基于混合云的多功能实验室构建及应用

黄劲，黄媛，聂琳

（1.中山大学公共实验教学中心，广州510006；2.香港中文大学工程学院）

基于混合云的多功能实验室构建及应用

黄劲1，黄媛2，聂琳1

（1.中山大学公共实验教学中心，广州510006；2.香港中文大学工程学院）

在传统语音室的全数字化改造过程中，利用云技术，构建出新一代的云环境全数字语言实验室，实现多室合一功能。通过开放式的云实验大平台应用，不仅能在云环境全数字语言实验室上开展各类情景化的语言教学，而且还能进行多样式实验教学环境的虚拟仿真，进一步拓宽实验室多功能应用的实验教学空间。

云技术；数字语言实验室；虚拟仿真；多室合一

0 引言

数字化、网络化的发展，以及云计算技术的广泛应用，为传统实验室升级改造带来了新的契机。结合传统语音实验室的升级改造，把过去单一语言教学功能的语音室，改造成为具有多室合一功能的云环境全数字语言实验室，这将成为语言实验室升级改造的一个新方向。全数字化的语言实验室，真正实现了从专用型硬件设备方式，向通用型硬件设备方式的转变；从模拟、半数字化方式，向全数字化方式转变。这种第三代的纯软件数字语言实验室，正在逐步取代第二代的半数字化语言实验室，成为当今语音实验室建设改造的主流，也将为课程教学改革打下良好的环境基础。

1 全数字化语言实验室的构建

随着计算机技术和数字视音频技术的发展，在通用计算机设备上运行纯软件的方式，实现数字语言实验室功能已成为现实，并将成为主流技术逐步推广普及。目前，能够实现数字语言实验室功能的纯软件，且性价比高的产品仍为数不多。经过对多家全数字语言实验室产品的综合评测，从中筛选教学功能丰富、使用简单方便、兼容性好、适用性广、性价比高的卓软全数字语言实验室软件，作为我们新一代语言实验室升级改造的优选产品。

全数字语言实验室的系统设备全部采用通用型硬件，改变了过去传统语音室需要在教师端和学生端使用专用配套硬件设备的方式，甚至还需要使用专门信号传输硬件设备。这样，可大大提高系统设备的选择性，降低系统设备维护的难度，减少实验室建设和管理的成本。使用专用硬件设备的语音室，十分依赖于厂家的支持，使用时间长久以后，设备维修和更换非常麻烦，且费用高，升级改造困难，这将直接影响到课堂教学的使用效果。

1.1 系统硬件的组成

采用基于云环境下的主从工作站结构，教师端和学生端均使用通用型计算机工作站设备。学生端工作站既可使用瘦终端设备（如升腾C30）方式，也可以使用强壮客户端设备（如DELL Optiplex 3025或HP ProOne 480 G2的一体机）来进行配置。实验室内组成千兆网络，网络接入交换机采用3台24口千兆智能交换机（H3C S5024PV2-EI）进行级联层叠，可支持近60个节点的工作站联网，并发使用。

1.2 系统软件的部署

全数字语言教学系统采用了纯软件的卓软全数字语言实验室软件，并以本地安装方式进行部署，还可以使用云服务的部署方式来建立全数字语言实验室系统。使用本地部署方式，可节省大量的云资源，提高全数字语言实验室系统的运行速度和效率，系统使用起来更加简便、高效和稳定。卓软公司的全数字语言实验室系统，现有V3.0 2015超值版和V3.0 2016专业版两种软件版本，专业版具有更完整的外语专业教学功能。

1.3 全数字语言实验室软件的功能

卓软全数字语言实验室软件能够在教师端上，集中控制学生端的设备开/关、屏幕的显示/广播/黑屏、声音广播的开/关等，能够开放学生端的上网和自主学习使用，以及实现文件资源分发/收集。还能够实现语言教学的授课广播、全体录音、学生举手发言、分组讨论等功能，以及具有口语、听力、听写、情景训练，以及口语考试等外语教学的专业功能。专业版还增加了同声传译训练等教学功能。

2 云环境全数字语言实验室的云实验平台

在全数字语言实验室中，引入云计算的虚拟化技术，不仅能够解决语言教学中，教学环境多样化、复杂化的问题，还能够在多室合一功能应用中，实现各种课程教学实验环境的虚拟化仿真。云桌面式的虚拟化教学环境应用，进一步拓宽了课堂教学实验环境的空间，既可以满足新（高）版本环境的使用，也可以适应旧（低）版本环境的使用需要。结合了开放云存储等功能的云实验平台，还可以为语言教学之外的实验教学课程，提供全方位的多功能服务支持。

图1 实例：数字语言实验室的云实验平台示意图

校区云实验平台利用了校园网络条件，通过云计算数据中心来构建、部署和管理各种课程实验教学环境的虚拟化仿真应用。云实验平台采用混合云结构，根据不同课程使用的实际情况和具体要求，可选用私有云方式，或者公有云方式来应用，以适应实验室内外不同教学环境的使用需要。混合云还可以是多种云服务系统的综合应用，既可以使用云晫（Vinzor）云服务、也可以使用VMware云等其他云服务，以满足各种课程教学环境仿真兼容性的使用需要。

我们使用的云实验平台，以国内自主研发的云晫（Vinzor）云服务系统为主，其他云服务系统为辅，不仅能满足计算机类课程教学应用，还能适应多媒体类课程仿真实验教学环境应用。云晫（Vinzor）云服务系统主要功能包括：能够按照课程表进行云桌面资源池建立和任务调度；云桌面（含课程、固定2种桌面）的快照制作；课室、课程的一键式部署和线性扩容；多平台终端支持和管理；云数据中心运行监控；数据存储与备份等云应用服务的教学功能。

图2 云晫（Vinzor）云实验平台的管理系统

3 云环境全数字语言实验室的课程教学应用

云环境全数字语言实验室教学应用，一方面是在外语课程上的课堂教学使用，新建系统环境，不仅能够直接开展多媒体情境化的语言教学，还能够通过云桌面的虚拟化仿真环境，满足各种特定环境下的外语课程教学使用，如解决Office2003低版本PPT电子教案在高版本环境下不能播放链接视音频等问题；另一方面是在外语课程之外，其他课程上的课堂教学应用，可利用云实验平台，在教师端和学生端的云端，进行各种课程教学环境的虚拟化仿真。云终端的建立，只需要在通用计算机上复制云客户端软件包，并运行启动即可。或者，也可以采用云浏览器端访问方式来使用。

此外，我们还进一步开展了外语课程外的示范性课程教学改革实践。通过选择数字媒体技术类的《电子音乐合成技术与应用》课程和程序设计类的《ASP.NET动态网站开发实践》课程，作为典型课程案例，进行了云环境下的示范性课程教学改革具体实践。利用大学城校区的云实验平台，把这2门课程的教学环境，不仅部署到云环境全数字语言实验室中，进行课堂教学使用，而且还以云课程桌面的形式，把课程教学实验环境推送到实验室之外，供学生课外自行建立云端共享使用。这样可使课程学习的学生，能够在校园内，随时、随地进行课程的自主学习和实训，保证学生在课外的实践环境与课堂教学环境一致。结合课程教学需要，还可以使用云实验平台的云存储功能，为学生配置一定容量的云存储空间（一般为8G），以方便学生能够把课程实验教学过程的工程文件、临时文件和数据保存起来，日后继续进行修改编辑使用。

利用校园网络环境，通过开放式混合云的实验平台应用，课程任课教师还能够在异地的各校区，使用课程的云固定桌面和管理系统，进行课程教学环境的自行搭建、部署和管理。并把部署好的课程教学环境，以云课程桌面方式，推送到校区实验室内外的云端使用。这样，将极大地方便了教师进行课程教学设计，以及对教学资源整合。课程云桌面资源的控制开放，主要根据课程教学进度和课程表安排，由云实验平台管理系统进行动态配置和调度，并集中管理。课程教学时间以外，不需要使用的云桌面资源，将由云管理系统控制统一回收，以减少不必要的云服务资源开销。

4 多功能实验室构建和应用中，几个值得注意的问题

在云环境全数字语言实验室建设和应用中，结合我们对课程教学改革具体实践的经验和体会，我们认为云环境下的多功能实验室具有其自身特点，在实际教学使用过程中，应在以下几个方面上引起关注和重视。

4.1 虚拟化技术应用能满足多环境课程教学的需要，集中控制管理方便灵活

虽然新建系统使用了新版本的计算机系统软件，能满足大部分课程教学环境的使用需要，但并不能覆盖所有教学环境的应用。在实际使用中，总会有一些课程教学环境无法适用，所以，云环境下虚拟桌面应用能够很好地满足外语课程各种教学环境的使用需要，同时还能满足外语课程之外，其他课程的多样化教学环境使用需要。且云部署的教学环境，自行搭建，动态管理，集中维护，非常灵活方便。

4.2 开放式混合云的实验平台能更好适应多校区、多环境下的应用

开放式混合云的实验大平台，不仅能够把教师教学和学生学习的环境推送到实验室云端上使用，而且还能够在课余之时，推送到实验室以外的校内云端上使用，甚至在异地的校内移动云端上使用。结合云盘功能等云服务应用，实验教学使用效果更佳。至于云实验大平台的构建和使用，资源的分配和管理，这是一个云应用的策略和规划问题，还涉及到云服务数据中心的系统搭建、设备配置、成本投入和使用授权等问题。

4.3 虚拟化技术的 VDI和 VOI应用，为实验室教学环境部署带来更大的方便性和灵活性

根据不同课程教学环境的运行使用需要，可在实验室内选用VDI或VOI方式来部署各种不同的实验教学环境。对于多媒体技术类课程的实验教学环境，更适合使用VOI方式推送环境到强壮终端，然后利用本地终端资源来计算及处理图形密集型应用，如音视频、大型设计及工业软件等，还可支持各类计算机外部辅助设备应用。这将大大降低对网络和服务器的依赖性，即使网络中断或服务器宕机，终端仍可继续工作。数据可采用集中云存储，也可使用终端本地存储，且终端应用数据不会因网络或服务端故障而丢失。

4.4 云实验平台应用与课程教学网站有机结合，有利于提高课程教学质量和效果

在课程教学过程中，特别是实践性课程的教学上，把云实验平台应用与课程教学网站使用有机整合起来，将有利于学生随时、随地进行开放式自主学习。利用云课程桌面推送的虚拟化教学环境，更好地保证了教学环境使用的一致性，尤其是学生在课堂以外开展课程实践所需要获得的教学环境。云存储等云服务功能应用，也方便了学生把课程教学实验过程中的文件和数据保存起来，为课程教学实践带来了便利。总体上，云服务应用对课程教学质量和效果的提高，起到了积极的作用。

5 结语

云环境全数字语言实验室的出现，乃是计算机应用技术与数字媒体技术有机结合的必然产物，也将是未来数字语言实验室向多功能实验室建设改造的一个发展方向。通过云计算技术的应用，能够在数字语言实验室中，更好地实现多室合一功能。把数字语言实验室教学功能融入到多室合一的实验室功能中，这是一种构建多功能实验室应用的最佳技术解决方案。虽然，我们在新一代全数字语言实验室建设改造中积累了不少经验，对特色实践性课程教学改革也有一定基础，但由于受市场发展和个人能力的局限性，同时计算机技术发展的突飞猛进，使我们仍然存在有很多未能涉足的地方，还有许多不尽人意之处。随着云环境全数字语言实验室发展，其应用越来越普及，这方面的研究和应用将变得更加深入和成熟。

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黄劲（1959-），男，广州人，硕士，工程师，研究方向为信息系统工程、数字媒体技术

Construction and Application of MultifunctionalLaboratory Based on Hybrid Cloud

HUANG Jin1，HUANG Yuan2，NIE Lin1
(1.Public Experimental Teaching Center，Sun Yat-sen University,Guangzhou 510006；2.Faculty ofEngineering ofChinese University ofHongkong）

In the process ofdigitaltransformation ofthe traditionallanguage labs,uses the cloud technology to build a new generation ofcloud environment full digital language laboratory,realizes multi-lab function integration.Through an open cloud experiment platform application,can notonly in a cloud environmenton the digitallanguage laboratory to carry outallkinds ofsituation oflanguage teaching,butalso the virtualization simulation multi-style experimentalteaching environment,further expanding the experimentteaching oflaboratory multifunctionalapplication space.

Cloud Technology;DigitalLanguage Laboratory;VirtualSimulation;Multi-Lab Integration

2016年中山大学教学改革研究基金资助项目（No.68000-18822604）

1007-1423（2017）30-0023-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.30.005

2017-09-29

2017-10-15