淺談大數(shù)據(jù)時代高校計算機實驗室建設的變革

王濤

摘要：在大數(shù)據(jù)時代下，計算機實驗室建設已經(jīng)成為高校管理的重要組成部分。本文在詳細了解高校大數(shù)據(jù)計算機實驗室建設需求的基礎上，提出了實驗室建設方案，包括物聯(lián)網(wǎng)體系建設、打造智慧計算機實驗室等，最后對實驗室管理方案進行解讀，希望為全面提高計算機實驗室建設能力奠定基礎。

關鍵詞：大數(shù)據(jù);高校;計算機實驗室;物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：TP393? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）13-0155-02

現(xiàn)階段大數(shù)據(jù)技術的應用與推廣已經(jīng)成為不可阻擋的趨勢，在這一背景下，高校應該主動順應信息技術發(fā)展潮流，實現(xiàn)實驗、科研以及教學的結(jié)合，在彰顯大數(shù)據(jù)技術優(yōu)勢的基礎上，探索新的工作模式，這樣才能更好地適應未來教育需求。其中計算機實驗室作為高校信息化改革的前沿陣地，更應該把握大數(shù)據(jù)技術的發(fā)展趨勢并進行創(chuàng)新發(fā)展，最終更好地服務高校師生。

1 大數(shù)據(jù)背景下高校計算機實驗室建設需求分析

1.1 傳統(tǒng)計算機實驗室現(xiàn)狀

目前在信息技術快速發(fā)展的情況下，各地高校紛紛立足于信息化技術制定了信息化教學方案，確保在計算機實驗室內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)教育資源的共享。但是在實施階段還存在一定的不足，主要表現(xiàn)為以下幾方面：1）實驗室所采購的電腦硬件設施在性能上存在差異，部分實驗室的設備陳舊，性能不滿足當前教育教學需求;2）高校的計算機實驗室承擔了全校的計算機公共課程，因此相關設備的利用率高，而在高利用率下，設備的損毀率長期保持較高水平;3）部分學生的網(wǎng)絡安全知識匱乏，在計算機實驗室內(nèi)經(jīng)常會使用移動硬盤、U盤等設備，而這些設備存在被病毒感染的風險，而導致電腦中毒，嚴重時可能發(fā)展為局域網(wǎng)中毒，導致計算機實驗室運行癱瘓[1]。

1.2 大數(shù)據(jù)技術可進一步強化計算機實驗室的功能

從功能定位上來看，高校計算機實驗室要滿足日常教育的需要，而隨著大數(shù)據(jù)技術的進一步推廣，計算機實驗室需要在數(shù)字化資源共享的基礎上進一步提高各類數(shù)據(jù)資源的管理能力，通過通信技術、云計算等方法，構建良好的實驗室環(huán)境，使計算機實驗室的功能更加強大。因此在大數(shù)據(jù)技術的支持下，計算機實驗室應該具備以下功能：

1）能夠完成數(shù)據(jù)的快速處理、分析與編輯等功能，在數(shù)據(jù)處理期間能夠通過服務集群的方法，在大數(shù)據(jù)的支持下實現(xiàn)專項項目管理，提高管理效率;2）計算機實驗室在大數(shù)據(jù)技術的支持下，可以為全體師生提供針對性服務，包括基于大數(shù)據(jù)的實驗資源、數(shù)據(jù)處理平臺等;也能創(chuàng)設不同的實驗環(huán)境，滿足不同的實驗處理需求;3）大數(shù)據(jù)下，計算機實驗室能夠圍繞計算機教育要求，實現(xiàn)不同課程之間的結(jié)合，最終全面強化實驗室服務能力，滿足高校教育需求;相關智能化技術的出現(xiàn)，使大數(shù)據(jù)技術的融合更加緊迫[2]。

2 大數(shù)據(jù)背景下高校計算機實驗室的建設方案

2.1 建設方案的總體框架

在總體框架的設計上，根據(jù)大數(shù)據(jù)的技術要求，相關人員在計算機實驗室建設中應該兼顧可靠、開放、可拓展等功能，進一步提高實驗室的服務能力，所以為了能夠更好地適應未來計算機實驗室的教育需求，本文所設計的整體框架應該包括以下幾方面內(nèi)容：

1）核心數(shù)據(jù)中心。核心數(shù)據(jù)中心用于存儲大數(shù)據(jù)下高校計算機實驗室的相關數(shù)據(jù)，是整個系統(tǒng)的核心，對其他功能的實現(xiàn)產(chǎn)生直接影響。

2）智慧計算機實驗室。實現(xiàn)智能化技術與大數(shù)據(jù)技術的結(jié)合，能夠?qū)τ嬎銠C實驗室的日常運行情況進行資料統(tǒng)計，并完成項目管理、任務管理等個性化職能。

3）物聯(lián)網(wǎng)體系建設。是指對實驗室內(nèi)計算機、網(wǎng)絡設備、存儲設備的統(tǒng)一管理，通過構建物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構，實現(xiàn)對相關設備的集成化管理。

通過對上述三方面內(nèi)容的重點規(guī)劃，能夠使高校計算機實驗室的建設方案更加合理，不僅能夠充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)技術的優(yōu)勢，能夠提高資源調(diào)配水平，保證相關設備的使用效率，為實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享奠定基礎，因此能夠更好地滿足未來高校計算機教育需求。

2.2 核心數(shù)據(jù)中心建設

為適應大數(shù)據(jù)技術的技術要求，核心數(shù)據(jù)中心是整個計算機實驗室的“心臟”，其功能對于實驗室功能以及大數(shù)據(jù)管理水平產(chǎn)生直接影響。所以在實驗室建設中，應該重點包括實驗室通用服務器、教育資源服務器、實訓服務器等內(nèi)容，由若干個具有高性能的服務器組成。在技術應用環(huán)境，通過服務器虛擬化技術構建資源池，該資源池的主要功能是提供動態(tài)分配功能，能夠為計算機實驗室提供各類虛擬服務以及托管服務等，并能夠集成各種個性化功能，是未來高校計算機實驗室發(fā)展的必然趨勢。

在核心數(shù)據(jù)庫中心建設中，該數(shù)據(jù)庫的結(jié)構分為：底層為物理服務器，能夠提供存儲、計算等功能，使服務器虛擬技術可以構建虛擬資源池，以滿足個性化應用要求。上層為個性化功能模塊，包括通用公共實驗室、教學資源-實訓平臺、學科重點實驗室等，該實驗室不同功能的界定如表1所示。

2.3 智慧計算機實驗室的構建

大數(shù)據(jù)技術具有更強的數(shù)據(jù)處理能力，使智慧計算機實驗室建設成為可能，為現(xiàn)階段多數(shù)學者研究認為，智慧實驗室是未來計算機實驗室發(fā)展的必然方向，而實驗室作為高校教育體系中的重要組成部分，承擔著高校計算機的公共教學等基本任務要求，是提高學生計算機操作能力的關鍵[3]。通過大數(shù)據(jù)的支持，智慧計算機實驗室能夠形成規(guī)范數(shù)據(jù)，在提高相關設備使用效率的基礎上，完善實驗室的功能。

2.3.1 大數(shù)據(jù)互聯(lián)層建設

在計算機實驗室建設中，大數(shù)據(jù)互聯(lián)層承擔起承上啟下的作用，其中任何數(shù)據(jù)的傳遞與獲取都需要互聯(lián)網(wǎng)的支持，所以為了能夠更好地滿足該功能要求，大數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)應該承擔著預定的傳輸任務，在將相關數(shù)據(jù)匯總至數(shù)據(jù)平臺后，根據(jù)教育教學的個性化需求進行調(diào)整。例如在大數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)層上，實驗室可承擔班級安排、排課、試題、作業(yè)等多種需求。同時在非課時時間，計算機實驗室自由開放管理，能夠記錄學生的上級時間、次數(shù)等;也可以對實驗室的相關機器設備進行控制，或者提供登錄信息統(tǒng)計、狀態(tài)識別等個性化功能。

上述各類數(shù)據(jù)的來源存在明顯不同，因此其數(shù)據(jù)格式會出現(xiàn)差異，這是大數(shù)據(jù)互聯(lián)層建設中需要重點考慮的問題。所以在實驗室建設中應該對各類信息的連接進行整合，確保能夠提供大量的個性化數(shù)據(jù)，保證正常運行。例如可結(jié)合計算機實驗室的具體情況，選擇Zigee、Wi-fi、雙絞線、RS-232等連接模式。

2.3.2 大數(shù)據(jù)智慧層建設

智慧層建設已經(jīng)成為影響計算機實驗室建設的重要內(nèi)容，而其中的核心，就是智慧數(shù)據(jù)的管理中心上。例如可在大數(shù)據(jù)智慧層建設中間定義管理模塊，該模塊能夠用于自由定義中心時間編組，在預定義觸發(fā)事件以及預案組合的基礎上，自動與相關人員進行匹配，使教師可以快速了解計算機實驗室的基本情況，實現(xiàn)針對性管理。

而為了能夠彰顯大數(shù)據(jù)技術的優(yōu)勢，高校應該發(fā)揮自身作用，盡可能地規(guī)范各類數(shù)據(jù)處理過程，在實現(xiàn)全高校計算機數(shù)據(jù)匯聚的基礎上，統(tǒng)一上傳至數(shù)據(jù)中心，完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、分析等功能，最終幫助教師優(yōu)化計算機實驗室的管理過程，保證工作效率。具體而言，這個過程為：通過物聯(lián)網(wǎng)上傳計算機實驗室考勤、學生進出情況，獲得學生的出勤數(shù)據(jù)，而結(jié)合同一時間反饋的計算機實驗室內(nèi)相關設備使用情況，識別學生上課情況。同時在大數(shù)據(jù)智慧層建設中，可結(jié)合智能化管理要求，提取實驗室設備、場所以及環(huán)境等數(shù)據(jù)，使教師可以第一時間了解每個設備的運行情況，規(guī)范了實驗室內(nèi)相關設備的維護、管理過程，提高了設備管理能力[4]。最后大量數(shù)據(jù)的積累也能為計算機實驗室的綜合評估提供詳細的數(shù)據(jù)支持，這是保證實驗室正常運行的關鍵。

2.4 物聯(lián)網(wǎng)體系建設

大數(shù)據(jù)的典型特征，就是具有更強的數(shù)據(jù)編輯與處理能力，而為了能充分彰顯該技術的優(yōu)勢，本文認為需要在物聯(lián)網(wǎng)平臺的基礎上進一步完善計算機實驗室的相關功能，這是強化實驗室運行能力的關鍵。

物聯(lián)網(wǎng)平臺的建設，就是實現(xiàn)計算機實驗室的服務器、終端、云系統(tǒng)等資源虛擬化，依托物聯(lián)網(wǎng)的集成優(yōu)勢實現(xiàn)“云教學”。與傳統(tǒng)教育模式相比，“云教學”的教學氛圍更好，學生學習積極性得到保證，且資源利用率顯著提高。在此技術上，實現(xiàn)實驗室用戶的“私有云”，不僅能夠為師生提供個性化服務，也能有效減少病毒入侵等造成的損失，并保證了師生用戶的隱私。在該技術體系上，物聯(lián)網(wǎng)依靠無線互聯(lián)技術實現(xiàn)信息資料傳播，在連接制動器、控制器、傳感器等，動態(tài)捕捉計算機實驗室的相關資料，并將視頻資料以數(shù)字信號的方法做加密、傳輸后，使教師可以更好地掌握計算機實驗室基本情況。同時其他功能模塊的存在也能提供個性化服務，例如在物聯(lián)網(wǎng)平臺上增設門禁系統(tǒng)，確保實驗室安全;通過傳感器系統(tǒng)，監(jiān)測實驗室的溫度濕度變化等。總體而言，上述功能的出現(xiàn)，為計算機實驗室的集成控制與管理奠定基礎。

3 大數(shù)據(jù)下高校計算機實驗室的管理方案

考慮到大數(shù)據(jù)的特殊性，高校計算機實驗室在建設過程中應該進一步明確相關管理方案，這樣才能使實驗室建設的資源調(diào)配、課程設置、資源權限、實驗考核等結(jié)合在一起，使計算機實驗室的功能達到預期水平。所以為實現(xiàn)該目標，在計算機實驗室管理中也應該發(fā)揮大數(shù)據(jù)技術優(yōu)勢，從以下幾方面進行改進：

1）云服務平臺。在大數(shù)據(jù)下，云服務平臺能夠?qū)Ω黝悢?shù)據(jù)做識別處理，并記錄實驗室內(nèi)學生的反饋結(jié)果。例如在云服務平臺可依靠大數(shù)據(jù)技術，完成任務發(fā)布、分解、課堂測試、測試結(jié)果驗收等個性化功能，并與線下教育活動相結(jié)合，保證了師生的時間能力。

2）云計算管理平臺。該平臺的主要功能是為計算機實驗教學提供相應的數(shù)據(jù)資源與素材，在云平臺上所存儲的相關設計素材、教學案例以及數(shù)據(jù)庫等，都可以根據(jù)計算機實驗室教學進程有計劃提供，并且大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)保證了云平臺與實驗室之間的無縫對接，提高了數(shù)據(jù)庫的資源利用效率。

3）虛擬平臺。在云計算管理平臺的基礎上，通過將計算機實驗的數(shù)據(jù)以及存儲資源進行發(fā)布，依托數(shù)字化技術，實現(xiàn)實驗室物理資源向虛擬資源的轉(zhuǎn)換。其間能夠根據(jù)用戶的個性化需求，提供云桌面服務等。本文所介紹的虛擬平臺能夠支持云桌面基礎架構，使大數(shù)據(jù)資源的接入更加穩(wěn)固、有效，移動能力強，所以可以有效滿足當前高校教育工作中跨學科、跨專業(yè)之間的實驗室課程對接，提供了強力有效的技術對接。

4 結(jié)束語

在大數(shù)據(jù)技術的支持下，高校計算機實驗室建設已經(jīng)進入新的發(fā)展階段，所以為了能夠更好地適應未來高校教育需求，相關人員需要充分了解大數(shù)據(jù)技術的特征以及技術要求，在充分發(fā)掘大數(shù)據(jù)技術優(yōu)勢的基礎上，遵照預見性要求，預測未來高校計算機實驗室的教育工作需求，最終實現(xiàn)大數(shù)據(jù)技術與實驗室建設的有效結(jié)合，推動實驗室智能化發(fā)展，最終更好地服務于全校師生。

參考文獻：

[1] 裴斐，金秋.試論大數(shù)據(jù)背景下高校計算機專業(yè)實驗室建設及管理[J].創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理論研究與實踐，2020，3（12）：159-160.

[2] 段毛毛.新工科教育下計算機實驗室的建設與管理[J].電腦知識與技術，2020，16（3）：240-241，248.

[3] 俞興木.淺析云計算在高校計算機實驗室建設中的應用[J].信息記錄材料，2019，20（11）：197-198.

[4] 孔璐.在大數(shù)據(jù)背景下高校計算機專業(yè)實驗室建設及管理研究[J].農(nóng)家參謀，2019（13）：273.

【通聯(lián)編輯：唐一東】