网络实践教学中云计算技术的应用

[摘 要]本文首先分析了实践教学的现状,介绍了云计算技术的基本内容;并针对实践教学中存在的主要问题,结合云计算技术的优点,提出了基于云计算技术的网络实践教学模式,该模式整合了各高校的优质教学资源,可以为广大师生提供更加高效、优质的服务,有利于提高实践教学的效果。

[关键词]云计算 网络教学 实验教学

随着社会经济的高速发展,企业对从业人员的的素质要求也越来越高,仅有扎实的理论基础是远远不够的,还需要具有较强的动手操作能力和创新精神才行。实践教学作为培养学生动手能力和创新精神的重要途径,是教学过程中不可或缺的组成部分,它不仅有助于学生加深对理论知识的理解;同时也有助于学生形成良好的实践能力和创新精神。

但由于近年来高校持续的扩招,形成对教学资源需求的快速增长,与此同时国家对教育的投入却增长不足,导致教学资源的相对短缺,结果是:很多学校的实践教学内容没有得到很好的贯彻实施,学生所掌握的内容仅仅停留在理论知识层面,而实践动手能力不能完全满足社会的需求,这也是当前大学生就业难一个非常重要的影响因素。因此,如何改善、提高当前高校的实践教学水平是一个值得关注的课题。

一、当前实践教学的现状

实践教学主要是指通过实验、实训或生产手段进行教学,使学生学到一定的生产知识和技能,包括实验、实训、生产实习、课程设计和毕业设计等方式。实践教学在人才培养中的重要性毋庸置疑,根据社会对人才需求的变化,各高校早已开始进行实践教学改革,但是由于实践教学涉及到众多的因素,例如资金、软件、硬件、实验室、产学研基地等方面,因此各高校所面临的实际情况也不尽相同,但归结起来主要存在以下几方面的问题:

1.教学资源分布不均

著名大学有更好的资源,包括教授,实验室和电脑设备。而对于大部分地方院校,由于资金来源有限,往往面临着设备老化,实验室资源不足等状况,很多实验内容面临停开或者无法开课的尴尬局面。

2.教学资源更新成本高,更新速度慢

技术的快速发展往往要求学校能够为学生提供最新的实验室和电脑设备,以及最合适的实验课题,而相应的需要更多的成本,这给学校带来了很大的经济压力。

3.教学资源共享程度低

近年来远程教育和网络教育的发展,以及高校课程联合范围的扩大,使得课程资源在一定程度上和一定范围内实现了整合;然而对于绝大部分的软件、硬件资源仍然无法实现整合。这些问题一方面造成了重复的教育资源投入,另一方面扩大了教学质量的差异,导致两极分化现象的出现。

4.实验教师队伍不合理

很多高校专职实验教师数量严重不足,多数课程的实践教学由理论课教师兼任。由于许多教师本身缺乏实践经验,动手能力不强,导致教学方法和手段难以达到预期的教学目的。

因此,如何对现有的实验教学资源进行最大程度、最大范围的整合,减少教学的成本,提高教学质量,是目前国内各高校面临的难题。

二、云计算技术简介

1. 云计算定义

云计算是分布式处理、并行处理和网格计算的发展,它是利用大规模的数据中心或超级计算机集群,通过互联网将计算资源免费或按需租用方式提供给使用者的方式。简单地说,就是通过网络把本来在终端上进行的计算、存储等操作转移到超级计算机,即“云”上实现。

2. 云计算的优势

云计算的提出,最小化了终端设备的需求,在一个云计算的网络中,不仅仅是教学课堂,甚至于个人电脑,实验室都可以从“云”中获得,在“云”中存储,所有的软件和数据都部署在“云”中;它还可以透过网络,将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序,再交由多部服务器所组成的庞大系统经搜寻、计算分析之后将处理结果回传给用户。

InfoWorld网站同数十家公司、分析家和IT用户讨论出了云计算的几大形式:SAAS(软件即服务)、实用计算(Utility Computing)、网络服务、PAAS(平台即服务)、MSP(管理服务提供商)、商业服务平台(SAAS和MSP的结合)和互联网整合形式。

从它的构建方式到提供的服务形式不难看出,云计算的确整合了网络资源,为终端用户提供了巨大的方便。按照云计算的理念,随着云计算服务的普及,用户可以通过网络和简易的终端设备随时随地使用几乎所有的计算机功能,像用电、用水一样,按使用量来计费。

3. 云计算的缺陷

(1)网络基础设施问题

由于所有的操作都是基于网络的传输和服务,因此对于带宽在内的网络基础环境要求非常高,要保证较快的响应速度,必须通过铺设专线来实现。所以解决网络基础设施问题是使用云计算最基础的一步。

(2)安全问题

虽然越来越多的云计算服务提供商将数据的安全写入到合同中,但是,就目前的情况来看,绝大部分人对自己的私人信息或科研成果等资料的安全性依然持保留的态度。再加上云计算本身带来的超级计算能力,如果被黑客利用来破解普通用户的密码,结果将是灾难性的。所以,在云服务还没有普及得像Internet一样时,安全问题是技术问题,更是认识问题。

(3)资费问题

首先,云计算的构建对网络基础设施提出了新的要求,这将是一笔巨大的先期投资;其次,虽然应用程序以及相关数据等资源可以直接从服务器端取得,但是授权费用也会成为额外的开支[3,4]。

三、实践教学与云计算的融合

近年来信息技术的发展使得现代高等教育发生了很大的变化,遍布全国的教育网络和高速的教育网国际出口使得学校有更多的机会同其他院校进行交流;网络中心在各大院校的快速发展,用于教学和研究的高性能服务器的架设让很多院校具备了很强的信息处理能力;同时由开源软件,开放的标准,开放的数据访问和开放科研的理念发展而来了开放的教育内容,这些教学内容包含了从课程数据到互动的教学社区。良好的网络基础设施加上初步的资源共享,这些都为云计算的大规模应用打下了一定的基础。

但由于受到网络规模和资源协调机制的限制,目前云计算主要还是由几个大公司倡导和实施,并且大部分应用于商业目的,有少数的针对教育的项目也仅仅是停留在使用公司的计算资源。因此,如果直接采用现有的云计算方案,固然短期成本低,实施简单,但是原有教育资源的移植和高校原有的计算能力的处理将会成为主要的遗留问题。

所以,可以考虑在现有的教育网络的基础上部署云服务,这将是一种可行的选择,因为它通过高校间教学资源的整合,既可以解决单个高校教学资源相对不足的现状,又可以提高教学资源的利用率,让更多的大学生获得优质的受教育机会。在系统分析云计算理论框架的基础上,针对当前高校资源的配置状况,设计出高校实验资源与云计算技术相结合的模式,构建高校资源共享的系统(如上图所示)。

在这种模式下,首先由各高校按照某种规则提供自身最优质的教学资源,然后由云服务端进行整合并后部署在服务端。云服务端以Web Services方式向各高校用户提供访问接口,获取用户需求。服务目录是用户可以访问的服务清单。系统管理模块负责管理和分配所有可用的资源,其核心是负载均衡。配置工具负责在分配的节点上准备任务运行环境。监视统计模块负责监视节点的运行状态,并完成用户使用节点情况的统计。

整个云计算应用执行的过程并不复杂:用户交互接口允许用户从目录中选取并调用一个服务,该请求传递给系统管理模块后,它将为用户分配恰当的资源,然后调用配置工具来为用户准备运行环境,配置完毕即可使用调用的服务内容。

由于访问云服务端涉及到需要付费的问题,因此如何计费是一个值得商讨的细节;一个可以尝试的措施是,由于云服务端的部分资源是由各高校提供的,因此可以按提供资源的比例和质量来抵消一部分的访问费用;也可以按年或者包流量的方式进行计费。

四、结论

在现有教学资源的基础上,结合云计算技术的优点,构建基于云的资源共享系统,实现无区域、无时间限制的教学资源共享,这种模式可以很好地解决当前实践教学中存在的很多问题,有利于提高学生的实践动手能力和创新精神。

参考文献:

[1] Lee, Thomas. The sky is the limit for cloud computing. Star Tribune [J]. 2009.04

[2] Hobson, J. C.Revalidation. Multisource feedback and cloud computing. Clinical Otolaryngology [J]. Jun 2009, Vol. 34 Issue 3, p295-296

[3] 中国云计算网:www.省略/

[4] 高 昂:Google构建我们身边的云计算[J].程序员, 2008.11

[5] 李永先 栾旭伦 李森森:云计算技术在图书馆中的应用探讨[J].信息技术,2009.01

[6] 张莹:“云计算”技术在高校资源建设中的应用初探[J].科技资讯,2009.09