高職院校云計(jì)算課程教學(xué)方法探究

盧春光 賈亞娟

河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院現(xiàn)代信息技術(shù)學(xué)院 河南鄭州 450000

大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新興技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)各行各業(yè)產(chǎn)生了積極的影響。云計(jì)算技術(shù)及應(yīng)用的人才空缺非常大，各大院校開始重視對(duì)云計(jì)算人才的培養(yǎng)。尤其是高職院校，著重培養(yǎng)應(yīng)用型的專業(yè)技術(shù)人才，有些學(xué)校直接開設(shè)了云計(jì)算技術(shù)專業(yè)，其他則是在現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等傳統(tǒng)專業(yè)的基礎(chǔ)上增設(shè)云計(jì)算技術(shù)課程，甚至在一些如大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)應(yīng)用等新開專業(yè)也開設(shè)了云計(jì)算技術(shù)的課程。當(dāng)前，云計(jì)算教學(xué)存在設(shè)備不足或老舊，尤其是缺少應(yīng)用性等現(xiàn)象，通過本文提出的“云平臺(tái)搭建+鏡像構(gòu)建+云主機(jī)搭建應(yīng)用”的教學(xué)模式，可以幫助學(xué)生更好地理解掌握云計(jì)算技術(shù)，有效提高課程教學(xué)效果。

1 教學(xué)現(xiàn)狀分析

目前，高職院校開設(shè)的云計(jì)算技術(shù)課程，采用的方式不盡相同。王勃等人[1]提出以“亞馬遜AWS”為基礎(chǔ)進(jìn)行課程建設(shè)，從參與式課堂和開放式考核到混合式教學(xué)進(jìn)行了一定的研究。王湘渝等人[2]提出從實(shí)訓(xùn)環(huán)境配置到云計(jì)算平臺(tái)各個(gè)模塊安裝及運(yùn)維的實(shí)踐教學(xué)。徐培鏇等人[3]提出從教學(xué)設(shè)計(jì)到學(xué)習(xí)任務(wù)、教學(xué)活動(dòng)及效果等方面進(jìn)行教學(xué)研究探索。易海博等人[4]提出通過學(xué)生自學(xué)、情境設(shè)置、講解點(diǎn)評(píng)的方式進(jìn)行“OpenStack云平臺(tái)的部署和管理”項(xiàng)目式教學(xué)改革與實(shí)踐。喻香[5]提出通過提前部署OpenStack的Horizon模塊，基于WEB界面的可視化方式進(jìn)行課程的實(shí)踐與探索。劉志才[6]提出通過理論結(jié)合實(shí)踐，以手工配置的方式進(jìn)行云計(jì)算平臺(tái)搭建的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)方法。多數(shù)高校基于開源的OpenStack平臺(tái)進(jìn)行授課，課程注重了理論聯(lián)系實(shí)踐、學(xué)生參與等，但是大部分課程僅涉及云計(jì)算平臺(tái)搭建和組件運(yùn)維，沒有具體的應(yīng)用實(shí)踐，這就造成了很多高職學(xué)生學(xué)習(xí)了課程，卻不知道如何在工作中應(yīng)用的情況。高職學(xué)生本身自學(xué)能力較差，需要教師手把手的指導(dǎo)，本文提出從云計(jì)算平臺(tái)搭建到云主機(jī)搭建應(yīng)用的教學(xué)模式，使學(xué)生能夠清晰地了解云計(jì)算的具體應(yīng)用，對(duì)于提高學(xué)生的專業(yè)技能具有較好的效果，推動(dòng)了云計(jì)算課程教學(xué)模式的探索。

2 云計(jì)算教學(xué)模式設(shè)計(jì)

根據(jù)教學(xué)實(shí)踐和云計(jì)算行業(yè)對(duì)人才的需求，結(jié)合“全國(guó)職業(yè)院校云計(jì)算技能大賽”“1+X云計(jì)算平臺(tái)運(yùn)維與開發(fā)”職業(yè)技能證書要求，對(duì)云計(jì)算課程教學(xué)進(jìn)行了探索。本文以O(shè)penStack開源項(xiàng)目為基礎(chǔ)，提出“云平臺(tái)搭建+鏡像構(gòu)建+云主機(jī)搭建應(yīng)用”的教學(xué)模式，如下圖所示。

教學(xué)模式圖

2.1 云計(jì)算平臺(tái)搭建

云計(jì)算平臺(tái)搭建是云計(jì)算技術(shù)課程中的核心任務(wù)，OpenStack官方搭建命令比較復(fù)雜，對(duì)學(xué)生的能力要求較高，而筆者所教的高職學(xué)生整體學(xué)習(xí)能力差，遇到問題解決起來很困難。因此在進(jìn)行任務(wù)設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮到學(xué)生的自身特點(diǎn)，降低學(xué)習(xí)難度，采用兩種搭建方式：?jiǎn)喂?jié)點(diǎn)在線搭建和雙節(jié)點(diǎn)離線搭建。

單節(jié)點(diǎn)在線搭建云平臺(tái)，需要滿足以下教學(xué)條件：每個(gè)學(xué)生一臺(tái)主機(jī)(安裝CentOS7虛擬機(jī))，內(nèi)存4G以上，雙核CPU，連接互聯(lián)網(wǎng)。這種搭建方式，學(xué)生只需要掌握基礎(chǔ)的一些Linux的操作命令即可操作，基礎(chǔ)操作命令包括：修改主機(jī)名、修改hosts文件、關(guān)閉防火墻并禁止開機(jī)啟動(dòng)、關(guān)閉NetworkManager并禁止開機(jī)啟動(dòng)、修改Selinux配置文件SELINUX=disabled。具體的部署過程需要幾個(gè)簡(jiǎn)單的步驟：(1)安裝rdo；(2)安裝OpenStack源；(3)安裝packstack工具；(4)通過packstack命令生成模版文件；(5)使用packstack命令進(jìn)行部署測(cè)試。從以上步驟可以看到，采用單節(jié)點(diǎn)在線搭建云平臺(tái)的方法步驟較少，整個(gè)部署過程大約20～30分鐘，學(xué)生完全可以在一節(jié)課完成，學(xué)生通過登錄web端可以快速地體驗(yàn)云平臺(tái)，能夠極大地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)成就感，使學(xué)生對(duì)課程產(chǎn)生濃厚的興趣。

為了使課程內(nèi)容緊貼全國(guó)職業(yè)院校職業(yè)技能大賽，增加了雙節(jié)點(diǎn)搭建的任務(wù)。采用雙節(jié)點(diǎn)搭建，需要的虛擬機(jī)數(shù)量相比單節(jié)點(diǎn)增加了一倍，鑒于實(shí)訓(xùn)室現(xiàn)有的實(shí)訓(xùn)條件，將所有學(xué)生進(jìn)行2人一組分組，其中一人操作controller節(jié)點(diǎn)，另一人操作compute節(jié)點(diǎn)，通過這種方式也可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力。雙節(jié)點(diǎn)搭建的基礎(chǔ)操作命令跟單節(jié)點(diǎn)相似，需要注意的是，雙節(jié)點(diǎn)離線搭建需要配置本地的yum文件，內(nèi)容如下：

[centos]

name=centos

baseurl=ftp：//10.10.39.100/centos7

gpgcheck=0

enabled=1

[iaas]

name=iaas

baseurl=ftp：//10.10.39.100/iaas/iaas-repo

gpgcheck=0

enabled=1

在配置文件中需要修改安裝的controller節(jié)點(diǎn)和compute節(jié)點(diǎn)的IP地址、數(shù)據(jù)庫(kù)和各個(gè)組件的安裝密碼等，主要安裝步驟如下：(1)controller節(jié)點(diǎn)安裝mysql服務(wù);(2)controller節(jié)點(diǎn)安裝keystone服務(wù)；(3)controller節(jié)點(diǎn)安裝glance服務(wù)；(4)controller節(jié)點(diǎn)和compute節(jié)點(diǎn)安裝Nova服務(wù)；(5)controller節(jié)點(diǎn)和compute節(jié)點(diǎn)安裝neutron服務(wù)；(6)controller節(jié)點(diǎn)安裝dashboard服務(wù)。

通過以上幾個(gè)主要步驟的操作，就可以在瀏覽器中訪問web，體驗(yàn)云平臺(tái)，整個(gè)安裝過程大約需要30分鐘。這兩種方式過程比較簡(jiǎn)單，學(xué)生可以較好地掌握云平臺(tái)搭建任務(wù)。

2.2 鏡像構(gòu)建

在搭建云計(jì)算平臺(tái)的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)行各個(gè)組件的運(yùn)維操作，通過這部分的學(xué)習(xí)可以使學(xué)生對(duì)云計(jì)算技術(shù)有一個(gè)深入的了解。在鏡像服務(wù)中，鏡像構(gòu)建是一項(xiàng)重要內(nèi)容，學(xué)者對(duì)于此項(xiàng)內(nèi)容的研究較少。鏡像是創(chuàng)建云主機(jī)的基礎(chǔ)，在課程教學(xué)中可以直接提供官方的鏡像供學(xué)生使用，例如cirros-0.5.0-x86_64-disk.img、CentOS-7-x86_64-GenericCloud.qcow2等。使用這些官方鏡像創(chuàng)建的云主機(jī)都是相同的，需要使用的人員需要單獨(dú)在各自的云主機(jī)上安裝不同的軟件。作為云計(jì)算專業(yè)技術(shù)人員，還需要能夠?qū)︾R像進(jìn)行定制，以滿足不同人群的需求，筆者在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)時(shí)增加了對(duì)鏡像進(jìn)行構(gòu)建的環(huán)節(jié)。這里分為兩大類：Window鏡像和Linux鏡像，其中Window鏡像(這里以Windows7為例)的制作步驟如下：

(1)環(huán)境準(zhǔn)備;

(2)創(chuàng)建一個(gè)30GB大小的磁盤鏡像：qemu-img create-f qcow2 windows7.qcow2 30G;

(3)使用virt-install命令安裝windows7鏡像：virt-install--connect qemu：///system--name Cloud_win7--ram 2048--vcpus 2--network network=default，model=virtio--disk path= windows7.qcow2，format=qcow2，device=disk，bus=virtio--cdrom cn_windows_7_ultimate_x64_dvd_x15-66043.iso--disk path=/opt/tool/virtio-win-0.1-52.iso，device=cdrom--os-type windows--os-variant win7--graphics vnc，listen=0.0.0.0，port=5902。

接下來，在本地通過VNC連接虛擬機(jī)進(jìn)行操作系統(tǒng)的安裝，操作系統(tǒng)安裝完成后，可以根據(jù)需求安裝例如QQ、微信、釘釘、Office等辦公軟件，安裝好后關(guān)閉虛擬機(jī)，即可完成Windows7鏡像的制作。使用glance命令“glance image-create--name Cloud_win7--disk-format qcow2--container-format bare--progress

Linux鏡像構(gòu)建以開發(fā)運(yùn)維人員最常用的CentOS7鏡像為例，其安裝步驟跟Windows7鏡像相似，主要的區(qū)別在于virt-install命令不同：virt-install--name Cloud_Centos7--ram 1024--vcpus 1--disk path=Cloud_Centos7.qcow2--network network=default，model=virtio--arch=x86_64--os-type=linux--os-variant=rhel7--graphics vnc，port=5910--cdrom CentOS-7-x86_64-DVD-1511.iso--boot cdrom。

完成系統(tǒng)安裝后，也可以安裝例如eclispe等工具，關(guān)閉虛擬機(jī)完成CentOS7鏡像的制作。

通過構(gòu)建自定義鏡像并創(chuàng)建云主機(jī)，可以使學(xué)生更加清楚實(shí)訓(xùn)室的云機(jī)房部署的原理和機(jī)制，能夠加深對(duì)云計(jì)算的理解。

2.3 云主機(jī)搭建應(yīng)用

通過前面的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)云平臺(tái)搭建、鏡像構(gòu)建及云主機(jī)創(chuàng)建有了深入的了解，接下來需要解決的問題是云主機(jī)的應(yīng)用。筆者在教學(xué)過程中，結(jié)合“1+X云計(jì)算平臺(tái)運(yùn)維與開發(fā)”職業(yè)技能要求，設(shè)計(jì)云主機(jī)搭建應(yīng)用的環(huán)節(jié)：LNMP+WordPress搭建博客網(wǎng)站。部署過程為：(1)LNMP環(huán)境搭建，這里通過LNMP一鍵安裝包進(jìn)行安裝；(2)WordPress搭建，包含環(huán)境配置及WordPress安裝，其中WordPress配置文件需要設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)用戶名、密碼等信息，內(nèi)容如下所示：

/** WordPress數(shù)據(jù)庫(kù)的名稱 */

define('DB_NAME'，'wordpress')；

/** MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)用戶名 */

define('DB_USER'，'root')；

/** MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)密碼 */

define('DB_PASSWORD'，'123456')；

/** MySQL主機(jī) */

define('DB_HOST'，'127.0.0.1')；

部署完成后，可以通過瀏覽器登錄博客網(wǎng)站，進(jìn)行發(fā)表博客等操作。通過博客網(wǎng)站的搭建，可以使學(xué)生認(rèn)識(shí)到云主機(jī)的具體的應(yīng)用，使學(xué)生更加深入地掌握云計(jì)算技術(shù)。

結(jié)語

本文以筆者的教學(xué)實(shí)踐分析了高職院校云計(jì)算課程的教學(xué)方法，提出了“云平臺(tái)搭建+鏡像構(gòu)建+云主機(jī)搭建應(yīng)用”課程教學(xué)方法。通過一條主線貫穿云計(jì)算課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生不僅能夠搭建云平臺(tái)，掌握鏡像的構(gòu)建方法，而且能夠通過云主機(jī)搭建應(yīng)用。學(xué)習(xí)過程循序漸進(jìn)，使學(xué)生清晰地理解什么是云計(jì)算、如何做、可以用來做什么，提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和學(xué)習(xí)效果。同時(shí)，對(duì)于提升課堂效果、探究新的教學(xué)模式起到了積極的推動(dòng)作用。