論計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)的研究與實(shí)踐

朱鵬飛+王英奎+郭洪亮

摘 要： 高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用能力的重要環(huán)節(jié)，而高校實(shí)驗(yàn)室則是高校教學(xué)，科研成果的重要產(chǎn)生場所和轉(zhuǎn)化基地。隨著信息化時(shí)代的全面來臨，對(duì)高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的管理與維護(hù)也打破了過去時(shí)間和空間的限制，因此如何積極推進(jìn)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的信息化建設(shè)也就成為當(dāng)前各高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中的重要組成部分。本文將以天津大學(xué)仁愛學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系下屬計(jì)算機(jī)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)中心為例重點(diǎn)闡述實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)的研究與實(shí)踐過程。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué) 實(shí)驗(yàn)室管理 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室 信息化建設(shè)

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2017）07-0123-02

一、引言及研究背景

高等院校是以培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用人才為目標(biāo)，是培養(yǎng)現(xiàn)代化建設(shè)人才的搖籃和科學(xué)研究的先導(dǎo)，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)則是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用能力的重要環(huán)節(jié)，高校實(shí)驗(yàn)室則是教學(xué)，科研成果的重要轉(zhuǎn)化基地[1]。另外伴隨著全面來臨的信息化時(shí)代，各高校也逐步把各類與計(jì)算機(jī)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)課程加入到高校課程建設(shè)的重點(diǎn)工作當(dāng)中來，通過對(duì)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的管理與維護(hù)打破了過去時(shí)間與空間的界限，極大的提升了管理教學(xué)效率[2]。因此為了積極推進(jìn)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的信息化建設(shè)，使其順應(yīng)目前高教信息化的發(fā)展趨勢，必須采用現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)及信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)高校各類優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)資源的共享以及實(shí)驗(yàn)室信息化的建設(shè)與管理，并建立起高效的實(shí)驗(yàn)室信息化管理模式，從而使實(shí)驗(yàn)室的作用得到充分的發(fā)揮。

具體到本部門計(jì)算機(jī)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)中心，本中心隸屬于天津大學(xué)仁愛學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系，是我校公共計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，主要負(fù)責(zé)承擔(dān)全校計(jì)算機(jī)公共基礎(chǔ)課程以及各系與計(jì)算機(jī)相關(guān)的各類專業(yè)課程的上機(jī)實(shí)驗(yàn)工作，另外本中心實(shí)驗(yàn)室還承擔(dān)各類校內(nèi)外的課程設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)、上機(jī)競賽、考試等工作。每學(xué)年本中心都會(huì)承接50門左右的各類上機(jī)課程及實(shí)驗(yàn)，各類上機(jī)機(jī)時(shí)每學(xué)年都在30萬機(jī)時(shí)左右。本中心是學(xué)院重要的實(shí)驗(yàn)中心之一，在將近10年的發(fā)展建設(shè)中一直得到了學(xué)校相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)懷與重視，在實(shí)驗(yàn)室信息化、網(wǎng)絡(luò)化的建設(shè)中也取得了一定成果，并在2014年本中心以主要參評(píng)組成部門獲批成為“天津市普通高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)單位”，從而使本中心實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)進(jìn)入到一個(gè)全新的階段。

二、信息化建設(shè)的現(xiàn)狀與目標(biāo)

目前本中心的實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)雖已取得了部分成果，但還存在一些問題和亟待改進(jìn)的地方，其信息化建設(shè)實(shí)踐的步伐與目前的“實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”還有差距。例如在有的信息數(shù)據(jù)的管理上還處在原始的人工管理方式，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)信息管理的部分還停留在C/S的管理模式，其信息數(shù)據(jù)的管理仍受到很多制約。

根據(jù)以上所面臨的一些問題，本中心要做的工作還有很多，可大致分為以下幾個(gè)方面：

1.實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)課程預(yù)約還是人工方式，使實(shí)驗(yàn)室管理人員的工作過于繁瑣低效，實(shí)驗(yàn)任課及指導(dǎo)教師和學(xué)生也不能直觀的知曉相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程的具體情況。這是本中心信息化建設(shè)需要重點(diǎn)改進(jìn)的方面。

2.教學(xué)資源的發(fā)布共享，師生網(wǎng)上交流互動(dòng)等功能目前還處在C/S管理模式，受到時(shí)間地點(diǎn)的制約，從而無法有效的體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性優(yōu)勢和提高相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效率。

3.虛擬化云端技術(shù)是今后實(shí)驗(yàn)室建設(shè)發(fā)展的一個(gè)重要組成部分和趨勢，本中心實(shí)驗(yàn)室雖已配置一個(gè)虛擬化云端實(shí)驗(yàn)室，但目前使用率過于低下，也存在一些急需解決的實(shí)際問題，如虛擬系統(tǒng)性能過低，如何進(jìn)行軟件安裝，與中心信息化建設(shè)中其他項(xiàng)目模塊的對(duì)接問題等。

4.實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理，目前本中心的各類實(shí)驗(yàn)設(shè)備信息雖已初步實(shí)現(xiàn)了信息化的管理，但各類設(shè)備信息還需進(jìn)行進(jìn)一步的整理匯總并添加一些統(tǒng)計(jì)、查詢等方面的處理，能夠充分體現(xiàn)本中心的設(shè)備實(shí)際使用情況，使各類相關(guān)的設(shè)備信息更加清晰明細(xì)，從而使實(shí)驗(yàn)室管理人員的管理工作更加簡潔高效。

三、信息化建設(shè)的具體研究內(nèi)容

1.實(shí)驗(yàn)課程網(wǎng)上預(yù)約系統(tǒng)的研究與調(diào)試

這是整個(gè)實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)中重點(diǎn)研究實(shí)踐的內(nèi)容，通過有效的網(wǎng)上預(yù)約使實(shí)驗(yàn)室管理人員過去人工安排管理實(shí)驗(yàn)課程的操作轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)信息化的管理，從而極大的提高了本中心管理人員的工作效率。經(jīng)過一段時(shí)間的研究與調(diào)試，網(wǎng)上課程預(yù)約系統(tǒng)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)的功能如下：

1.1教師和系統(tǒng)管理員可通過簡單的注冊(cè)（如填寫真實(shí)姓名，聯(lián)系方式，郵箱地址等信息）即可成為系統(tǒng)的用戶，教師通過網(wǎng)上預(yù)約系統(tǒng)完成課程預(yù)約并等待管理員審核確認(rèn)。管理員也可將教師通過其他方式預(yù)約的上機(jī)課程信息輸入到預(yù)約系統(tǒng)中，并進(jìn)行添加、修改、更新、刪除等處理。教師可以查看并修改自己的上機(jī)安排。

1.2教師可以通過預(yù)約系統(tǒng)在每次上機(jī)實(shí)驗(yàn)課前發(fā)布自己本次課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，可讓學(xué)生們提前進(jìn)行預(yù)習(xí)，從而可有效的提高實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果，提高教學(xué)效率。

1.3學(xué)生用戶可通過輸入自己的正確學(xué)號(hào)登錄預(yù)約系統(tǒng)查看相關(guān)的信息，如所上的上機(jī)實(shí)驗(yàn)課程的時(shí)間，地點(diǎn)，每次課程內(nèi)容等，從而針對(duì)的做出相關(guān)預(yù)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效果[3]。學(xué)生用戶還可以通過此預(yù)約系統(tǒng)提前知道哪些實(shí)驗(yàn)室或計(jì)算機(jī)機(jī)房空閑可供自己上機(jī)使用。未來還可根據(jù)實(shí)際情況為學(xué)生們開放部分預(yù)約權(quán)限，學(xué)生用戶可根據(jù)需要自主預(yù)約各類實(shí)驗(yàn)課程、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等。

1.4其他的一些附屬功能，如一些通知信息（例如失物招領(lǐng)信息等）的發(fā)布，還可提供一些軟件和教學(xué)課件的下載等。

2.師生交流，教學(xué)資源共享功能的改進(jìn)

針對(duì)以前實(shí)驗(yàn)室教學(xué)資源的發(fā)布共享，師生交流等功能還處于C/S管理模式，從而受到時(shí)間、地點(diǎn)等方面的限制。本中心的工作人員進(jìn)行了相關(guān)方面的改進(jìn)實(shí)踐與調(diào)試，將原先C/S管理模式改進(jìn)為B/S模式，即通過在瀏覽器直接輸入相關(guān)服務(wù)器的網(wǎng)址，教師即可通過自己的權(quán)限將教學(xué)課件或軟件放到自己的權(quán)限空間內(nèi)供學(xué)生們下載使用，也可通過網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)隨地查看批改學(xué)生提交的作業(yè)，極大的節(jié)省了時(shí)間并提高效率。學(xué)生通過這種B/S模式也可隨時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種教學(xué)資源的下載使用，隨時(shí)提交自己的課程作業(yè)，從而能夠達(dá)到很大的時(shí)間空間上的自由度，極大的提高自身的學(xué)習(xí)效率。實(shí)驗(yàn)室管理人員通過這種管理模式也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的各類教學(xué)資源進(jìn)行有效系統(tǒng)的管理。

3.虛擬化云端實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)

云端虛擬化服務(wù)是一種通用型的云端運(yùn)算解決方案，透過此方案可大幅簡化用戶端桌面與應(yīng)用程序的管理與更新，進(jìn)而降低管理成本并提高資料保存的安全性，大大降低設(shè)備和人員的管理維護(hù)成本[4，5]。

本中心于2014年7月建立虛擬化云端實(shí)驗(yàn)室，9月正式投入使用，是我校為實(shí)現(xiàn)云端桌面虛擬化，建設(shè)新時(shí)代云計(jì)算實(shí)驗(yàn)室的代表之作。本中心的虛擬化實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過不斷的建設(shè)、整合、維護(hù)與優(yōu)化，已經(jīng)在本中心的各項(xiàng)教學(xué)活動(dòng)中發(fā)揮了重要的作用。因篇幅所限，故虛擬化實(shí)驗(yàn)室的管理維護(hù)只介紹一些主要的常用方面。

計(jì)算機(jī)中心虛擬化云桌面實(shí)驗(yàn)室根據(jù)桌面云E-VDI基礎(chǔ)架構(gòu)搭建，充分利用云主機(jī)計(jì)算能力、存儲(chǔ)空間，提供基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層次上的云計(jì)算服務(wù)，在平臺(tái)架構(gòu)和技術(shù)形態(tài)上，實(shí)現(xiàn)高彈性，易于擴(kuò)展，高可用，統(tǒng)一管理調(diào)配的IT服務(wù)資源平臺(tái)。E-VDI提供的Linux系統(tǒng)內(nèi)置了Linux版客戶端，可以通過光盤將Linux系統(tǒng)安裝到云終端，即可以使用客戶端登錄，目前機(jī)房使用的就是Linux客戶端。

E-VDI管理界面提供所有對(duì)于該教育桌面云產(chǎn)品的操作。包括對(duì)主控節(jié)點(diǎn)和計(jì)算節(jié)點(diǎn)的一些操作。登錄后主界面包括概要、管理系統(tǒng)操作列表、常用的操作快捷方式、全局硬件信息、平臺(tái)預(yù)警信息等等。操作列表中包括資源池、桌面、模板、終端、用戶、監(jiān)控、排課、系統(tǒng)等功能項(xiàng)。在機(jī)房管理中常用的是桌面項(xiàng)和模板項(xiàng)。桌面分教學(xué)桌面和個(gè)人桌面。教學(xué)桌面主要用于機(jī)房教學(xué)工作。該選項(xiàng)包含目前系統(tǒng)中所有的教學(xué)場景、所屬教室、場景的開啟和關(guān)閉狀態(tài)、關(guān)聯(lián)的桌面數(shù)量、使用的桌面模板、硬件模板和還原設(shè)置等。個(gè)人桌面用于教師辦公使用。

教學(xué)模板制作：制作模板時(shí)管理平臺(tái)需先上傳對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)鏡像，制作時(shí)共分五部分，參見如下步驟。第1步，選擇系統(tǒng)。第2步，配置虛擬硬件。第3步，確認(rèn)信息。第4步，安裝系統(tǒng)。第5步，另存為模板。軟件安裝：選擇編輯模板，進(jìn)入模板系統(tǒng)，安裝軟件后選擇更新模板，最后選擇更新桌面，便可以統(tǒng)一變更機(jī)房內(nèi)終端的系統(tǒng)內(nèi)容。

機(jī)房內(nèi)機(jī)器IP地址和計(jì)費(fèi)服務(wù)器在同一個(gè)網(wǎng)段即可通信。上網(wǎng)通過學(xué)院計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)設(shè)置上網(wǎng)IP范圍，該范圍內(nèi)的機(jī)器上網(wǎng)時(shí)自動(dòng)彈出網(wǎng)絡(luò)登錄界面。連接FTP服務(wù)器，要在Linux服務(wù)器上配置端口轉(zhuǎn)發(fā)，把訪問外網(wǎng)地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器地址上即可訪問FTP服務(wù)器。連接中心實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程練習(xí)及考試服務(wù)器，具體方法為將考試服務(wù)器的IP地址修改為與虛擬實(shí)驗(yàn)室同在一個(gè)網(wǎng)段，并使更改后的服務(wù)器IP地址與考試系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置綁定，將考試服務(wù)器連接到交換機(jī)的VPN設(shè)置處，完成這些操作后即可實(shí)現(xiàn)正常的連接。

虛擬機(jī)房目前承擔(dān)學(xué)院的一些基礎(chǔ)課教學(xué)工作，運(yùn)行基本教學(xué)軟件（如Office、VC等）還算流暢。但是對(duì)于大型軟件（數(shù)據(jù)庫、設(shè)計(jì)軟件等）支持不太好，主要原因是系統(tǒng)資源分配不足和該產(chǎn)品圖形加速功能欠缺造成的。目前使用中遇到的問題一是終端盒子開關(guān)設(shè)計(jì)有問題，長時(shí)間頻繁使用容易損壞，影響開機(jī)。二是盒子散熱和噪音控制不太好，希望以后產(chǎn)品能改進(jìn)相關(guān)功能。還有個(gè)別客戶端的故障問題主要是由于非正常關(guān)機(jī)造成的無法進(jìn)入虛擬終端下的Windows系統(tǒng)?？赏ㄟ^重新啟動(dòng)客戶端或者重新配置客戶端相關(guān)的信息，如機(jī)器名，IP地址等使客戶端恢復(fù)正常啟動(dòng)。

經(jīng)過對(duì)虛擬化云桌面實(shí)驗(yàn)室的維護(hù)優(yōu)化工作，使本中心教學(xué)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)室管理上了一個(gè)全新臺(tái)階。今后本虛擬化實(shí)驗(yàn)室還將進(jìn)一步承擔(dān)更多的課程與考試，更好的為教學(xué)實(shí)驗(yàn)服務(wù)，使本中心實(shí)驗(yàn)室管理全面推向云管理模式，打造綠色環(huán)保的教育教學(xué)環(huán)境。

4.實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理信息化

高校實(shí)驗(yàn)室的各類儀器與設(shè)備是開展課程實(shí)踐教學(xué)和科學(xué)研究的重要物質(zhì)保證，也是保證教學(xué)質(zhì)量和科研水平提高的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。為了精確細(xì)致的掌握了解設(shè)備儀器的運(yùn)行配置狀況，使儀器設(shè)備的使用潛力得到充分發(fā)揮，從而使設(shè)備的使用率得到最大限度的提高，本中心根據(jù)自身情況，與其他部門在數(shù)據(jù)共享方面密切合作，綜合利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，數(shù)據(jù)庫技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等對(duì)本中心實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備進(jìn)行了統(tǒng)一系統(tǒng)的信息化管理。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱、規(guī)格型號(hào)、性能技術(shù)指標(biāo)、所屬實(shí)驗(yàn)室、購置日期等信息的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的管理，基本實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室設(shè)備資產(chǎn)的信息化管理，使實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備在日常教學(xué)，科研和管理工作中發(fā)揮了巨大的作用。

四、結(jié)束語及未來發(fā)展規(guī)劃

本中心實(shí)驗(yàn)室是整個(gè)計(jì)算機(jī)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)示范中心的重要組成部分，其信息化建設(shè)的幾個(gè)主要模塊，即實(shí)驗(yàn)課程網(wǎng)上預(yù)約，教學(xué)資源共享，虛擬化云端實(shí)驗(yàn)室管理，實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備管理等，這幾部分并不是孤立存在的，而是一個(gè)相互聯(lián)系的有機(jī)建設(shè)整體。這個(gè)整體的建設(shè)預(yù)期效果已基本實(shí)現(xiàn)了以B/S結(jié)構(gòu)為主的系統(tǒng)化的信息數(shù)據(jù)管理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了一點(diǎn)帶動(dòng)多點(diǎn)，促進(jìn)了整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心信息網(wǎng)絡(luò)化的建設(shè)。其每一部分所實(shí)現(xiàn)的功能以及預(yù)期效果在前面的內(nèi)容中已經(jīng)提及，這里不再闡述。

本中心的信息化建設(shè)未來可擴(kuò)展到中心所在系其他專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，并將其納入到本中心的信息化管理中來，甚至可與其他系的實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)某些功能項(xiàng)目的對(duì)接和各種教學(xué)資源的數(shù)據(jù)共享。本中心的信息化建設(shè)也會(huì)根據(jù)未來實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程的發(fā)展而增加新的功能模塊，例如可與MOOC，SPOC等新型教學(xué)模式聯(lián)系，參與建設(shè)相關(guān)MOOC的教學(xué)平臺(tái)。未來還可與學(xué)校建設(shè)的一些網(wǎng)絡(luò)考試、網(wǎng)絡(luò)競賽等平臺(tái)實(shí)現(xiàn)一些功能上的對(duì)接，并提供相關(guān)輔助功能等。

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作者簡介：朱鵬飛（1982.10-），碩士研究生學(xué)位，天津大學(xué)仁愛學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系所屬計(jì)算機(jī)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)教師，助理實(shí)驗(yàn)師。

王英奎（1982.8），碩士研究生學(xué)位，天津大學(xué)仁愛學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系所屬計(jì)算機(jī)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)中心教師，助教。

郭洪亮（1982.10），碩士研究生學(xué)位，天津大學(xué)仁愛學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系所屬計(jì)算機(jī)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)教師，實(shí)驗(yàn)師。