美國威廉瑪麗學院開放式計算機實驗室的建設研究

朱 浩, 布萊恩·佩林格, 羅德尼·弗蘭克斯, 左志宏, 顏 凱

(1. 電子科技大學 信息中心 ,四川成都 611731；2. 威廉瑪麗學院 信息技術部 ,美國弗吉尼亞州 威廉斯堡 23185)

實驗教學是高等教育的一個重要環節,隨著高校教育教學改革的深化,開放式實驗室建設已成為高校實驗教學發展的必然要求[1]。開放式實驗室之所以稱之為“開放”,其內涵和功能應該包括實驗時間、實驗內容和實驗對象3個方面的開放,使其能夠全方位的服務于師生的實驗教學[2]。筆者于2017年在美國威廉瑪麗學院信息技術部從事了半年的訪問學者工作,在研修期間,系統地研究了該校開放式計算機實驗室的建設情況,本文主要從教育信息化的視角,介紹威廉瑪麗學院的開放式計算機實驗室建設的基本情況和對我們的啟示。

1 威廉瑪麗學院開放式計算機實驗室簡介

威廉瑪麗學院創建于1693年,是美國歷史悠久的高校之一,也是美國公立常春藤名校之一,培養出了托馬斯·杰斐遜等多位美國總統。該校十分重視對學生的自主學習能力的培養[3],因此,該校的開放式計算機實驗室建設也走在了前列。威廉瑪麗學院的開放式計算機實驗室由學校信息技術部負責管理和維護,主要分布在圖書館、教育學院和Integrated Science Center等7個建筑內,如圖1所示,基本覆蓋了校內主要的教學區域,共有224臺計算機可供用戶使用。

這些開放式計算機實驗室主要為用戶提供高性能的計算機工作站,用于進行計算機仿真、程序調試、系統測試和報告編輯等工作。不同于一般的預約型開放式實驗室的是,所有用戶無需預約即可在實驗室開放的時間內,在校內任何一個開放式計算機實驗室的空閑計算機上進行自己的實驗和研究,部分開放式計算機實驗室更是提供了24 h的全天候開放服務,可隨時為用戶提供計算機實驗環境[4-5]。同時,用戶完全可以根據自己的需求來設計實驗內容,各開放式計算機實驗室還為用戶提供了豐富的專業應用軟件,用于滿足各專業領域用戶的實驗需求。威廉瑪麗學院的開放式計算機實驗室不僅開放給本校的學生、教師、職員和行政管理人員,而且也開放給訪問學者等外來臨時人員,非常人性化,能夠有效地促進校際間的學術交流與合作。

2 威廉瑪麗學院開放式計算機實驗室的建設

威廉瑪麗學院在校內現有計算機實驗室的基礎上,通過信息技術手段,對各實驗室進行了升級改造,最終建成了開放式計算機實驗室。這些開放式計算機實驗室還為用戶提供了在校內、校外均可訪問的網絡存儲[6],并為用戶提供了各類專業的應用軟件。開放式計算機實驗室的管理平臺實現了與校內統一身份認證系統的集成[7],并通過移動校園拓展對用戶服務的時間和空間[8]。

2.1 通過網絡存儲整合校內現有計算機實驗室

對于通常的計算機實驗而言,如何安全可靠地保存實驗相關的各種數據是用戶關注的一個核心問題。有的高校計算機實驗室為用戶提供固定容量的本地存儲空間,這種方案限制了用戶只能在所分配的某個實驗室的某一臺計算機上進行實驗,非常不便,同時,這種方案容易造成資源的浪費,也難于進行擴展。有的高校計算機實驗室完全不提供存儲服務,用戶只能自備移動存儲設備,不僅非常不便,而且容易帶來計算機病毒等新的問題。威廉瑪麗學院的開放式計算機實驗室雖然也不提供本地存儲服務,但卻非常人性化地為每一名用戶提供了5 GB的網絡存儲空間,這種方案將存儲功能從各實驗室的計算機剝離出來,以網絡存儲的方式實現。網絡存儲由學校信息技術部統一管理,有利于日常的維護和升級,既方便了用戶,也有效地整合了校內的計算機實驗室資源。威廉瑪麗學院的開放式計算機實驗室系統拓撲圖如圖2所示:

圖2 威廉瑪麗學院開放式計算機實驗室系統拓撲圖

各開放式計算機實驗室的計算機通過校園網鏈接到校內的網絡存儲上,全部變為了“無盤”工作站,可為用戶提供除本地存儲外的所有計算機功能。用戶的各種數據均存儲在網絡存儲空間中,不用再關心自己的數據存儲在哪個實驗室的計算機上,用戶完全可以按照“哪個實驗室有空位就去哪里”“哪個實驗室離我近就去哪里”的原則來選擇計算機實驗室,再也不用只能去“上次我保存數據的那個實驗室”來繼續做實驗了。

用戶不僅可以在校內開放式計算機實驗室的計算機上直接訪問網絡存儲中的數據,也可以在個人計算機上訪問這些數據。威廉瑪麗學院根據用戶所在的位置,為用戶提供了校內和校外2種不同的數據訪問方式,并分別為Windows和Mac用戶提供了單獨的訪問鏈接方法。

如果用戶需要在校內通過個人計算機訪問網絡存儲中的數據,則可以通過映射網絡驅動器的方式來實現。以Windows 7用戶為例,其訪問鏈接方法如下:

(1) 右鍵單擊“計算機”圖標,選擇“映射網絡驅動器”；

(2) 在彈出的對話框中選擇驅動器“H:”,然后在“文件夾”對話框中輸入“\ jonesfiles.campus.wm.edu WMuserid”,其中的“WMuserid”為威廉瑪麗學院校內統一身份認證賬號；

(3) 輸入校內統一身份認證密碼。

通過上述幾個步驟,用戶就可以在校內通過個人的計算機訪問網絡存儲中的數據,非常簡便。如果用戶所處的位置位于校外,則不能再通過映射網絡驅動器的方法來訪問網絡存儲中的數據。威廉瑪麗學院為在校外的用戶提供了通過SFTP(安全文件傳輸協議)來訪問數據的方案,能夠在有效保障網絡信息安全的前提下,滿足用戶的數據訪問需求[9]。Windows用戶可以使用SSH Secure Shell Client來進行訪問鏈接,Mac用戶可以使用Fetch來進行訪問鏈接。以Windows 7用戶為例,其訪問鏈接方法如圖3所示:

圖3 SSH Secure Shell Client數據訪問示意圖

(1)運行SSH Secure Shell Client；

(2) 點擊“Quick Connect”,在彈出的對話框中的“Host Name”處輸入“sftp.wm.edu”；

(3) 在“User Name”中輸入自己的校內統一身份認證賬號；

(4) 填入端口號22,選擇“Password”的認證方式；

(5) 點擊“Connect”后,在彈出窗中輸入統一身份認證密碼。

用戶在完成上述幾個步驟的操作后,就可以在SSH Secure Shell Client軟件中訪問到自己在學校網絡存儲中的數據,這樣既保障了網絡信息安全,又解決了遠程數據訪問的需求,極大地方便了用戶。

2.2 通過專業應用軟件助力實驗和教學

威廉瑪麗學院的開放式計算機實驗室不僅向用戶提供高性能的計算機以及網絡存儲服務,為了支持各專業領域用戶開展計算機實驗,還為用戶提供了各種專業應用軟件。這些專業應用軟件涵蓋了學校開設的各個專業學科,包括用于仿真實驗的Matlab、用于地理信息編輯及分析的GIS軟件ArcGIS Desktop、用于三維實體化模擬的軟件AutoDesk Inventor等近80種專業應用軟件。這些專業應用軟件均為學校購買了licence的正版軟件,可以免費提供給用戶使用,基本能滿足普通用戶實驗和教學的需求。

在提供預裝應用軟件的同時,威廉瑪麗學院還為教師提供了安裝特定軟件的服務。由于部分開放式計算機實驗室也可面向教師提供預約服務,教師可以預約整個實驗室用于實驗教學,如果教師有特定軟件的安裝需求,則可以提前將需求提交給信息技術部,由信息技術部按照需求進行統一的軟件安裝,保障教師實驗教學的開展。

2.3 集成校內統一身份認證促進各實驗室“開放”

開放式計算機實驗室的“開放”并不是無限制的開放,而應該是可管可控的開放,也需要對用戶的行為進行約束,最基本的要求就是實名制[10]。傳統的計算機實驗室也會對用戶的身份信息進行登記,但各實驗室間的用戶數據無法共享,難于實現校內的統一管理,各實驗室管理員必須自己更新和維護用戶數據,管理方式十分落后。另一方面,用戶也需要記住不同實驗室的多套賬號、密碼,非常不便。

威廉瑪麗學院信息技術部對校內計算機實驗室進行了升級改造,將每個計算機實驗室的計算機都納入到統一的平臺進行管理。同時,該管理平臺還實現了與校內統一身份認證系統的集成,讓用戶可以通過自己的統一身份認證賬號,在校內任何一個開放式計算機實驗室的計算機上使用,極為方便。另一方面,通過與統一身份認證系統的集成,各開放式計算機實驗室也解決了用戶數據管理的問題,所有用戶數據的新建、修改、刪除等日常維護管理工作均由學校信息技術部統一完成,節省了大量的人力。

由于已通過統一身份認證解決了實名制的問題,所以也就無需再派專人在現場進行值守管理,這使得各計算機實驗室真正成為了“開放式”計算機實驗室。筆者在圖書館等開放式計算機實驗室進行了實地體驗,可以很順利地使用自己的統一身份認證賬號登錄任何一臺計算機,使用預裝的應用軟件進行自己的實驗,離開時只需注銷自己的賬號即可,操作非常簡單。同時,在各開放式計算機實驗室也沒有發現任何的現場管理人員,所有開放式計算機實驗室給人呈現出的感覺就是自助和開放。

2.4 借力移動校園提升用戶體驗度

威廉瑪麗學院的開放式計算機實驗室建設之所以成功,不僅體現在實驗室本身的硬件和軟件建設上,更體現在如何提高用戶體驗度上。在傳統的開放式計算機實驗室中,用戶很難實時查詢到各實驗室計算機的占用狀態,只能憑經驗或運氣去找有空位的計算機實驗室,非常浪費時間。因此,用戶能否實時的查詢到實驗室計算機的占用狀態,將直接關系到用戶的體驗度。

在智能手機極為普及的今天,各高校紛紛利用智能手機的優勢,建設了自己的移動校園,實現各種基于移動互聯網[11]的應用系統,威廉瑪麗學院也向用戶推出了自己的移動校園APP——W&M。信息技術部深刻認識到了實驗室計算機占用狀態實時查詢的重要性,專門在移動校園APP中設計了一個名為“Computer Lab Status”的功能模塊,使用戶可以用手機APP實時查詢各開放式計算機實驗室的計算機占用情況。用戶再也不用為找空位而浪費時間了,學習和工作效率得到了大幅度地提高,用戶體驗度得到了極大的提升。

3 威廉瑪麗學院開放式計算機實驗室建設帶給我們的啟示

通過對威廉瑪麗學院開放式計算機實驗室建設的研究,為我們建設開放式計算機實驗室帶來了很多有益的啟示,值得我們學習和借鑒,筆者認為主要體現在以下兩個方面。

3.1 有效整合現有實驗室資源,避免“大拆大建”

面對一些老舊的計算機實驗室,我們通常的做法是申請專項建設資金,把老舊實驗室全部拆掉,然后集中建成標準化的開放式計算機實驗室。威廉瑪麗學院的開放式計算機實驗室建設,并沒有把現有實驗室全部拆掉重建,而是通過信息技術手段對現有實驗室的計算機進行網絡化改造,以網絡存儲代替本地存儲,有效的利用了老舊實驗室的計算機,盤活了這些實驗室,為學校節約了資金。另一方面,整合現有實驗室后,實驗室的地理分布廣度也優于集中建設的開放式計算機實驗室,可以更加方便用戶的選擇。同時,校內所有開放式計算機實驗室被整合到同一個管理平臺,也便于學校統一的維護管理。

3.2 發揮信息技術優勢,提升服務水平

威廉瑪麗學院的開放式計算機實驗室充分利用了數字化校園的資源,集成了校內統一身份認證,將傳統管理方式中難以實現的統一用戶管理[12]變為了現實,既讓用戶可以在各開放式計算機實驗室間“自動漫游”,又提高了實驗室管理水平。同時,威廉瑪麗學院還把握住了當前移動互聯網發展的趨勢,實現了開放式計算機實驗室管理平臺與移動校園的集成,用戶可以實時查詢各實驗室計算機的占用狀態,用戶體驗度得到了極大的提升。

統一身份認證和移動校園其實并不是多么先進高端的系統,基本屬于國內大多數高校數字化校園的標配,但威廉瑪麗學院將這種資源更好的融入到了開放式計算機實驗室的建設中,實驗室的設計處處都是從服務用戶的角度來考慮的。筆者認為隨著IT技術的發展,教育信息化關注的重點不應該只停留在IT硬件和軟件本身,而應該努力推動IT(Information Technology:信息技術)向更高層次的IT(Intelligence Technology:智能技術)發展。我們應該更加深入地理解用戶的需求,圍繞“服務用戶”這一核心思想,充分利用和融合現有的信息技術,為用戶提供更人性化的智能信息化服務。

4 結語

威廉瑪麗學院的開放式計算機實驗室通過科學的建設,完全實現了實驗時間、實驗內容和實驗對象的全開放,促進了廣大師生的開放式計算機實驗的開展。對我們從事教育信息化的工作者而言,如何通過信息技術來助力學校的實驗教學,威廉瑪麗學院給了我們一個非常成功的案例。經過多年的努力,我國高校的數字化校園建設已初具規模,已經擁有了技術先進的硬件平臺和功能全面的應用系統,但如何將這些硬件和軟件進行有效的融合[13],充分利用現有的資源,進而促進學校開放式實驗室的建設是值得我們深入思考的問題。

References)

[1] 王為,王春潮,李小昱,等.關于開放式實驗室建設的思考與探索[J] .實驗室研究與探索,2009,28(4):272-276.

[2] 王云平.國外大學實驗室管理及其對國內開放實驗室的啟示[J].實驗技術與管理,2010,27(3):149-151.

[3] 熊宏齊.論高校實驗教學如何適應學生的自主選擇要求[J].實驗技術與管理,2013,30(1):1-7.

[4] 張敏,蔡樹才,耿艷霞,等.基于ASP.NET的預約型開放實驗室管理系統[J].實驗技術與管理,2007,24(7):73-76.

[5] 肖克輝,羅穗萍,杜治國,等.構建開放的計算機實驗環境[J].實驗技術與管理,2006,23(11):125-127.

[6] 王剛.計算機網絡存儲技術[J].計算機系統應用,2015,24(1):14-20.

[7] 王小娟,黃協,張成.統一身份認證下單點登錄系統與數字化校園平臺的無縫連接[J].中國教育信息化,2017(7):58-60.

[8] 郭志軍.移動校園智能綜合平臺的設計與實現[J].中國教育信息化,2014(5):51-53.

[9] 謝長生,李曉鈺.基于網絡備份系統的SFTP性能優化分析與實現[J].計算機工程與科學,2003,25(5):1-9.

[10] 范敏,洪玲.網絡實名制系統的設計[J].計算機安全,2009(10):74-75.

[11] 鄭兆華,彭金蓮,邱錫光,等.移動互聯網在高校教育中的應用[J].計算機教育,2014(5):80-83.

[12] 孫浩志,黃寧玉.基于CAS的統一用戶管理系統的設計與實現[J].華東師范大學學報(自然科學版),2015(S1):335-339.

[13] 趙安新,廖曉群.“互聯網+”時代數字化校園建設思考及對策[J].中國教育信息化,2016(11):74-76.