網絡實踐教學中云計算技術的應用

[摘 要]本文首先分析了實踐教學的現狀，介紹了云計算技術的基本內容;并針對實踐教學中存在的主要問題，結合云計算技術的優點，提出了基于云計算技術的網絡實踐教學模式，該模式整合了各高校的優質教學資源，可以為廣大師生提供更加高效、優質的服務，有利于提高實踐教學的效果。

[關鍵詞]云計算 網絡教學 實驗教學

隨著社會經濟的高速發展，企業對從業人員的的素質要求也越來越高，僅有扎實的理論基礎是遠遠不夠的，還需要具有較強的動手操作能力和創新精神才行。實踐教學作為培養學生動手能力和創新精神的重要途徑，是教學過程中不可或缺的組成部分，它不僅有助于學生加深對理論知識的理解;同時也有助于學生形成良好的實踐能力和創新精神。

但由于近年來高校持續的擴招，形成對教學資源需求的快速增長，與此同時國家對教育的投入卻增長不足，導致教學資源的相對短缺，結果是:很多學校的實踐教學內容沒有得到很好的貫徹實施，學生所掌握的內容僅僅停留在理論知識層面，而實踐動手能力不能完全滿足社會的需求，這也是當前大學生就業難一個非常重要的影響因素。因此，如何改善、提高當前高校的實踐教學水平是一個值得關注的課題。

一、當前實踐教學的現狀

實踐教學主要是指通過實驗、實訓或生產手段進行教學，使學生學到一定的生產知識和技能，包括實驗、實訓、生產實習、課程設計和畢業設計等方式。實踐教學在人才培養中的重要性毋庸置疑，根據社會對人才需求的變化，各高校早已開始進行實踐教學改革，但是由于實踐教學涉及到眾多的因素，例如資金、軟件、硬件、實驗室、產學研基地等方面，因此各高校所面臨的實際情況也不盡相同，但歸結起來主要存在以下幾方面的問題:

1.教學資源分布不均

著名大學有更好的資源，包括教授，實驗室和電腦設備。而對于大部分地方院校，由于資金來源有限，往往面臨著設備老化，實驗室資源不足等狀況，很多實驗內容面臨停開或者無法開課的尷尬局面。

2.教學資源更新成本高，更新速度慢

技術的快速發展往往要求學校能夠為學生提供最新的實驗室和電腦設備，以及最合適的實驗課題，而相應的需要更多的成本，這給學校帶來了很大的經濟壓力。

3.教學資源共享程度低

近年來遠程教育和網絡教育的發展，以及高校課程聯合范圍的擴大，使得課程資源在一定程度上和一定范圍內實現了整合;然而對于絕大部分的軟件、硬件資源仍然無法實現整合。這些問題一方面造成了重復的教育資源投入，另一方面擴大了教學質量的差異，導致兩極分化現象的出現。

4.實驗教師隊伍不合理

很多高校專職實驗教師數量嚴重不足，多數課程的實踐教學由理論課教師兼任。由于許多教師本身缺乏實踐經驗，動手能力不強，導致教學方法和手段難以達到預期的教學目的。

因此，如何對現有的實驗教學資源進行最大程度、最大范圍的整合，減少教學的成本，提高教學質量，是目前國內各高校面臨的難題。

二、云計算技術簡介

1. 云計算定義

云計算是分布式處理、并行處理和網格計算的發展，它是利用大規模的數據中心或超級計算機集群，通過互聯網將計算資源免費或按需租用方式提供給使用者的方式。簡單地說，就是通過網絡把本來在終端上進行的計算、存儲等操作轉移到超級計算機，即“云”上實現。

2. 云計算的優勢

云計算的提出，最小化了終端設備的需求，在一個云計算的網絡中，不僅僅是教學課堂，甚至于個人電腦，實驗室都可以從“云”中獲得，在“云”中存儲，所有的軟件和數據都部署在“云”中;它還可以透過網絡，將龐大的計算處理程序自動分拆成無數個較小的子程序，再交由多部服務器所組成的龐大系統經搜尋、計算分析之后將處理結果回傳給用戶。

InfoWorld網站同數十家公司、分析家和IT用戶討論出了云計算的幾大形式:SAAS(軟件即服務)、實用計算(Utility Computing)、網絡服務、PAAS(平臺即服務)、MSP(管理服務提供商)、商業服務平臺(SAAS和MSP的結合)和互聯網整合形式。

從它的構建方式到提供的服務形式不難看出，云計算的確整合了網絡資源，為終端用戶提供了巨大的方便。按照云計算的理念，隨著云計算服務的普及，用戶可以通過網絡和簡易的終端設備隨時隨地使用幾乎所有的計算機功能，像用電、用水一樣，按使用量來計費。

3. 云計算的缺陷

(1)網絡基礎設施問題

由于所有的操作都是基于網絡的傳輸和服務，因此對于帶寬在內的網絡基礎環境要求非常高，要保證較快的響應速度，必須通過鋪設專線來實現。所以解決網絡基礎設施問題是使用云計算最基礎的一步。

(2)安全問題

雖然越來越多的云計算服務提供商將數據的安全寫入到合同中，但是，就目前的情況來看，絕大部分人對自己的私人信息或科研成果等資料的安全性依然持保留的態度。再加上云計算本身帶來的超級計算能力，如果被黑客利用來破解普通用戶的密碼，結果將是災難性的。所以，在云服務還沒有普及得像Internet一樣時，安全問題是技術問題，更是認識問題。

(3)資費問題

首先，云計算的構建對網絡基礎設施提出了新的要求，這將是一筆巨大的先期投資;其次，雖然應用程序以及相關數據等資源可以直接從服務器端取得，但是授權費用也會成為額外的開支[3，4]。

三、實踐教學與云計算的融合

近年來信息技術的發展使得現代高等教育發生了很大的變化，遍布全國的教育網絡和高速的教育網國際出口使得學校有更多的機會同其他院校進行交流;網絡中心在各大院校的快速發展，用于教學和研究的高性能服務器的架設讓很多院校具備了很強的信息處理能力;同時由開源軟件，開放的標準，開放的數據訪問和開放科研的理念發展而來了開放的教育內容，這些教學內容包含了從課程數據到互動的教學社區。良好的網絡基礎設施加上初步的資源共享，這些都為云計算的大規模應用打下了一定的基礎。

但由于受到網絡規模和資源協調機制的限制，目前云計算主要還是由幾個大公司倡導和實施，并且大部分應用于商業目的，有少數的針對教育的項目也僅僅是停留在使用公司的計算資源。因此，如果直接采用現有的云計算方案，固然短期成本低，實施簡單，但是原有教育資源的移植和高校原有的計算能力的處理將會成為主要的遺留問題。

所以，可以考慮在現有的教育網絡的基礎上部署云服務，這將是一種可行的選擇，因為它通過高校間教學資源的整合，既可以解決單個高校教學資源相對不足的現狀，又可以提高教學資源的利用率，讓更多的大學生獲得優質的受教育機會。在系統分析云計算理論框架的基礎上，針對當前高校資源的配置狀況，設計出高校實驗資源與云計算技術相結合的模式，構建高校資源共享的系統(如上圖所示)。

在這種模式下，首先由各高校按照某種規則提供自身最優質的教學資源，然后由云服務端進行整合并后部署在服務端。云服務端以Web Services方式向各高校用戶提供訪問接口，獲取用戶需求。服務目錄是用戶可以訪問的服務清單。系統管理模塊負責管理和分配所有可用的資源，其核心是負載均衡。配置工具負責在分配的節點上準備任務運行環境。監視統計模塊負責監視節點的運行狀態，并完成用戶使用節點情況的統計。

整個云計算應用執行的過程并不復雜:用戶交互接口允許用戶從目錄中選取并調用一個服務，該請求傳遞給系統管理模塊后，它將為用戶分配恰當的資源，然后調用配置工具來為用戶準備運行環境，配置完畢即可使用調用的服務內容。

由于訪問云服務端涉及到需要付費的問題，因此如何計費是一個值得商討的細節;一個可以嘗試的措施是，由于云服務端的部分資源是由各高校提供的，因此可以按提供資源的比例和質量來抵消一部分的訪問費用;也可以按年或者包流量的方式進行計費。

四、結論

在現有教學資源的基礎上，結合云計算技術的優點，構建基于云的資源共享系統，實現無區域、無時間限制的教學資源共享，這種模式可以很好地解決當前實踐教學中存在的很多問題，有利于提高學生的實踐動手能力和創新精神。

參考文獻:

[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] 中國云計算網:http://www.cloudcomputing-china.cn/

[4] 高 昂:Google構建我們身邊的云計算[J].程序員， 2008.11

[5] 李永先 欒旭倫 李森森:云計算技術在圖書館中的應用探討[J].信息技術，2009.01

[6] 張瑩:“云計算”技術在高校資源建設中的應用初探[J].科技資訊，2009.09