(jù)檢索與傳輸路徑，從而提高數(shù)據(jù)層與中間層之間的耦合性，實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)資源數(shù)據(jù)的有序傳輸。

3.3 正確處理實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)模塊安全運(yùn)行關(guān)系

本文設(shè)計(jì)的面向智慧校園的計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)為了滿足，不同學(xué)生群體對(duì)于計(jì)算機(jī)課程學(xué)習(xí)的需要，將云平臺(tái)劃分為資源更新管理及平臺(tái)安全維護(hù)兩個(gè)部分，上述兩個(gè)部分主要涉及計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)課程章節(jié)內(nèi)容介紹、校企合作方式、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目管理等各個(gè)方面[4]。在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)上，為了進(jìn)一步提高平臺(tái)的運(yùn)行效率，應(yīng)在保證平臺(tái)各個(gè)主要功能正常運(yùn)作的前提條件下，對(duì)平臺(tái)中的目標(biāo)功能簡(jiǎn)化處理，從而確保云平臺(tái)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)運(yùn)行模式的具體要求如下：

其一，云平臺(tái)在運(yùn)行中需要為學(xué)生、教師等多方用戶提供良好的交互與瀏覽界面、及更全面的實(shí)踐學(xué)習(xí)功能。要求平臺(tái)內(nèi)部的所有計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)資源均由后臺(tái)管理員統(tǒng)一管理，并制定與平臺(tái)運(yùn)行相匹配的資源格式，資源分配任務(wù)由各個(gè)功能子模塊執(zhí)行。

其二，各個(gè)功能模塊應(yīng)根據(jù)智慧校園計(jì)算機(jī)專業(yè)的教學(xué)進(jìn)度及每個(gè)月的實(shí)際教學(xué)情況，進(jìn)行資源的有序調(diào)配，后臺(tái)管理員需要整合校內(nèi)現(xiàn)有資源的邏輯關(guān)系，對(duì)資源進(jìn)行安全檢測(cè)與評(píng)定。同時(shí)，校內(nèi)所有平臺(tái)授權(quán)用戶，無論學(xué)生與教師，均具備在計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)上查閱、審核自身權(quán)限以內(nèi)的相關(guān)資源檢索等權(quán)限。在平臺(tái)上，教師與學(xué)生的身份是相對(duì)透明的，也是相對(duì)平等的，無論是數(shù)據(jù)訪問內(nèi)容，或資源所屬權(quán)限均一致。

其三，通過對(duì)云平臺(tái)中不同功能模塊的審核，可掌握其是否存在危險(xiǎn)數(shù)據(jù)或框架漏洞。例如，實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目資源經(jīng)過中間層審核后，通過云平臺(tái)自動(dòng)進(jìn)入到數(shù)據(jù)傳輸流程中，這一過程云平臺(tái)具備對(duì)項(xiàng)目審核中評(píng)審人員及信息上傳人員各項(xiàng)信息的自動(dòng)登記功能，一旦由于某個(gè)項(xiàng)目問題導(dǎo)致平臺(tái)運(yùn)行漏洞，平臺(tái)可立即圈定資源所屬人，此種平臺(tái)運(yùn)行方式在一定程度上為平臺(tái)運(yùn)行提供了保障。

本文設(shè)計(jì)的面向智慧校園的計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)，共分為表示層、數(shù)據(jù)層和中間層，其中表示層中的用戶登錄、瀏覽與功能界面由客戶端瀏覽器實(shí)現(xiàn)，不做過多說明，因此通過上述對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的構(gòu)建、數(shù)據(jù)運(yùn)輸路徑的選擇、安全運(yùn)行關(guān)系的處理，完成計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)構(gòu)建方法的設(shè)計(jì)與研究。

4 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

本文從驗(yàn)證設(shè)計(jì)面向智慧校園的計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)構(gòu)建方法的可行性角度出發(fā)，設(shè)計(jì)一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)，參照對(duì)象為傳統(tǒng)方法，利用兩種方法構(gòu)建計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)。為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效性，構(gòu)建的兩個(gè)平臺(tái)運(yùn)行采用相同的配置。

在設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中對(duì)兩種方法構(gòu)建的平臺(tái)資源利用率進(jìn)行比較，平臺(tái)資源利用率越高，表示計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)各個(gè)服務(wù)的穩(wěn)定性越高，將其作為兩種平臺(tái)構(gòu)建方法的實(shí)驗(yàn)指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)中令100個(gè)平臺(tái)用戶使用計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)，并向云平臺(tái)發(fā)生服務(wù)請(qǐng)求，用戶發(fā)送服務(wù)請(qǐng)求頻率為0.56Hz，每個(gè)用戶共發(fā)送5個(gè)服務(wù)請(qǐng)求，每個(gè)服務(wù)請(qǐng)求預(yù)計(jì)占用平臺(tái)資源0.2%，預(yù)計(jì)若要實(shí)現(xiàn)所有服務(wù)請(qǐng)求，平臺(tái)各個(gè)節(jié)點(diǎn)資源占用量為80%。利用GSddf軟件計(jì)算出平臺(tái)各個(gè)節(jié)點(diǎn)資源利用率，對(duì)兩種計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)構(gòu)建方法進(jìn)行對(duì)比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

從上表1可以看出，應(yīng)用設(shè)計(jì)方法構(gòu)建的計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)資源利用率高于傳統(tǒng)方法，并且也高于預(yù)期設(shè)定的目標(biāo)，可以有效降低平臺(tái)資源的占用量，提高平臺(tái)資源利用率，保證平臺(tái)高速穩(wěn)定運(yùn)行，因此實(shí)驗(yàn)證明了本文設(shè)計(jì)的構(gòu)建方法適用于面向智慧校園的計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。

5 結(jié)束語

計(jì)算機(jī)是高校實(shí)踐課程教學(xué)體系的關(guān)鍵構(gòu)成部分，為了提高學(xué)生在學(xué)習(xí)中的實(shí)踐能力，本文開展了面向智慧校園的計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)構(gòu)建方法設(shè)計(jì)，并采用將本文方法與傳統(tǒng)方法進(jìn)行對(duì)比的方式，驗(yàn)證本文方法構(gòu)建的平臺(tái)更具備適用性。在后期的研究中，將在本文提出功能的基礎(chǔ)上，持續(xù)增設(shè)線上聊天室、虛擬仿真操作等功能，從資源優(yōu)化開發(fā)角度，對(duì)平臺(tái)多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)延展性能的提高，希望通過本文的研究，為高校后期相關(guān)教學(xué)工作提供指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 翁湦元，單杏花，閻志遠(yuǎn)，等.基于Kubernetes的容器云平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2019，28（12）：49-53.

[2] 耿健.省級(jí)公共數(shù)字文化綜合服務(wù)平臺(tái)建設(shè)芻議——以江蘇圖書館云平臺(tái)為例[J].河南圖書館學(xué)刊，2019，39（11）：64-66.

[3] 雷小星，劉君，高多多，等.基于SaaS的水利工程云平臺(tái)服務(wù)模式研究[J].廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，16（4）：12-15.

[4] 曹素麗，楊延廣，張翠軒.以學(xué)生為中心的“Hadoop大數(shù)據(jù)平臺(tái)”課程的教學(xué)設(shè)計(jì)[J].微型電腦應(yīng)用，2019，35（11）：11-14.

【通聯(lián)編輯：張薇】