大数据环境下高校实验教学中心的智能化建设与管理研究

贺灿卫 刘胜宗 付沙 黄丽蓉

摘要：基于传统PC机方式的实践教学模式已经无法完全满足当前教学要求，该研究利用大数据技术、云服务平台等技术手段，对高校实验教学中心的智能化建设与管理研究进行探讨，通过智能管理平台能够实现教师智能化教学模式，为学生提供多方位、多渠道的开放性实验环境，同时大大提高了实验教学中心的运行效率，实验设备的利用率，实现了实验教学中心的高效、快捷、便利的智能化管理，实现高校实验教学中心集教学资源平台搭建、智能化管理以及开放性实验室科学管理于一体的管理模式。

关键词：大数据;云服务;智能化;手机App

中图分类号：G647     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2020）15-0022-03

引言

随着中国高等教育行业信息化建设手段的广泛运用、各类教学资源信息系统的不断上线，使得高校教师教学手段创新与各高校实验教学中心的信息化建设水平捆绑相连，互相依赖，特别是经管类院校的实验教学中心（以下简称实验教学中心）大多建立基于以PC机加应用软件为主的实验环境，这就要求实验教学中心须具备较高的信息化教学手段;其次是日常的课堂实践教学课程已经不能满足学生的需求，学生更多的是自主学习、自主实验，这也对实验教学科学管理提出了更高的要求。为此，基于传统PC机方式的实践教学模式已经无法完全满足当前教学要求。本文提出大数据环境下高校实验教学中心的智能化建设与管理，一方面实现了教师智能化教学模式，另一方面为学生提供多方位、多渠道的学习方式，同时通过对实验教学中心搭建智能化管理平台，大大提高了实验教学中心的运行效率，实验设备的利用率，实现了实验教学中心的高效、快捷、便利的智能化管理。

一、国内外研究现状分析

目前国内外对实验教学中心管理的研究非常多，部分高校的实验教学中心计算机实验室开始采用虚拟云桌面管理，部分高校正在尝试利用智能手机实现实验室管理系统的搭建，但还未建成真正实现全方位智能化的管理体系。[1]谢建宁在《基于虚拟云桌面的高校计算机实验室管理》一文中指出，目前高校正利用虚拟云桌面技术对计算机实验室进行高效管理，降低实验室运维成本，提高实验教学质量，满足高校不同专业的学生对计算机技术的不同需求。还指出计算机技术的核心就是通过不断提升云技术处理能力，从而减轻用户在使用计算机技术时的负担，使用简便的处理技术经由客户端形成一个简便高效的处理终端。[2]戴磊在《云桌面技术在高校计算机实验室建设和管理中的应用》一文中详细介绍了云技术在高校计算机实验室创建与监管中的实际运用，并提出要想深入提升高校计算机的教学效率和质量，在其创建计算机实验室过程中，一定要加强运用云桌面技术，并且开展有关运作监管工作。[4]张玉英、马军等通过对各高校的实践教学示范中心进行考察分析，在《加强实验教学中心建设 提升应用型人才培养质量》一文中提出实验教学中心建设的改革与创新，一方面进行整合资源，推进实验室管理体制改革，另一方面构建新的实验教学体系和教育教学模式。[3]阎俊等人通过仔细分析高校当前教育形势，充分考虑实验室开放现状和发展趋势基础上，研制开发了一套智能系统，并在《开放实验室智能化管理及控制系统研究与开发》一文中进行详细解说，通过上位机、下位机技术实现智能化管理。[8]刘海宁、施浩在《基于Android平台智能手机实现实验室管理系统》一种重点介绍了数据库配置、智能手机的端口以及数据在端口间传输等关键技术的设计及实现过程。其中还指出智能手机实现实验室管理系统的搭建，基本满足了对开放实验室时间上的管理，大大提高了实验室利用率，同时为3G甚至将来4G网络在学校信息化建设上提供了参考。[10]梅荣芳等人在《智能手机App在物理实验中的开发与使用》一文中介绍通过借助智能手机中的QQ软件，手机成为一部高清的无线摄像头，整个实验过程被一览无遗地呈现在与电脑相连的大屏幕上，直观、鲜活的演示实验瞬间点亮了学生的探索欲望。

二、方案可行性分析

1.技术可行性：大数据环境下，云桌面操作平台已经被引入到部分高校和企业，运行效果良好。本研究通过云服务器集群优化整合实验教学资源，并對资源快速正确解析，通过云桌面及App手机软件，做到排课、选课、考勤签到、课程教学考核、课件回放、课堂教学效果反馈等一站式服务，做到实践教学中心智能化管理。

2.财务可行性：传统实践教学中心基于PC机模式，随着互联网的发展，PC机设备更新换代速度非常快，为适应社会需求，实践教学对设备的更新投入也非常大。实践教学中心智能化管理一方面减少了对PC单体机的经济投入，在电能消耗、配件耗材都有大大降低;一方面降低了教学人员在课程设计、课堂教学过程中的工作量，同时也降低了管理人员对实验教学中心设施设备维护的工作量，从而降低了人工成本;另一方面，智能化管理提高了实验教学中心的使用率及实用率，且教学效果比传统模式显著加强。

3.操作可行性：实验教学中心智能化管理平台基于云桌面与智能手机App模块，操作简单方便，在当前的社会环境下更能被易于接受。同时该管理平台的智能化管理打破了传统模式下空间限制的壁垒，让教师、学生、管理员能随时随地获取需求并实现管理。

4.风险因素及对策：传统实验教学中心的PC机有独立硬盘与操作系统，其故障率与被攻击率明显高于智能化管理平台云客户端。同时，通过对云服务器集群搭建的风险预警管理平台，不仅可以实施监控实验教学中心的运行情况，还能在故障第一时间作出反应，能高效、快速处理各种存在的风险及故障。

三、方案设计

当前实验教学中心大多是基于传统单机PC管理模式，在这种传统管理模式下，实验教学中心管理面临诸多痛点，大多存在电脑终端分散、数据离散、单点个性大、故障率高、运维效率低、日常使用不方便、管理难度大等问题，以致造成人力、物力、财力耗费大，资源浪费，教学达不到实际理想效果。本研究结合当前大数据环境下，对各实验室PC机搭建云桌面平台，实验教学中心实行智能化管理，包括从教学中心实验课程安排、教师学生打卡签到、开启云端教学模式、启用视听一体化课程课件管理、实验教学中心实现智能监控、最后完成实验教学中心智能运营评估报告。该平台的搭建为实验教学中心节省大量的人力、物力、财力，同时提高了实验教学中心设备利用率，为师生在教学过程中提供快捷、便利的服务。

本研究结合国内外诸多学者的理论研究基础，以大数据、云服务等理论为载体，搭建实验中心服務器集群、PC云桌面网络操作平台，通过对实验中心现有资源进行整合，通过利用对实验教学中心师生的现有资源进行分类加工，搭建实验教学知识管理库，按照教师-学生-实验室管理员三位一体原则，进行智能化、差别化管理，以流程为导向，以软件集成为中心的实验教学中心运维支撑平台，搭建实验教学中心智能化管理体系。实现实验教学中心实行智能化管理，对实验教学资源进行重新整合，构建智能化管理平台，为高校实验教学中心的教学资源平台搭建、智能化管理以及全开放性实验室科学管理提供了丰富的理论依据和实际操作手段。

实验教学中心智能化管理平台以数据资源重新整合分析为核心内容，通过云服务器集群对数据快速计算分析，满足云客户端对数据资源的需求。该智能化管理平台包括三大部分，实验资源信息平台、实验管理信息平台、实验教学中心风险预警管理系统。实验资源信息平台主要包括存储教师、学生、实验课程及实验设备设施、各类应用软件等相关信息，实验管理信息平台主要是对实验资源信息数据进行计算分析并输出到云客户端的计算模块，实验教学中心风险预警管理系统是保证云服务器集群从数据资源输入—计算—输出整个运行过程中的一整套监管系统，如图所示。

在智能化管理系统中，引入两大模块，一个是智能手机App，一套是云桌面操作系统（云客户端）。实验资源信息主要通过智能手机App和云桌面操作系统输入到云服务器集群，通过云服务器集群计算分析返回输出。

端口接入：

（1）在实验教学中心配置云客户端，通过云客户端登录完成应用需求。

（2）智能手机App软件，通过登陆App完成应用需求。

（3）开放全网虚拟端口，通过设置虚拟端口，教师、学生、管理员可随时随地完成应用需求。

（4）对外开放口径：在保证数据安全的前提下，云服务器集群对外云端有限开放口径，完成整合所需数据资源的需求。[9]

（5）试听一体化端口：在实验中心安装试听一体化设备，可对课堂教学有选择性进行录音拍摄，满足学生实时学习的需求。[5-7]

数据配置：

（1）智能化管理平台中的资源信息库，包括教师、学生、课程信息等可通过管理员统一数据导入，同时也可通过智能手机和云客户端进行单独的数据导入，此类信息为云服务器集群数据计算处理的基础。

（2）云服务器集群通过对外开放口径，从其他云端获取本云服务器集群所需的数据资源。

数据采集分析及计算处理：

（1）教师根据教学计划及时完成实验教学中心的教学实验预约，云服务器集群根据实验中心的课程资源，对教师的需求计划进行分析，完成教学实验预约。

（2）教学期间，学生在实践教学中心通过手机App扫码登陆云桌面完成课程学习，云服务器集群根据实验中心学生信息资源库，对学生到课情况进行分析，完成课堂签到情况分析。

（3）云服务器集群通过云桌面、手机App、开放的外网端口等接收的数据文件，根据实验中心的课程辅助资源库，对学生的课堂作业、实验效果反馈进行分析，完成实验课程教学控制、实验教学课程考核、实验效果跟踪反馈等需求。

（4）在开放式实验教学中心设置门禁，所有人进出通过门禁扫码进出实验教学中心，云服务器集群根据实验中心信息资源库，保障开放式实验教学中心课程的安全有效管理。

（5）实验教学中心的设备设施外借，均需通过手机App、云桌面完成外借需求。

风险预警管理平台：

（1）风险预警范围包括病毒入侵、不明端口访问、垃圾信息、不良信息及网页浏览、云桌面及端口出现异常（网络故障、设施设备故障）、云服务器集群对信息分析检索发现的问题、其他违规操作。

（2）风险预警管理平台实时将报警信息反馈给实验教学中心管理员，管理员根据报警信息具体内容对实验教学中心出现的问题进行及时处理，并完成风险预警信息跟踪情况登记表。

（3）根据实验教学中心管理员的需求，风险预警管理平台根据云服务器集群、实验教学中心云客户端的运行情况定期自动形成风险预警管理报表，并对实验教学中心的整体运维情况进行评估分析，满足管理员对实验教学中心的运行情况的需求。[10]

四、结束语

目前大多数高校的实验教学中心都只单搭建了云桌面操作平台，其管理模式依然以传统管理模式为主。本研究集合了大数据、云服务等理论依据，结合目前最流行的手机App管理模式，实现对实验教学中心的智能化管理，并提出三位一体的新型管理格局，以流程为导向，达到高效、快捷、便利的教学管理新局面。

参考文献：

[1]李东炜，刘镇章.基于Android智能手机的实验室预约系统设计[J].实验技术与管理，2012，29（12）：196-202.

[2]谢建宁.基于虚拟云桌面的高效计算机实验室管理[J].信息与电脑，2017，（2）：88-89.

[3]张玉英，马军，王晓军.加强实验教学中心建设 提升应用型人才培养质量[J].实验室研究与探索，2011，30（11）：90-94.

[4]戴磊.云桌面技术在高效计算机实验室建设和管理中的应用[J].计算机产品与流通，2017，（10）：235.

[5]韩宁.云桌面技术在高校信息化建设及教学中的应用[J].软件导刊，2012，11（5）：105-107.

[6]彭长宇，代显华，刘晓琴.基于云平台的公共实践教学平台建设[J].实验技术与管理，2015，32（4）：193-196.

[7]高彬.桌面云基础下高校计算机实验室的组建与管理[J].科技风，2018，（4）：59.

[8]阎俊，何明星，等.开放实验室智能化管理及控制系统研究与开发[J].实验室科学，2008，（6）：103-105.

[9]刘海宁，施浩.基于Android平台智能手机实现实验室管理系统[J].硅谷，2012，（06）：23-24.

[10]梅容芳，蔡百川，等.智能手机APP在物理实验中的开发与使用[J].中学物理教学参考，2016，45（10）：56-57.