大数据背景下计算机专业实验室建设及管理研究

摘 要随着大数据应用的推广，高等教育专业实验室的配套管理及管理平台应具备数据采集、数据存储、数据分析的能力，该平台也是实现产学研培养模式的桥梁。本文结合计算机学科的特点，分析了大数据背景下计算机专业实验室建设的需求，并进一步研究了实验室配套管理平台的实施方案、实施的整体架构及部署，为专业实验室建设和在新技术新环境下新的管理模式提供了具有可操作性、技术先进性的参考。

【关键词】实验室建设 实验室管理 大数据 计算资源管理

1 引言

随着大数据应用的推广，在教育领域上，大数据应用被用于分析学生的基础信息数据、学习过程数据、学习行为数据、技能状态数据和学习偏好数据等，借助相关的数据分析为教育活动、培养模式和教育决策提供合理的、有效的、科学的数据支撑。在大数据背景下，对高校实验室的建设、管理及应用提出了更高的要求：

（1）实验室建设应建设在具备计算资源的管理、数据存储、数据采集能力的功能框架上；

（2）实验室应能为各专业学生提供具备大数据实验、大数据分析能力的计算资源及框架；

（3）实验室平台应具备产学研培养模式的服务能力。

以人才培养与学科研究/建设互动为原则，大数据背景下实验室建设与学科发展、创新人才培养、师资技术培训紧密结合，本文提出了基于项目管理和计算资源管理的计算机专业实验室建设及管理的研究，并提出合理的解决方案，为推动教学和课程改革，推动教学模式和教学手段转变，具备分析学生技能、学习行为及数据处理（数据采集、存储、分析）能力，形成技能型、应用型人才培养模式创建一个良好的实验教学环境。

2 大数据背景下计算机专业实验室建设需求

在大数据背景下，随着学校近年来专业数量的进一步扩大，增加的专业对实践动手能力要求较高，为了达到更好的教学效果，现在的教学模式亟需发生变革，必须寻求一种更有效的实训模式。结合计算机学科及专业实验需求，实验室的建设应具备前瞻性、扩展性、普适性的特征，专业实验室的管理是管理员对计算资源进行运维的过程，体现了应用与理论相结合的需求。实验室具备云计算、云服务及数据处理的能力，为培养新型技能型人才提供良好的实验教学、实习实训、对外服务的平台及教学环境。在大数据背景下，计算机专业实验室的建设及管理应从以下的几个方面进行规划及分析：

（1）针对计算机学科各专业的共同特征，在理论教学中各课程间是一个协同耦合的关系，以软件开发过程为主线，将专业课程用规范的软件项目过程模式应用到实践教学管理中，将新的软件开发模式、新的开发技术、新的业务流程快速地部署到实践教学中并实施――该过程的实现对实验室建设提出了专业实验室中应具有基于项目管理平台的能力。

（2）针对云计算、大数据应用的发展，为各专业学生提供个性化服务，实验室应以虚拟计算资源的方式对各类用户提供系统平台服务、数据存储及数据分析能力的计算节点：一方面通过实验室平台能方便快捷地管理硬件设施并以虚拟资源的形成呈现出来；另一方面所搭建的对计算资源进行管理的云计算平台能为学生学习与计算资源管理相关的一系列课程的开设提供良好的软件和硬件相结合的实验环境。

（3）实验室管理中应提供云服务平台的管理模式，各类各层次及企业机构用户能按其在参与的项目中所担任的角色参与项目信息的共享、项目开发过程的协同、任务的分发及监督、讨论等基于项目管理的活动，并可提供方便地按需进行系统环境的配置、开发平台的部署等。

（4）提供知识库管理功能，在课程上、在项目开发模版上、在开发素材上、在代码复用上，为项目开发人员提供支撑的知识库及归档服务。

（5）计算机专业实验室的建设是一项既有硬件建设，又有软件平台建设的复杂工程，同时针对计算机专业的特点，实验室是学生走向岗位的跳板和桥梁，其软件平台的建设应以产学研平台为指导原则进行构建。

结合计算机学科的发展，云计算技术类专业在教学过程中通过实验室平台依靠云计算技术的模拟实践环境的构建，将各行业实际的应用过程整合进来，把专业知识和实践方法综合与贯通起来，能更好地解决云计算技术类专业人才的培养和师资培训的问题。

3 计算机专业实验室建设方案及管理模式

3.1 实验室建设方案的总体框架

针对高校的特点，实验室建设的总体应用架构的搭建及系统平台的构建遵循面向服务架构（SOA）原则，具备安全性、集中性、高效性、高可靠性、开放性、可扩展性。实验室的总体框架由软件平台和硬件设备整合而成，主要包含了：

（1）应用层――教学实验实训管理；

（2）云服务平台层――云服务运维管理层；

（3）虚拟资源层――计算资源的虚拟化及管理；

（4）基础设施层――服务器及网络等物理设备。

方案的总体框架如图1所示：

图1中“计算资源管理平台”主要负责以下的工作：

用户管理：团队用户的申请、审批、权限、生产环境及计算资源的配置模板管理。

计算资源分配管理：针对用户的需求，制作对应的软件生产环境系统镜像（配置生产环境、开发嘞薜龋，并为其分配相应的计算资源。

在线用户管理：用户VM的管理、计算资源的回收和分配；

基础设施的管理：在基础设施中添加、维护物理服务器的入群和退出等。

计算资源管理平台是一个基于云计算应用的管理平台，部署上主要采用一台高性能服务器或与云服务平台层的服务器（高性能服务器）捆绑在一起。

3.2 实验室管理平台――软件项目管理平台

为实现实验室的高效管理，为实现产学研的实习实训模式，实验室管理和核心平台――软件项目管理平台，平台主要由三个子平台构成，其框架如图2所示。

3.2.1 知识资源库管理平台

一方面为支持构件（源码库、类库），相关的文档――需求说明书、开发计划、设计说明书等，设计素材，测试用例，案例库等各个项目研发过程性知识资源的复用，以提高项目研发的效率；另一方面为教育培训提供各个方面的知识资源案例，为培养软件研发人才提供详细的项目过程管理规范、项目案例示范、编码案例示范、文档模板及文档撰写示范。

3.2.2 协同开发服务云端平台

以协同软件生产线为业务工作流（需求分析设计任务分解任务分发开发整合（单元测试）测试验收），线上（云端）主要管理：任务分解、任务分发、开发、整合（单元验收）、项目验收五个过程，其它过程为线下管理。在平台上，首先将需求与设计部分（线下由项目负责人、项目经理完成――教师、学生、企业协同完成任务的设计及分配）产生的软件设计说明书作为一个新的项目在平台中进行注册的初始化文档导入系统，线上部分主要有：组织级项目管理、项目生命周期管理、任务管理、测试管理、评审管理、外包管理、审查管理、知识和文档管理等基于混合敏捷开发方法（即支持敏捷和传统的项目管理）的标准和方法。

3.2.3 协同开发桌面云

将桌面计算机的计算和存储资源（包括CPU、硬盘、内存）集中部署在云计算数据中心机房，通过虚拟化技术将物理资源转化为虚拟资源，并按需向用户提供虚拟桌面服务。实现完整的水平整合和云化企业异构IT基础设施的能力，能够支持数据中心虚拟化或桌面虚拟化构筑云计算基础架构和运营模式，实现固定和移动融合的云接入能力，帮助学生跨学院/跨区域对项目开发环境下的桌面、应用和数据进行统一管理、和聚合，提升软件项目研发过程的信息安全及技术保密。

该平台基于项目过程建立一个以流程导向、以软件项目为中心的实验室运维支撑平台，为整个云实验室提供一套行之有效的运维管理体系。

3.3 实验室管理的内容

3.3.1 实验教学管理模式

按照“三位一体”原则，主要由实验室管理员、课程教师、学生、企业机构四个角色，为云计算教学实践和实验提供一个统一的管理服务模式，在管理平台中完成实验资源调度管理、教学资源管理、实训课程管理、实验软件管理、实验考核管理、用户管理、权限管理及其他个性化设置管理等。

3.3.2 实验课程管理

按照计算机学科各专业将课程理论和云实验课程两部分组成，涵盖基础原理、核心技术、平台实践、应用案例等。

最终用户通过网络，使用各种PC浏览器或移动终端设备接入实验教学管理门户，通过统一身份认证、访问控制等安全策略控制后，使用云实验室各种虚拟云资源及学校云实验课程，为最终用户提供云计算教学和体验。

4 计算机专业实验室实施架构及基础业务流程

解决方案实施架构及基础业务流程如图3所示。

为了降低实验室的维护成本，提高信息安全管理力度，采用“云端集中化”模式，通过云桌面技术将学生个性化桌面集中部署在服务器上，不同设备可以随意访问，同时实现桌面维护简单化、业务数据集中化。具备：

（1）稳定、节能；

（2）少故障、易维护；

（3）模板式桌面部署，系统安装、软件分发、环境设置、故障恢复等工作可以一键下发，减少运维工作量；

（4）移动化、更灵活提升办公效率；

（5）安全、易备份，业务数据集中存储，形成分布式共享数据存储，提供经济高效的存储。

5 结束语

在大数据背景下，高等教育的实验室建设及配套的管理平台应具备高开放性和可扩展性，一方面形成高效的实验室管理模式的配套工具；另一方面能为培养计算机专业提供与研究热点相关的实验环境。

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作者简介

莫潇晓（1981-），男，广东省肇庆市人。现为肇庆学院教育技术与计算机中心助理实验师。研究方向为实验室管理、虚拟实验室、云计算。

作者单位

广东肇庆学院教育技术与计算机中心 广东省肇庆市 526061