面向开放式实验室的云计算教育功能组建

【摘要】目前的开放实验室存在着教学资源分布不均、教学资源共享程度低、教学资源孤岛现象严重、缺乏相互协作等问题，云计算可以将分散的资源集中存储和管理。云计算是传统计算机和网络技术发展融合的产物，如今云计算发展突飞猛进，云计算可以促使开放实验室教与学趣味化，也可以促使实验室的制度化。

【关键词】云计算；开放式实验室；教学资源共享；网络技术

1.云教育概述

教学在高等院校具有举足轻重的地位，在培养人才方面起到重要作用。如今的本科教育仍以教师为中心，学生的学习主动性有限，考试前进行突击的可能性很大。教学中教师和学生的地位需要改变，要树立起新的教学观。教师具有创新能力和创新意识是学生具有创造性的前提，利用开放式实验室，在学生主动教育方面勇敢探索，把学生的兴趣和教学以及科研渗入大学教育中，在实践中学习，对加深理解和培养学生思维能力很重要。

从本质上来讲，云计算是继1980年代大型计算机到客户端-服务器的大转变之后的又一种巨变。目前，谷歌、Novell、微软、英特尔、思科等公司纷纷提出了“云计划”。例如2010年3月Novell与云安全联盟（CSA）共同宣布一项供应商中立计划，名为“可信任云计算计划（Trusted Cloud Initiative）”；2010年7月，美国国家航空航天局和包括Rackspace、AMD、Intel、戴尔等支持厂商共同宣布“OpenStack”开放源代码计划；2011年2月，思科系统正式加入OpenStack，重点研制OpenStack的网络服务。IDC的调查显示，未来五年云计算服务将急速增长，预期2012年市场规模可达420亿美元。目前企业导入云计算已逐渐普及，并且有逐年成长趋势。估计在2012年，企业投入在云计算服务的支出将占整体IT成本的25%，甚至在2013年提高至IT总支出的三分之一。

国内方面，谷歌同清华大学合作，启动云计算学术合作计划（Academic Cloud Computing Initiative），推动云计算的普及，加紧对云计算的研究。由亚洲教育网进行研发使用的“三网合一智慧教育云”平台。早在2010年亚洲教育网素质教育云平台获得教育部教育信息化应用领域唯一的创新奖、视频教育教学平台在同类远程教育平台中处于先进地位、教学资源平台和教育社交平台的整合应用为国内最丰富的平台；于2012年2月亚洲教育网素质教育云平台正式成为国家规划办十二五规划课题。中国教育技术协会从2009年开始，在全国教育领域开展“云计算辅助教学（CCAI）”案例评选活动，同年5月，中国教育技术协会在上海举办了全国首届“云计算辅助教学高级培训”，旨在帮助有条件的学校掌握云计算辅助教学的理论与技术，促进我国基础教育教学改革，提高教学质量。

2.开放实验室功能组建

目前高校实验室尚存在实验教学大纲不健全的问题，开放实验室模式主要是利用学生课外或暑假以及双休日进行。大部分课程的实验项目只是在课程的教学大纲中有所体现，内容还不够完整，致使实验教学无章可循，同一门课程在不同的院校实验开出的情况往往不同，主观随意性较大；其次，实验室利用率不高，由于有些实验是针对部分专业的特定课程而设置的，课程本身的学时数就少，造成实验开出率不高；另外实验室之间缺乏资源共享，设备重复购置，分解了实验力量；还有，就是验证性实验居多，综合性、创造性实验太少，缺乏对学生进行综合实验能力的培养，不利于学生创新意识的培养。我们提出来一个开放实验室利用云教育的基础架构，包含了从事网络教育所必须的一切软件及硬件资源。网络资源被统一调配和管理后，以服务的形式提供给用户。云教育系统模型的基本架构包括4个模块：物理资源池、管理中间件、构建层和服务应用层。服务应用层是区别其他云计算平台的关键，实现了教务管理电子化、教学资源共享、邮件管理Mail、聊天程序和视频点播等功能。网络教育资源存储在云中，无论是普通用户、管理者或第三者，都可以通过统一的人机交互界面登陆，系统分析和记录行为，通过计费模块实现。

开放实验室以开出跨学科、跨专业的创新型、研究型、综合型实验项目为主，吸引学生利用课余时间到实验室参加实验、制作及发明创造活动，培养学生的动手能力和创新实践能力，推动学生素质教育的深入开展。允许教师将平时的教学活动、科研活动与学生科研能力的培养紧密结合起来，实现对学生的综合素质和创新意识的培养。

开放实验室便于以学科建设为龙头，这样有利于造就特色和优势的学科。开放实验室的网络服务模型包括终端、管道和云。其中终端可以为PC、PDA及手机等，管道为有线网络或无线网络。如图1所示。

3.关键技术

3.1 云存储技术

目前网络教育资源逐年递增，云存储中的存储设备数量庞大且分布多在不同地域，如何实现不同型号、不同成产厂商甚至于不同类型（如FC存储和IP存储）的多台设备之间的逻辑卷管理、存储虚拟化管理和多链路冗余管理将会是一个巨大的难题。另外一难题就是运营单位状态监控难、维护和集中管理难以及人力成本高。因此使用云存储并不是使用一个存储设备那么简单，使用的是系统带来的访问服务。

3.2 安全管理

在网络教育资源处理能力提高的同时，云教育开放实验室系统的连接水平也在不断提升。但在流通能力提升的同时，网络安全问题渐现，整体的网络安全主要表现在以下几个方面：网络的身份验证、访问授权、综合防护和安全审计等。我们也力求做到刷卡进出机房，一人一卡，不准擅自设置开机口令和修改机内配置参数，不准删除系统文件。发现异常情况，应及时向管理人员报告。如发现软、硬件问题，应及时报告指导老师或管理人员。

3.3 流媒体技术

流媒体技术应用在网络教育上，表现为视频点播（Video On Demand）和视频直播两种主要方式。采用流媒体技术可以做到边下载边观看，播放程序取用缓冲区的数据避免播放的中断，保证播放品质。需要解决的问题有：流媒体传输协议，目前比较成熟的流媒体传输一般采用建立在UDP协议上的实时传输协议。流媒体传输过程中也需要缓存的支持，播放时不断读取缓存数据，播放完后该数据便被立即清除，新的数据将存入到缓存中，其中网络带宽也是制约网络教育的一个重要瓶颈。

3.4 虚拟化管理

虚拟化管理是指针对虚拟化部署以及虚拟环境中的管理环节，是目前在虚拟化应用中不可或缺的重要组成部分，提高运营效率。让数据中心不会过时，确保业务连续性。利用集成式备份和恢复来保护和访问数据。让关键数据有更强的可恢复性。

4.总结

初步的研究实践表明：开放实验室可以通过教育信息化服务平台开展实验教学活动，本文提出并初步研究的云教育模式有助于网络化教育资源建设与应用。尽管目前由于存在种种瓶颈，云教育目前尚未成为教育领域的主流服务。这种云教育模式将有助于教学单位根据自己需求由网络基础设备提供，完成向网络资源服务者的转型。

参考文献

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