讓計算機開放實驗室更好運行

文/劉群

讓計算機開放實驗室更好運行

文/劉群

華中科技大學信息化專欄

將傳統的計算機系統實驗平臺和云實驗平臺相融合，從內容、空間上擴大實驗室開放力度，滿足不同課程實驗教學需求，滿足不同課程自主學習需求以及面向科學研究和社會服務的需求。

華中科技大學計算機開放式實驗室是學校師生進行實驗教學、科學研究、社會服務的重要基地，是培養學生具有創新能力和復合型人才的教學場所，同時其資源是我們教學和科研工作的基礎和載體。它分布在不同的校區，使用面積5000余平方米，有不同功能、不同規格的計算機房8個，計算機網絡實驗室1個，共有1600臺計算機，10組網絡實驗設備。每年完成各類機時300萬，除寒暑假外實行14×7開放的制度。

長期以來，計算機開放實驗室主要應用于計算機公共基礎類課程、與計算機相關的專業課程的實踐教學，以及學生在非教學時間段上機等。因此，無論在實驗室開放、設備利用與資源共享、機房維護等方面都存在諸多問題：

1.開放內容和模式單一

計算機開放實驗室通常開放一些常用的軟件，缺乏各種類別的公共基礎課程的綜合性開放實驗教學平臺，也缺乏向學生提供自主學習、測試和評價的系統平臺，甚至許多課程完全沒有向學生提供網絡自主探究的教學模式和實驗環境。

2.設備和信息資源利用率低

計算機開放實驗室除實驗教學使用外，其余時間為學生自由上機，多數計算機閑置。同時實驗教學內容和實驗課程安排等不能及時在校園網進行瀏覽和查詢，未能有效地開放與共享，難以實現實驗教學的信息化。

3.機房維護繁雜

由于不同的實驗課程、不同的教師使用要求不一，機房對硬件和軟件的要求也各有差異。特別是現在，計算機系統軟件環境的復雜性特征與應用的個性化需求之間的矛盾日益加重。目前任何一臺計算機至少安裝不少于3個操作系統，有的可高達8個操作系統；同時，用戶所需應用軟件各式各樣，即使同一應用軟件，不同人要求不同的版本。

雖然采用硬盤還原卡在當下機房管理維護中是最受青睞的，但在實際操作使用中，存在著不同程度的問題和缺陷，特別突顯的是，與主板的兼容性問題和在網絡增量拷貝或差異拷貝中掉線，這些對機房的維護管理人員來說，是一項繁雜和艱巨的任務。

基于大學公共基礎課程的計算機開放實驗室，引入不同類別、不同課程體系的實驗教學平臺，在現有設備下，加入以服務為宗旨的云桌面系統，提出異構型計算機開放實驗室的建設思路，研究其開放運行機制，對提高整個實驗教學質量，培養綜合型高素質人才具有積極意義和重要作用。

異構型計算機開放實驗室建設思路

所謂異構型計算機開放實驗室，就是在將傳統的計算機系統實驗平臺和云實驗平臺相融合，從內容、空間上擴大實驗室開放力度，形式上做到時間開放、場所開放、內容開放、對象開放四種模式，滿足不同層次、不同年級的學生實驗需要，滿足不同課程實驗教學需求，滿足不同課程自主學習需求，滿足面向科學研究和社會服務的需求。

搭建以服務為中心的云桌面

云計算是一種新的IT基礎設施以及服務的交付和使用模式，通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需的硬件、軟件和平臺等資源，具有高擴展性、虛擬化、高可靠性、經濟性和按需服務等特點。它通過虛擬化技術可以將離散的硬件資源統一起來以創建共享動態平臺，同時實現應用程序的內置可用性、安全性和可擴展性。其優勢在于，不管用戶使用何種終端設備，只要能接入云服務網絡平臺，云平臺就能根據用戶的需求按需提供和按需使用。

通常個人計算機設備5年需要更新，對于處于淘汰邊緣的計算機設備，淘之可惜，用之問題不斷。倘若充分利用這些設備，只要它們能接入到互聯網的云端，就可運用云計算技術，獲取虛擬操作系統桌面。因而，計算機設備也就不會因配置低而過早被淘汰造成浪費。

同時，利用云計算服務，解決機房客戶端因超負荷使用設備而帶來的設備故障。例如計算機內存、硬盤等配件的容量擴充、升級，以及檢修、維護等可由云服務器提供和解決；更不用擔心操作系統和各類應用軟件以及版本的升級和維護問題，僅僅只在服務器上對操作系統和各類軟件升級、維護即可。因此，不但減少了高校計算機設備等硬件的資金投入和維護費用，同時也減輕了實驗技術管理人員的工作強度。

因此，采用云桌面，可讓用戶在統一的環境下運行和操作來自不同虛擬機中的應用，實現應用軟件的個性化，增值服務內容，提高服務質量，改善實驗教學環境，便于老師教學、學生學習，為自主學習和培養創新能力創造條件。

構建異構型開放實驗平臺

將現有的計算機實驗設備資源、實驗課程資源有效地整合，構建一個滿足需要計算機實驗教學的混合型開放性實驗平臺（如圖1所示）。從功能上可劃分為校園網資源平臺、局域網資源平臺和本機資源平臺。校園網資源平臺位于底層，提供基礎網絡服務、公共服務信息系統和各種業務信息系統；局域網資源平臺是異構型開放實驗室的中間層，是最體現個性特征的平臺，包括云計算服務平臺、實驗教學資源、實驗教學排課系統、考試系統、實驗室監控系統和開放式實驗管理平臺等。本地資源平臺是開放實驗室直接面向用戶，包括公共課程開放實驗室教學用機、自由上機、各種實驗系統和應用平臺，既有傳統的保護卡模式的多系統，又有面向服務的云平臺桌面。

建立開放實驗室管理系統

計算機開放實驗室管理系統要能全面自動化地管理各個實驗室的設備狀況、實驗教學狀況、機房開放狀況等，確保實驗室安全、可靠、高效率地運行。因此，在設計并建立管理系統時，需要設計自動收集、處理和發布實驗室運行的各項數據，如全校各門課程的實驗教學情況、學生基本情況、各種實驗課程開放情況、各個實驗室計算機設備使用情況等等，并對收集的各種數據進行分類統計，以便及時通告用戶，統計并分析設備利用狀況和實驗教學狀況。

組建共享資源平臺

實現對異構型開放實驗室的實驗教學資源的互操作和共享，使實驗教學資源高度集成，降低教育運行成本和資源維護成本。充分利用校園網資源、局域網資源和本地教學資源，學生實驗教學用機和其他用戶上機都可根據不同需求進行系統平臺分類。通過對整個實驗環境的網絡連接和優化配置，實現教學資源由單一性、重復性、分散性向綜合性、共享型、高效益模式轉變，組建開放的共享資源平臺。

完善運行保障機制

圖1 異構型開放實驗平臺

計算機開放實驗室實行真正意義上的開放， 即實驗時間、實驗內容、實驗場地和實驗對象全方位的開放。但如何將開放實驗室最大限度地發揮其應有的作用，如何把培養學生的實踐能力和創新能力落到實處，為此結合工作中的實際情況，借鑒其他高校的實驗室開放的成功經驗，我們對實驗室開放的運行機制進行了初步研究。

首先，開放實驗室要想正常運轉，必須建立一套較為完善的質量管理體系和嚴格的實驗室規章制度，包括安全管理制度，設備管理制度，實驗技術人員職責，學生實驗守則，以及開放實驗室經費制度，以及評估與考核制度等等。

其次，實現實驗室真正意義上的開放，對實驗室技術人員的素質也有進一步要求，因此，需建立引進與培養相結合，外出進修與自身培訓相結合，以提高實驗室人員素養的機制，以及有效的保障和激勵機制。目前實驗技術人員16名，平均年齡49歲，人員趨于老齡化。針對實驗人員不足的情況，可以吸納更多的教師參與到實驗室建設、實驗管理工作中來，還可吸收研究生擔任實驗室助管，聘請本科生以勤工助學方式擔任實驗室一定工作等形式，形成一支力量充足、保障有力的管理隊伍，進一步推進和實施實驗室的開放工作。

隨著云技術的普及，云計算將為開放實驗室的實驗教學、科研和技術管理提供一種全新的服務運維模式。創新型計算機開放實驗室將以先進的計算機技術為支撐，以現代教育價值觀為指導，構建一種異構型計算機開放實驗室，以解決設備資源緊缺和管理中存在的各種難題和問題，也促進學生綜合素質的培養和創新能力的提高。同時制度的日臻完善和管理的現代化必將使實驗室開放體系的建設更上一個新臺階。

（作者單位為華中科技大學主校區開放實驗室）