基于云計算的計算機實驗教學平臺設計

李英杰

(湖南環境生物職業技術學院醫學院，湖南 衡陽 421005)

基于云計算的計算機實驗教學平臺設計

李英杰

(湖南環境生物職業技術學院醫學院，湖南 衡陽 421005)

傳統實驗教學平臺出現軟硬件更新困難、維護成本高、安全性差以及固有資源使用效率低等多種問題，針對這種情況，研究將云計算技術應用于高校計算機實驗教學平臺，通過提供基礎的云服務來完成教學，探究了云計算實驗平臺的結構和優點。

云計算技術；計算機實驗平臺；教學實踐

1 引言

隨著經濟全球化趨勢的發展，現代社會對人才的要求越來越高，對高素質、全方面發展的創新型人才的需求量不斷增加?，F代教育改革中，要想培養創新型人才，不僅要創新教學內容，還要重視基礎設施的建設，要全面提高教學的軟性條件以及硬性條件。目前，在計算機類實驗教學中，要注重云計算技術的應用，重視計算機實驗教學平臺的建設。實踐證明，將云計算實驗教學平臺應用到高校計算機教學中，能夠提高教學質量，提高教學效率，有效解決教學中的問題。

2 傳統計算類實驗教學平臺的應用問題

2.1 單機模式平臺建設問題

目前高校的計算機實驗平臺的建設，一般都是單機模式，這種模式一旦出現病毒入侵，會造成系統癱瘓，后期的維護較難實現，尤其是隨著計算機硬件的發展，高校在更新計算機硬件時，成本較高；另外，為了滿足教學的需求，在單機上會安裝很多的教學軟件，加重計算機系統的負擔，當計算機負荷達到一定程度時，系統容易崩潰。

2.2 計算機教室管理問題

計算機教室管理的主要問題是計算機日常維護、修理的工作量較大，一旦計算機出現系統問題，則要進行系統重組或者是進行系統更新，花費的時間較長，即使在課上進行同傳，一般耗費的時間也達到4-5小時，加之網絡環境的不穩定，同傳一次到位的概率較小，一般都要進行2至3次的同傳工作，反復的操作加大了管理人員的工作量。此外，還有計算機系統升級的問題，每臺計算機都要按照多套操作系統，并且由于安裝程序不同，容易出現安裝混亂的情況。

2.3 病毒侵害問題

計算機容易遭受病毒侵害，一旦出現病毒，計算機系統則會全面崩潰。高校計算機在安全防護上，一般使用各種防毒軟件，但軟件只能夠防止簡單的病毒，有些病毒無法有效防護，通過建設防火墻的方法，效果一般。在計算機遭受病毒后，一般會使用還原卡，但還原卡會影響系統的存儲作用，例如使一些學習資料被清空，影響學生的學習；此外，移動硬盤也是病毒入侵計算機的主要傳播途徑，實際上很多學生在使用移動硬盤保存資料時，也將病毒帶入計算機，對計算機的安全造成較大的威脅。

2.4 計算機軟件應用問題

計算機軟件問題主要是軟件種類多、更新緩慢。由于教師在進行教學時，一般會使用多種教學軟件，有些軟件使用頻率較高，有些則較低，軟件的下載占用大量的空間，嚴重影響計算機的流暢度；隨著軟件更新換代的時間越來越短，新軟件的容量越來越大，下載時間也越來越長，嚴重消耗時間；此外，部分軟件更新后，還原卡對有些插件不兼容，造成軟件不能安裝的問題。

3 基于云計算的計算機實驗教學平臺的優點

在計算機類實驗教學平臺的建設中，應用云計算技術，可有效提高平臺的應用效率，同時也能改善現代計算機教育教學的形式，提高教學效果。相比傳統的計算機實驗教學平臺，基于云計算的計算機實驗教學平臺具有以下幾方面的優勢：

3.1 成本低

云計算技術的應用，有效降低了計算機實驗教學平臺的維護、管理的成本，同時也能夠減少系統安裝的時間。一般來說，計算機實驗教學平臺在系統安裝上都要花費幾小時或者更長時間，云計算技術的應用能夠縮短時間，例如在資料發布上，可以在幾分鐘內就能將所有的資料傳輸到實驗平臺的任何地方，遠遠縮短了傳輸時間。另外，云計算系統對計算機客戶端的性能要求較低，高校的實驗教學平臺基本都能滿足要求。

3.2 安全性能高

云計算應用在計算機實驗教學平臺上，安全性較高。通過云計算系統來進行客戶端體檢，能夠有效減少人力、物力的投入，也能夠提高系統軟件的安全性；并且云計算技術應用在實驗教學平臺上，能夠提高數據的安全性，能夠更加全面、更加徹底地檢查出客戶端的問題，并及時進行各種維護。當計算機軟件出現故障或系統癱瘓時，云實驗平臺可以讓系統快速返回原始狀態，大大降低由于系統崩潰造成的損失。

3.3 實用性強

傳統的實驗教學平臺比較固定，而云計算實驗教學平臺能夠打破空間的限制，實驗過程可以多人并行、相互隔離，能夠擴大運行空間；它能夠擴大實驗教學平臺的存儲空間，擴大設備空間，降低計算機超負荷的效率；可以通過合理模擬真實網絡和復雜網絡運行情景，模擬現代計算軟件的運行流程；能減少實驗教師的重復性勞動，對學生的學習過程進行監督，能夠提高學生的學習興趣。

4 云計算技術下的計算機實驗教學平臺結構

4.1 平臺結構組成

云計算是一種基于互聯網的服務模式，通過互聯網提供動態易擴展的虛擬化資源，這種模式為現代網絡提供更大的訪問空間，能夠更好地進行計算機資源的共享，并且資源的獲取速度相對較快，在簡單的管理中，能夠與服務供應商進行更好的交互。

云計算技術下的計算實驗平臺結構主要包括兩方面的內容，分別是云服務與云管理。云服務包括基礎設施及服務（IaaS）、平臺即服務（PaaS）和軟件即服務（SaaS）。IaaS向用戶提供物理機、虛擬機、存儲設備、網絡設備、安全設備等基本計算資源；PaaS為用戶提供包括操作系統、數據庫、語言運行環境、Web服務器等軟件研發的平臺；SaaS則是通過租用軟件的方式來獲得相關的應用。而云管理包括用戶管理、課程管理、實驗管理、帳戶管理、模塊管理、快照管理、系統管理等板塊內容。

4.2 平臺的運轉

客戶端在初次啟動時，服務器會自動將系統數據推送到客戶端硬盤上。客戶機硬盤會通過標記從服務器接收到的數據和用戶在使用過程中自行創建的數據，形成高速緩存。以后客戶機每次啟動，通過高速緩存和少量來自服務器的讀寫數據形成啟動數據，保證了用戶體驗和原來的單機模式完全一致。通過虛擬桌面服務器管理技術，基于云計算的計算實驗平臺根據用戶登陸的不同賬戶，會自動按需為客戶機分配私有的操作系統、應用程序和桌面環境?？梢詾椴煌嗉墶⒉煌瑢W生推送個性化需求。

4.3 平臺前端功能模塊

在實際運行中，云計算后端應用Cloudstack API為前端提供服務。實驗教學平臺的運行系統主要是對前端功能進行分析，云實驗平臺的前端功能如圖1所示。

圖1 平臺前端功能模塊示意圖

相比較傳統的實驗平臺，云計算技術的應用能夠擴展實驗教學平臺的應用效率。除了基本的物理設備外，對網絡架構和操作系統也采用了網絡虛擬化技術，保證實驗環境和實驗內容可定制，并且支持實驗過程可視化，實驗可恢復。同時，云計算實驗教學平臺主要應用隔離模式，使平臺的實驗項目各自獨立。在云計算實驗平臺前端功能的建設上，可以看到除了用戶界面外，還有課程庫、實驗庫以及管理接口等模塊，根據教學群體來進行劃分，一般劃分為學生業務模塊、教師業務模塊以及管理員業務模塊，不同的模塊包含不同的內容，讓學生、教師能夠靈活地應用計算機實驗教學平臺。

5 結語

針對傳統實驗教學平臺存在的問題，將云計算技術應用到實驗教學平臺，全面降低了建設總成本，提高了計算機的安全性以及存儲空間，同時云計算實驗教學平臺打破了傳統實驗室的有形限制，不僅為學生提供開放式的實驗環境，而且促進了教學資源共享，具有廣闊的發展和應用前景。

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Design of the Computer Experiment Teaching Platform Based on Cloud Computing

Li Yingjie
(Hunan University of Environment and Biology,Hengyang 421005,Hunan)

The traditional experimental teaching platform has problems of hardware and software update difficulty,high maintenance cost,poor safety and low efficiency of resource usage.In view of this situation,this paper researches on the application of cloud computing technology in the experiment teaching platform,by providing basic cloud services to complete the teaching,and explores the structure and advantages of cloud computing platform.

cloud computing technology;computer experiment platform;teaching practice

TP391

A

1008-6609(2017)03-0072-03

李英杰（1976-），男，湖南湘鄉人，碩士，講師，研究方向為計算機網絡安全。