大數據環境下高校實驗教學中心的智能化建設與管理研究

賀燦衛 劉勝宗 付沙 黃麗蓉

摘要：基于傳統PC機方式的實踐教學模式已經無法完全滿足當前教學要求，該研究利用大數據技術、云服務平臺等技術手段，對高校實驗教學中心的智能化建設與管理研究進行探討，通過智能管理平臺能夠實現教師智能化教學模式，為學生提供多方位、多渠道的開放性實驗環境，同時大大提高了實驗教學中心的運行效率，實驗設備的利用率，實現了實驗教學中心的高效、快捷、便利的智能化管理，實現高校實驗教學中心集教學資源平臺搭建、智能化管理以及開放性實驗室科學管理于一體的管理模式。

關鍵詞：大數據;云服務;智能化;手機App

中圖分類號：G647? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2020）15-0022-03

引言

隨著中國高等教育行業信息化建設手段的廣泛運用、各類教學資源信息系統的不斷上線，使得高校教師教學手段創新與各高校實驗教學中心的信息化建設水平捆綁相連，互相依賴，特別是經管類院校的實驗教學中心（以下簡稱實驗教學中心）大多建立基于以PC機加應用軟件為主的實驗環境，這就要求實驗教學中心須具備較高的信息化教學手段;其次是日常的課堂實踐教學課程已經不能滿足學生的需求，學生更多的是自主學習、自主實驗，這也對實驗教學科學管理提出了更高的要求。為此，基于傳統PC機方式的實踐教學模式已經無法完全滿足當前教學要求。本文提出大數據環境下高校實驗教學中心的智能化建設與管理，一方面實現了教師智能化教學模式，另一方面為學生提供多方位、多渠道的學習方式，同時通過對實驗教學中心搭建智能化管理平臺，大大提高了實驗教學中心的運行效率，實驗設備的利用率，實現了實驗教學中心的高效、快捷、便利的智能化管理。

一、國內外研究現狀分析

目前國內外對實驗教學中心管理的研究非常多，部分高校的實驗教學中心計算機實驗室開始采用虛擬云桌面管理，部分高校正在嘗試利用智能手機實現實驗室管理系統的搭建，但還未建成真正實現全方位智能化的管理體系。[1]謝建寧在《基于虛擬云桌面的高校計算機實驗室管理》一文中指出，目前高校正利用虛擬云桌面技術對計算機實驗室進行高效管理，降低實驗室運維成本，提高實驗教學質量，滿足高校不同專業的學生對計算機技術的不同需求。還指出計算機技術的核心就是通過不斷提升云技術處理能力，從而減輕用戶在使用計算機技術時的負擔，使用簡便的處理技術經由客戶端形成一個簡便高效的處理終端。[2]戴磊在《云桌面技術在高校計算機實驗室建設和管理中的應用》一文中詳細介紹了云技術在高校計算機實驗室創建與監管中的實際運用，并提出要想深入提升高校計算機的教學效率和質量，在其創建計算機實驗室過程中，一定要加強運用云桌面技術，并且開展有關運作監管工作。[4]張玉英、馬軍等通過對各高校的實踐教學示范中心進行考察分析，在《加強實驗教學中心建設 提升應用型人才培養質量》一文中提出實驗教學中心建設的改革與創新，一方面進行整合資源，推進實驗室管理體制改革，另一方面構建新的實驗教學體系和教育教學模式。[3]閻俊等人通過仔細分析高校當前教育形勢，充分考慮實驗室開放現狀和發展趨勢基礎上，研制開發了一套智能系統，并在《開放實驗室智能化管理及控制系統研究與開發》一文中進行詳細解說，通過上位機、下位機技術實現智能化管理。[8]劉海寧、施浩在《基于Android平臺智能手機實現實驗室管理系統》一種重點介紹了數據庫配置、智能手機的端口以及數據在端口間傳輸等關鍵技術的設計及實現過程。其中還指出智能手機實現實驗室管理系統的搭建，基本滿足了對開放實驗室時間上的管理，大大提高了實驗室利用率，同時為3G甚至將來4G網絡在學校信息化建設上提供了參考。[10]梅榮芳等人在《智能手機App在物理實驗中的開發與使用》一文中介紹通過借助智能手機中的QQ軟件，手機成為一部高清的無線攝像頭，整個實驗過程被一覽無遺地呈現在與電腦相連的大屏幕上，直觀、鮮活的演示實驗瞬間點亮了學生的探索欲望。

二、方案可行性分析

1.技術可行性：大數據環境下，云桌面操作平臺已經被引入到部分高校和企業，運行效果良好。本研究通過云服務器集群優化整合實驗教學資源，并對資源快速正確解析，通過云桌面及App手機軟件，做到排課、選課、考勤簽到、課程教學考核、課件回放、課堂教學效果反饋等一站式服務，做到實踐教學中心智能化管理。

2.財務可行性：傳統實踐教學中心基于PC機模式，隨著互聯網的發展，PC機設備更新換代速度非常快，為適應社會需求，實踐教學對設備的更新投入也非常大。實踐教學中心智能化管理一方面減少了對PC單體機的經濟投入，在電能消耗、配件耗材都有大大降低;一方面降低了教學人員在課程設計、課堂教學過程中的工作量，同時也降低了管理人員對實驗教學中心設施設備維護的工作量，從而降低了人工成本;另一方面，智能化管理提高了實驗教學中心的使用率及實用率，且教學效果比傳統模式顯著加強。

3.操作可行性：實驗教學中心智能化管理平臺基于云桌面與智能手機App模塊，操作簡單方便，在當前的社會環境下更能被易于接受。同時該管理平臺的智能化管理打破了傳統模式下空間限制的壁壘，讓教師、學生、管理員能隨時隨地獲取需求并實現管理。

4.風險因素及對策：傳統實驗教學中心的PC機有獨立硬盤與操作系統，其故障率與被攻擊率明顯高于智能化管理平臺云客戶端。同時，通過對云服務器集群搭建的風險預警管理平臺，不僅可以實施監控實驗教學中心的運行情況，還能在故障第一時間作出反應，能高效、快速處理各種存在的風險及故障。

三、方案設計

當前實驗教學中心大多是基于傳統單機PC管理模式，在這種傳統管理模式下，實驗教學中心管理面臨諸多痛點，大多存在電腦終端分散、數據離散、單點個性大、故障率高、運維效率低、日常使用不方便、管理難度大等問題，以致造成人力、物力、財力耗費大，資源浪費，教學達不到實際理想效果。本研究結合當前大數據環境下，對各實驗室PC機搭建云桌面平臺，實驗教學中心實行智能化管理，包括從教學中心實驗課程安排、教師學生打卡簽到、開啟云端教學模式、啟用視聽一體化課程課件管理、實驗教學中心實現智能監控、最后完成實驗教學中心智能運營評估報告。該平臺的搭建為實驗教學中心節省大量的人力、物力、財力，同時提高了實驗教學中心設備利用率，為師生在教學過程中提供快捷、便利的服務。

本研究結合國內外諸多學者的理論研究基礎，以大數據、云服務等理論為載體，搭建實驗中心服務器集群、PC云桌面網絡操作平臺，通過對實驗中心現有資源進行整合，通過利用對實驗教學中心師生的現有資源進行分類加工，搭建實驗教學知識管理庫，按照教師-學生-實驗室管理員三位一體原則，進行智能化、差別化管理，以流程為導向，以軟件集成為中心的實驗教學中心運維支撐平臺，搭建實驗教學中心智能化管理體系。實現實驗教學中心實行智能化管理，對實驗教學資源進行重新整合，構建智能化管理平臺，為高校實驗教學中心的教學資源平臺搭建、智能化管理以及全開放性實驗室科學管理提供了豐富的理論依據和實際操作手段。

實驗教學中心智能化管理平臺以數據資源重新整合分析為核心內容，通過云服務器集群對數據快速計算分析，滿足云客戶端對數據資源的需求。該智能化管理平臺包括三大部分，實驗資源信息平臺、實驗管理信息平臺、實驗教學中心風險預警管理系統。實驗資源信息平臺主要包括存儲教師、學生、實驗課程及實驗設備設施、各類應用軟件等相關信息，實驗管理信息平臺主要是對實驗資源信息數據進行計算分析并輸出到云客戶端的計算模塊，實驗教學中心風險預警管理系統是保證云服務器集群從數據資源輸入—計算—輸出整個運行過程中的一整套監管系統，如圖所示。

在智能化管理系統中，引入兩大模塊，一個是智能手機App，一套是云桌面操作系統（云客戶端）。實驗資源信息主要通過智能手機App和云桌面操作系統輸入到云服務器集群，通過云服務器集群計算分析返回輸出。

端口接入：

（1）在實驗教學中心配置云客戶端，通過云客戶端登錄完成應用需求。

（2）智能手機App軟件，通過登陸App完成應用需求。

（3）開放全網虛擬端口，通過設置虛擬端口，教師、學生、管理員可隨時隨地完成應用需求。

（4）對外開放口徑：在保證數據安全的前提下，云服務器集群對外云端有限開放口徑，完成整合所需數據資源的需求。[9]

（5）試聽一體化端口：在實驗中心安裝試聽一體化設備，可對課堂教學有選擇性進行錄音拍攝，滿足學生實時學習的需求。[5-7]

數據配置：

（1）智能化管理平臺中的資源信息庫，包括教師、學生、課程信息等可通過管理員統一數據導入，同時也可通過智能手機和云客戶端進行單獨的數據導入，此類信息為云服務器集群數據計算處理的基礎。

（2）云服務器集群通過對外開放口徑，從其他云端獲取本云服務器集群所需的數據資源。

數據采集分析及計算處理：

（1）教師根據教學計劃及時完成實驗教學中心的教學實驗預約，云服務器集群根據實驗中心的課程資源，對教師的需求計劃進行分析，完成教學實驗預約。

（2）教學期間，學生在實踐教學中心通過手機App掃碼登陸云桌面完成課程學習，云服務器集群根據實驗中心學生信息資源庫，對學生到課情況進行分析，完成課堂簽到情況分析。

（3）云服務器集群通過云桌面、手機App、開放的外網端口等接收的數據文件，根據實驗中心的課程輔助資源庫，對學生的課堂作業、實驗效果反饋進行分析，完成實驗課程教學控制、實驗教學課程考核、實驗效果跟蹤反饋等需求。

（4）在開放式實驗教學中心設置門禁，所有人進出通過門禁掃碼進出實驗教學中心，云服務器集群根據實驗中心信息資源庫，保障開放式實驗教學中心課程的安全有效管理。

（5）實驗教學中心的設備設施外借，均需通過手機App、云桌面完成外借需求。

風險預警管理平臺：

（1）風險預警范圍包括病毒入侵、不明端口訪問、垃圾信息、不良信息及網頁瀏覽、云桌面及端口出現異常（網絡故障、設施設備故障）、云服務器集群對信息分析檢索發現的問題、其他違規操作。

（2）風險預警管理平臺實時將報警信息反饋給實驗教學中心管理員，管理員根據報警信息具體內容對實驗教學中心出現的問題進行及時處理，并完成風險預警信息跟蹤情況登記表。

（3）根據實驗教學中心管理員的需求，風險預警管理平臺根據云服務器集群、實驗教學中心云客戶端的運行情況定期自動形成風險預警管理報表，并對實驗教學中心的整體運維情況進行評估分析，滿足管理員對實驗教學中心的運行情況的需求。[10]

四、結束語

目前大多數高校的實驗教學中心都只單搭建了云桌面操作平臺，其管理模式依然以傳統管理模式為主。本研究集合了大數據、云服務等理論依據，結合目前最流行的手機App管理模式，實現對實驗教學中心的智能化管理，并提出三位一體的新型管理格局，以流程為導向，達到高效、快捷、便利的教學管理新局面。

參考文獻：

[1]李東煒，劉鎮章.基于Android智能手機的實驗室預約系統設計[J].實驗技術與管理，2012，29（12）：196-202.

[2]謝建寧.基于虛擬云桌面的高效計算機實驗室管理[J].信息與電腦，2017，（2）：88-89.

[3]張玉英，馬軍，王曉軍.加強實驗教學中心建設 提升應用型人才培養質量[J].實驗室研究與探索，2011，30（11）：90-94.

[4]戴磊.云桌面技術在高效計算機實驗室建設和管理中的應用[J].計算機產品與流通，2017，（10）：235.

[5]韓寧.云桌面技術在高校信息化建設及教學中的應用[J].軟件導刊，2012，11（5）：105-107.

[6]彭長宇，代顯華，劉曉琴.基于云平臺的公共實踐教學平臺建設[J].實驗技術與管理，2015，32（4）：193-196.

[7]高彬.桌面云基礎下高校計算機實驗室的組建與管理[J].科技風，2018，（4）：59.

[8]閻俊，何明星，等.開放實驗室智能化管理及控制系統研究與開發[J].實驗室科學，2008，（6）：103-105.

[9]劉海寧，施浩.基于Android平臺智能手機實現實驗室管理系統[J].硅谷，2012，（06）：23-24.

[10]梅容芳，蔡百川，等.智能手機APP在物理實驗中的開發與使用[J].中學物理教學參考，2016，45（10）：56-57.