基于云计算的计算机实验教学平台设计

李英杰

(湖南环境生物职业技术学院医学院，湖南 衡阳 421005)

基于云计算的计算机实验教学平台设计

李英杰

(湖南环境生物职业技术学院医学院，湖南 衡阳 421005)

传统实验教学平台出现软硬件更新困难、维护成本高、安全性差以及固有资源使用效率低等多种问题，针对这种情况，研究将云计算技术应用于高校计算机实验教学平台，通过提供基础的云服务来完成教学，探究了云计算实验平台的结构和优点。

云计算技术；计算机实验平台；教学实践

1 引言

随着经济全球化趋势的发展，现代社会对人才的要求越来越高，对高素质、全方面发展的创新型人才的需求量不断增加。现代教育改革中，要想培养创新型人才，不仅要创新教学内容，还要重视基础设施的建设，要全面提高教学的软性条件以及硬性条件。目前，在计算机类实验教学中，要注重云计算技术的应用，重视计算机实验教学平台的建设。实践证明，将云计算实验教学平台应用到高校计算机教学中，能够提高教学质量，提高教学效率，有效解决教学中的问题。

2 传统计算类实验教学平台的应用问题

2.1 单机模式平台建设问题

目前高校的计算机实验平台的建设，一般都是单机模式，这种模式一旦出现病毒入侵，会造成系统瘫痪，后期的维护较难实现，尤其是随着计算机硬件的发展，高校在更新计算机硬件时，成本较高；另外，为了满足教学的需求，在单机上会安装很多的教学软件，加重计算机系统的负担，当计算机负荷达到一定程度时，系统容易崩溃。

2.2 计算机教室管理问题

计算机教室管理的主要问题是计算机日常维护、修理的工作量较大，一旦计算机出现系统问题，则要进行系统重组或者是进行系统更新，花费的时间较长，即使在课上进行同传，一般耗费的时间也达到4-5小时，加之网络环境的不稳定，同传一次到位的概率较小，一般都要进行2至3次的同传工作，反复的操作加大了管理人员的工作量。此外，还有计算机系统升级的问题，每台计算机都要按照多套操作系统，并且由于安装程序不同，容易出现安装混乱的情况。

2.3 病毒侵害问题

计算机容易遭受病毒侵害，一旦出现病毒，计算机系统则会全面崩溃。高校计算机在安全防护上，一般使用各种防毒软件，但软件只能够防止简单的病毒，有些病毒无法有效防护，通过建设防火墙的方法，效果一般。在计算机遭受病毒后，一般会使用还原卡，但还原卡会影响系统的存储作用，例如使一些学习资料被清空，影响学生的学习；此外，移动硬盘也是病毒入侵计算机的主要传播途径，实际上很多学生在使用移动硬盘保存资料时，也将病毒带入计算机，对计算机的安全造成较大的威胁。

2.4 计算机软件应用问题

计算机软件问题主要是软件种类多、更新缓慢。由于教师在进行教学时，一般会使用多种教学软件，有些软件使用频率较高，有些则较低，软件的下载占用大量的空间，严重影响计算机的流畅度；随着软件更新换代的时间越来越短，新软件的容量越来越大，下载时间也越来越长，严重消耗时间；此外，部分软件更新后，还原卡对有些插件不兼容，造成软件不能安装的问题。

3 基于云计算的计算机实验教学平台的优点

在计算机类实验教学平台的建设中，应用云计算技术，可有效提高平台的应用效率，同时也能改善现代计算机教育教学的形式，提高教学效果。相比传统的计算机实验教学平台，基于云计算的计算机实验教学平台具有以下几方面的优势：

3.1 成本低

云计算技术的应用，有效降低了计算机实验教学平台的维护、管理的成本，同时也能够减少系统安装的时间。一般来说，计算机实验教学平台在系统安装上都要花费几小时或者更长时间，云计算技术的应用能够缩短时间，例如在资料发布上，可以在几分钟内就能将所有的资料传输到实验平台的任何地方，远远缩短了传输时间。另外，云计算系统对计算机客户端的性能要求较低，高校的实验教学平台基本都能满足要求。

3.2 安全性能高

云计算应用在计算机实验教学平台上，安全性较高。通过云计算系统来进行客户端体检，能够有效减少人力、物力的投入，也能够提高系统软件的安全性；并且云计算技术应用在实验教学平台上，能够提高数据的安全性，能够更加全面、更加彻底地检查出客户端的问题，并及时进行各种维护。当计算机软件出现故障或系统瘫痪时，云实验平台可以让系统快速返回原始状态，大大降低由于系统崩溃造成的损失。

3.3 实用性强

传统的实验教学平台比较固定，而云计算实验教学平台能够打破空间的限制，实验过程可以多人并行、相互隔离，能够扩大运行空间；它能够扩大实验教学平台的存储空间，扩大设备空间，降低计算机超负荷的效率；可以通过合理模拟真实网络和复杂网络运行情景，模拟现代计算软件的运行流程；能减少实验教师的重复性劳动，对学生的学习过程进行监督，能够提高学生的学习兴趣。

4 云计算技术下的计算机实验教学平台结构

4.1 平台结构组成

云计算是一种基于互联网的服务模式，通过互联网提供动态易扩展的虚拟化资源，这种模式为现代网络提供更大的访问空间，能够更好地进行计算机资源的共享，并且资源的获取速度相对较快，在简单的管理中，能够与服务供应商进行更好的交互。

云计算技术下的计算实验平台结构主要包括两方面的内容，分别是云服务与云管理。云服务包括基础设施及服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）。IaaS向用户提供物理机、虚拟机、存储设备、网络设备、安全设备等基本计算资源；PaaS为用户提供包括操作系统、数据库、语言运行环境、Web服务器等软件研发的平台；SaaS则是通过租用软件的方式来获得相关的应用。而云管理包括用户管理、课程管理、实验管理、帐户管理、模块管理、快照管理、系统管理等板块内容。

4.2 平台的运转

客户端在初次启动时，服务器会自动将系统数据推送到客户端硬盘上。客户机硬盘会通过标记从服务器接收到的数据和用户在使用过程中自行创建的数据，形成高速缓存。以后客户机每次启动，通过高速缓存和少量来自服务器的读写数据形成启动数据，保证了用户体验和原来的单机模式完全一致。通过虚拟桌面服务器管理技术，基于云计算的计算实验平台根据用户登陆的不同账户，会自动按需为客户机分配私有的操作系统、应用程序和桌面环境。可以为不同班级、不同学生推送个性化需求。

4.3 平台前端功能模块

在实际运行中，云计算后端应用Cloudstack API为前端提供服务。实验教学平台的运行系统主要是对前端功能进行分析，云实验平台的前端功能如图1所示。

图1 平台前端功能模块示意图

相比较传统的实验平台，云计算技术的应用能够扩展实验教学平台的应用效率。除了基本的物理设备外，对网络架构和操作系统也采用了网络虚拟化技术，保证实验环境和实验内容可定制，并且支持实验过程可视化，实验可恢复。同时，云计算实验教学平台主要应用隔离模式，使平台的实验项目各自独立。在云计算实验平台前端功能的建设上，可以看到除了用户界面外，还有课程库、实验库以及管理接口等模块，根据教学群体来进行划分，一般划分为学生业务模块、教师业务模块以及管理员业务模块，不同的模块包含不同的内容，让学生、教师能够灵活地应用计算机实验教学平台。

5 结语

针对传统实验教学平台存在的问题，将云计算技术应用到实验教学平台，全面降低了建设总成本，提高了计算机的安全性以及存储空间，同时云计算实验教学平台打破了传统实验室的有形限制，不仅为学生提供开放式的实验环境，而且促进了教学资源共享，具有广阔的发展和应用前景。

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Design of the Computer Experiment Teaching Platform Based on Cloud Computing

Li Yingjie
(Hunan University of Environment and Biology,Hengyang 421005,Hunan)

The traditional experimental teaching platform has problems of hardware and software update difficulty,high maintenance cost,poor safety and low efficiency of resource usage.In view of this situation,this paper researches on the application of cloud computing technology in the experiment teaching platform,by providing basic cloud services to complete the teaching,and explores the structure and advantages of cloud computing platform.

cloud computing technology;computer experiment platform;teaching practice

TP391

A

1008-6609(2017)03-0072-03

李英杰（1976-），男，湖南湘乡人，硕士，讲师，研究方向为计算机网络安全。