云計算實驗教學中的常見問題及解決方案

[摘 要] 鑒于云計算相關技術理念在產業界的持續發展，如何快速響應市場需求，為企業培養與輸送“招之即來，來之能戰”的現場工程師，就成為當下各大高院所面臨的緊迫問題。從近年來云計算實驗教學中的常見問題入手，結合學生技術背景與課程教學目標，提出了一些較有建設性的解決方案。

[關 鍵 詞] 云計算；大數據；實驗教學；Hadoop

[中圖分類號] G642 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）18-0084-02

一、引言

2010年伊始，對云計算的商業模式與服務理念的質疑聲已逐漸被形形色色的行業應用所淹沒，其優勢，如請求即響應、動態可擴展等，也正被全球范圍內大中小微型企業所津津樂道。近三年來，應對商業智能（Business Intelligence）的海量業務數據分析的需要，云計算再次成為核心話題。云計算與大數據相結合的案例數不勝數，典型的如基于Twitter的各類分析、阿里云、京東營銷、百度智能等。

鑒于云計算與大數據技術理念在產業界的普遍認可與密集落地，以及未來市場擴大化的廣闊前景，用人單位也對大中專院校提出了新的人才需求。如何對接企業新的增長點與業務模式，著眼未來十到二十年，為行業發展精心培養一批“招之即來，來之能戰”卓越的畢業生，成為當下各高校需要重點考慮的問題。

云計算人才的培育目標、培養方案與實施計劃的制訂，一般是在行業專家，特別是企業一線技術負責人或HR人員的密切跟蹤下完成的。在具體培養實踐中，各高校需要結合專業優勢與培養特色，在計算機科學與技術、軟件工程等原有課程體系的基礎上，持續夯實理論基礎，加強實踐教學，其中作為專業課或專業選修課的云計算或大數據相關課程的教學是重中之重。

作為新的理論框架與商業模式，特別是其中的新技術，掌握起來并不容易，因此課程教學的推進也遇到了一些問題。其中，有學生層面的，有教師層面的，更有教學體系層面的。本文聚焦云計算課程的實驗環節，以本科教學過程普遍存在的一系列問題為突破口，做了初步探討，給出了一些較有價值的解決方案。

二、存在的問題及影響

結合近三年來云計算課程（圍繞Hadoop的安裝、配置、應用）的教學經驗，通過與兄弟院校比對和交流，我們發現，云計算類專業課程實施過程中普遍存在一些問題，集中體現在與課堂同步的實驗環節（16～32課時），主要有以下三個方面。

（一）實踐基礎不扎實

云計算這門課程的學習，是建立在先修課程，如數據結構、操作系統、體系結構、分布式計算、數據庫等基礎上的。因此，云計算課程的教學，需要學生在深入理解相關概念與理論的前提下，熟練掌握相關操作技能。教學實施中，這樣的情況較普遍，即理論較好而動手較差，占相當大的比重（個別班級超過50%）。一般來講，就本專業課程來講，需要具備的操作技能如表1所示。

由于學生的動手能力沒有達到預期，為了有效推進課程教學計劃，任課教師將不得不花費較多的時間來縮小差距，影響了正常的教學進度，同時也削減了學生對云計算及大數據相關新技術的好奇心。

（二）創新空間不足

就近年來的授課情況來看，由于課時有限、學生實踐基礎薄弱，故實踐環節以驗證式為主，即動手配置Hadoop相關框架，并通過現有樣例來感受云計算與大數據的優勢。也就是說，當前的課內實驗環節，實驗內容編制較死板，主要完成了鞏固課堂理論知識這一目的，并不能很好地激發學生的創新思維能力。相關的實驗內容如表2所示。

（三）團隊合作不到位

實驗類、實踐類課程普遍采取團隊合作、組內分工完成的模式，我們亦不例外。實際中，最常見的分工是按照虛擬機來劃分，即每個虛擬機由一位學生來操控，協同完成實驗目標。在此過程中，他們的工作一般來說是分散的，即主抓各自環境的配置，只有接口部分才涉及交流；同時，由于沒有設計層面的內容，因此交流的目的也只是如何再現，無關設計與創造。

三、形成原因

云計算實驗環節產生的這些問題與多方面因素有關，如學生學習的積極性與接受能力、教師的個人能力與教學方式等，但更多的是人才培養理念與模式上的問題。

（一）動手能力重視不夠

學生在實驗過程中表現出實踐能力不足的問題，主要是前期的培養過程中，對上機動手能力的塑造不足。當前，各大高校在教學設置中，普遍將實踐能力提上高位，那為什么尚未達到預期呢？其原因有課時受限、實踐考核落地不徹底、課外實踐少等。

（二）實驗內容編制不合理

在理論講授與實驗同步的過程中，由于圍繞Hadoop展開，因此教學實施很自然地按照其子框架來推進。然而，這一設置會造成創新不足、合作不利的局面。同時，僅僅讓學生體驗Hadoop而不是理解與應用的設定也顯不夠，應當激發學生熱情，力求往設計與開發方向上引導，從而發現新問題，在解決問題中提高。

四、建議方案

為了有效地實施云計算課程的教學計劃，我們擬對以上三個問題，試著從以下三個方面來解決。

（一）夯實操作技能

云計算相關課程的學習需要學生具備相應的動手能力，這是個硬性約束。如果學生沒有達到，那么我們需要正面應對。具體可以從如下方案中選擇：（1）設置課程準入制，方便遴選。（2）利用課余，遠程接入持續實驗。（3）擴充或調整實驗課時，查漏補缺。

（二）優化實驗內容

針對實驗內容偏重驗證的問題，我們需要面向設計進行豐富。同時，對原有的實驗內容進行調整，突出重點，聚焦創新能力，強調現場操作。在團隊合作方面，可以采用連續式，即學生以小組為單位，對應固定的虛擬機小組，并利用課下時間持續實驗，包括從Linux安裝到最后的鎖機制等。課上，只對實驗中的關鍵節點或如何啟動下項實驗內容進行部署（一個可以參考的實驗安排見表3）。同時，還可以通過大作業、課外實踐等方式，來強化學生的設計與開發能力。

（三）創新考核機制

部分學生動手能力未達預期的一個可能的客觀因素是，課程考核體系中對操作技能的考評尚不夠深入。因此，為了提高學生設計、應用云計算相關技術的現場能力，云計算實驗課程需要加大對現場動手能力的考評。具體形式，可參考以下方案：（1）據實驗結果與實驗報告綜合分析。（2）現場出題，學生在虛擬機上操作。（3）根據課外大作業完成情況及組內成員的答辯情況。

本文從云計算與大數據的產業需求出發，以近年來在云計算教學第一線的實踐經驗為基礎，探討了高校云計算實驗環節中的常見問題，分析了其成因，并提出了一些較有建設性的解決方案。

參考文獻：

[1]M Armbrust，A Fox，R Griffith et al.Above the Clouds：A Berkeley View of Cloud Computing. Berkeley， California，USA： University of California at Berkley，2009：1-23.

[2]王珊，王會舉，覃雄派，等.架構大數據：挑戰、現狀與展望[J].計算機學報，2011，34（10）.

[3]熊鵬，李建敦.綜合實驗教學中如何培養學生的動手能力[J].學園，2014（16）：62-63.