“OpenStack云平台的部署和管理”课程教学改革与实践*

易海博，池瑞楠，聂 哲，黄 新

“OpenStack云平台的部署和管理”课程教学改革与实践*

易海博1，池瑞楠2，聂 哲3，黄 新1

（1.深圳职业技术学院 人工智能学院；2. 深圳职业技术学院 质量保障中心；3. 深圳职业技术学院 数字创意与动画学院，广东 深圳 518055）

云计算主要的部署方式有公有云和私有云．OpenStack是主流的私有云计算技术，在服务器上部署OpenStack云计算环境，将计算、存储、网络资源以虚拟机的形式提供给用户使用，是云计算企业的重要业务．云平台部署和管理人才严重缺乏，培养OpenStack技术人才，对于中国云计算发展有重要意义．本文以云计算技术入门课程《云计算技术概论》为例，介绍重要教学单元《OpenStack云平台的部署和管理》的项目化教学改革与实践，为高职云计算专业课程建设和改革提供有效建议．

OpenStack；云计算；私有云；高职；课程教学改革

云计算技术是本世纪最热门的技术之一，被国家认定为新一代信息技术．习近平总书记在致国际教育信息化大会的贺信中提到“当今世界，科技进步日新月异，互联网、云计算、大数据等现代信息技术深刻改变着人类的思维、生产、生活、学习方式，深刻展示了世界发展的前景．”[1]云计算技术已经应用到很多行业中，例如互联网、移动通信、智能制造、物联网等．云计算主要的部署方式有公有云和私有云．其中，公有云主要由云计算大型企业提供，例如亚马逊、腾讯、阿里巴巴等．而私有云在企业内部部署，主要面向企业内部用户．OpenStack是主流的私有云计算技术[2-6]，在服务器上部署OpenStack云计算环境，将计算、存储、网络资源以虚拟机的形式提供给用户使用，是云计算企业的重要业务（图1）．云平台部署和管理人才严重缺乏，培养OpenStack技术人才，对于中国云计算发展有重要意义．

图1 OpenStack云平台的部署和管理

《OpenStack云平台的部署和管理》是课程《云计算技术概论》的重要教学单元．《云计算技术概论》是云计算技术与应用专业的核心课程，主要内容包括云计算基础、云环境基础、云平台部署和管理、云存储部署和管理、云数据库部署和管理、容器部署和管理、数据处理和并行编程．在所有章节，需要安排对应实践操作，让学生更好地学习和掌握云计算关键技术，培养学生分析和解决实际问题的能力，强化学生的职业道德意识、职业素质养意识和创新意识，为学生以后从事更专业化的云计算工作奠定基础[7]．本文以云计算技术入门课程《云计算技术概论》为例，介绍重要教学单元《OpenStack云平台的部署和管理》的项目化教学改革与实践，为高职云计算专业课程建设和改革提供有效建议．

1 “OpenStack云平台的部署和管理”项目化教学模式

本文提出的“OpenStack云平台的部署和管理”项目化教学模式，以中国推动立项云计算国际标准和为标准，结合云计算技术与应用专业的人才培养方案以及云计算行业认证系列考试内容，参考全国高等职业教育“十三五”规划教材《云计算基础及应用》第七章章节内容，对接云计算行业和企业的核心工作“部署和管理云计算平台”，以企业真实项目“部署和管理OpenStack云平台”作为教学内容，整合并设计项目化教学内容，由双师型创新教学团队展开项目化教学．

（1）参考标准：

1）-ISO/IEC 17788:2014《信息技术云计算概述和词汇》．

2）ISO/IEC 17789:2014《信息技术云计算参考架构》．

（2）行业认证证书：

1）华为HCIA-Cloud、HCIP-Cloud、HCIE-Cloud．

2）1+X云计算证书．

1.1 需要解决的问题

本文提出云计算课程的重要教学单元《OpenStack云平台的部署和管理》的项目化教学模式，主要解决以下3个问题：

1）学生较少接触云环境，缺乏云计算项目实践．

2）学生有一定的动手实践能力，但自主学习能力比较欠缺．

3）学生缺乏真实云计算实训环境，理论和实践脱节．

1.2 模式内涵

如图2所示，《OpenStack云平台的部署和管理》的项目化教学模式以达成教学三维目标为目的，培养学生云平台部署和管理的知识、能力以及素质．

1）知识目标：理解云计算平台的组成架构．

2）能力目标：掌握OpenStack云平台部署和管理．

3）素质目标：培养“修身立德、强技创新”的工匠精神．

通过学习，学生能够使用OpenStack部署和管理云计算平台，了解云计算背后的奥秘．

如表1所示，《OpenStack云平台的部署和管理》对接云计算行业和企业的核心工作“部署和管理云计算平台”，以企业真实项目“部署和管理OpenStack云平台”作为教学内容，以项目化形式开展，分解成“云计算概述”、“云环境部署”、“云身份认证部署”、“云镜像服务部署”、“云计算服务部署”、“云网络服务部署”、“云接口服务部署”等7个任务，每个任务细分为3个或4个模块，形成项目—任务—模块三级的教学模式，完成部署额管理OpenStack云平台企业项目．

如图3所示，根据《OpenStack云平台的部署和管理》的知识目标、能力目标和素质目标，结合以往教学中常见问题，明确教学重点为掌握OpenStack云平台部署、教学难点为理解云平台的组成架构．

《OpenStack云平台的部署和管理》的项目化教学模式采用翻转课堂和信息化设计，在由线上“理实一体”的实训平台、学习平台、以及线下云计算机房构成三位一体的教学环境上开展（如图4所示）．

图2 OpenStack云平台的部署和管理的教学目标

表1 《OpenStack云平台的部署和管理》项目分解表

图3 OpenStack云平台的部署和管理的教学重难点

1）实训平台：实训平台是与企业共同开发的《OpenStack云平台的部署和管理》云计算平台环境和教学资源，能够提供真实云计算实训环境．学生可以在实训平台完成云计算工程师的工作．

2）学习平台：学习平台是在学习通平台上部署的学生自主学习的学习资源平台，资源由教师自主开发，提供给学生免费学习．

图4 三位一体教学环境

3）云计算机房：线下云计算机房是包含多台高性能服务器和教学一体机的智慧教室，由深圳职业技术学院投资建设．

在此基础上，我们设计“云计算概述”、“云环境部署”、“云身份认证部署”、“云镜像服务部署”、“云计算服务部署”、“云网络服务部署”、“云接口服务部署”等7个阶梯性任务，如图5所示．

《OpenStack云平台的部署和管理》的项目化教学模式提供以学生为主体的“学习-实施-评价”的真实工程环境（如图6所示）．实训平台实现全过程监控、大数据自动生成学生学习画像并人工智能自动推送个性化学习．学习平台辅助教学和考核，原汁原味还原企业云平台部署管理全过程，理实结合，突破了传统教学方式，既解决了学生较少接触云环境，缺乏云计算项目实践的问题，又培养了学生“修身立德、强技创新”的工匠精神，达成教学三位目标．

图5 OpenStack云平台的部署和管理的阶段性任务

图6 以学生为主体的“学习-实施-评价”的真实工程环境

2 模式实施步骤

《OpenStack云平台的部署和管理》的项目化教学模式包括“云计算概述”、“云环境部署”、“云身份认证部署”、“云镜像服务部署”、“云计算服务部署”、“云网络服务部署”、“云接口服务部署”等7个阶梯性任务，在具体实施中，我们采用的主要教学方法包括：

1）通过情境教学法、任务驱动法优化教学过程；

2）通过自主学习、真实体验、小组讨论和PK等形式组织教学活动．

2.1 课前自学

学生在学习平台完成学习任务“云平台知识学习”，浏览相关课件，明确教学内容，并在线完成课前测试．

2.2 创设情境

创设情境是拍摄云计算工程师真实部署云平台和管理云平台视频，并组织学生观看视频的方法，能够使学生快速进入学习状态，了解学习内容．

学生在学习平台观看企业云计算工程师部署云平台的视频案例．案例中，工程师根据实际需要，部署云平台，中间遇到多个问题并依次解决．教师组织学生进行讨论，分析基础环境搭建的重要性以及必须保持细心、谨慎和认真的态度．视频中，工程师面对错误，不急不躁，仔细寻找原因，耐心一遍又一遍调试，最终解决问题，完成部署，反映出工程师必需的专业水平和工匠精神．

创设情境属于课中导学的内容．

2.3 理论讲解和重点辅导

教师进行理论讲解是课程前部分开展的重要手段，理论讲解后要结合重点辅导，使所有学生能够掌握知识目标．

根据课前出错率较高的知识点，教师进行理论讲解，对课前测验中水平较低的学生，进行重点辅导，学生分组完成云平台的基础环境搭建，并提交实验报告，教师通过实训平台跟踪实验情况，完成报告批改．

2.4 学生上台讲解、学生PK、教师点评

进入到教学的中段后，应该逐渐将讲台交给学生，以学生为中心进行教学．

教师评选出上阶段完成最好的学生上台讲解经验，教师点评．针对教学难点，学生自主学习和观看视频，熟悉云平台各组件的用途．教师发布小游戏连连看，让学生将各组件和用途连接起来，激发学生的学习兴趣和学习积极性．然后，学生观看操作视频，分组分工，依次部署组件，进行PK学习和实验，教师实时解答问题．学生完成后在实训平台提交报告，教师批阅报告并点评．根据本次教学情况，总结和讲解问题的解决方法．本阶段的实施体现以学生为中心的教学思想．

2.5 学生自主学习讨论、互评、教师总结

学生自主学习实践、讨论和互评、教师总结应该成为教学中段和后段的主题．让学生从“跟随学”到“自主学”到“自主评价”，完成了学习能力的提升．

学生在学习平台观看企业云计算工程师管理云平台的真实视频案例．云平台管理是面向用户的一项重要工作，需求种类繁多、复杂，管理难度大．教师组织学生进行讨论，要求学生分析案例中，云平台管理的用户需求和解决方案、可能出现的问题和解决方法，以及所需要的职业素养．接着，教师利用学习平台布置练习，模拟不同用户的需要，对各组学生提出云服务器不同配置需求．每组学生在实训平台上进行云服务器分配，进行组内互评，分析并记录实践中遇到的问题，提交学习报告．教师批阅报告，对每组的学习和实验情况进行总结．本阶段的实施体现教师引导、学生通过自主学习、自主讨论和互评，提升学习能力的教学思想．

2.6 课程总结和评价

教师回顾本次课的知识点和技能点，引导学生总结归纳．学生完成问卷调查，及时反馈评价．

教师结合学习平台和实训平台的学习记录，评选出优秀作品和技能标兵，生成整体学习效果图，以供教学改进和提升．

2.7 课后提升

如图7所示，大数据生成学生学习画像，根据人工智能算法，为学生智能推送课后练习题，实施个性化教学．教师邀请企业工程师线上布置企业任务—云硬盘解决方案，并参与指导学生使用owncloud搭建属于自己的云硬盘．

图7 课后提升

3 实施成效

《OpenStack云平台的部署和管理》的项目化教学模式在由线上“理实一体”的实训平台、学习平台、以及线下云计算机房构成三位一体的教学环境上开展，设计“云计算概述”、“云环境部署”、“云身份认证部署”、“云镜像服务部署”、“云计算服务部署”、“云网络服务部署”、“云接口服务部署”等7个阶梯性任务，该模式已经在校内进行实施和推广．《OpenStack云平台的部署和管理》依托《云计算技术概论》课程的项目化教学模式主要的实施成效如下：

1）真实云计算工作环境下大数据绘制学生学习画像，基于人工智能算法进行精准培养．

对比传统教学方式，我们依托“理实一体”的实训平台，以学生为主体，任务驱动，提供全真实的云计算工作环境，采用大数据绘制学生学习画像，根据人工智能算法，为学生智能推送课后练习题，在实践中进行精准培养，从而较好完成教学重点“掌握OpenStack云平台部署”． 学习平台、小游戏、动画、视频辅助教学和考核，从而较好完成教学难点“理解云平台的组成架构”．

2）云计算校企协同，培养高素质云计算工程师人才．学校与云计算企业合作，协同行业专家，共同制定人才培养方案，进行课程研发，共建教学资源库．企业工程师参与辅助教学，进行实验答疑和学生作品评价，邀请学生实习和就业，对接工程师岗位．学生在企业的工作表现深受好评．

3）教学、认证、大赛共同打造云计算人才培养新体系，对接1+X证书试点，检验人才培养质量．完成课程教学后，鼓励学生考取云计算行业顶级认证，对接“职教20条”的1+X证书试点，选拔优秀学生参加全国职业技能大赛云计算赛项，打造云计算人才培养新体系，检验人才培养质量．

云计算工程师的缺口很大，培养德才兼备的人才是重中之重．在教学过程中，培养学生的专业技能的同时，培养“修身立德、强技创新”的工匠精神，是新时代云计算人才的必需素质．

根据课后生成的学生大数据发现，学生能够较好得达到知识目标“理解云计算平台的组成架构”、能力目标“掌握OpenStack云平台部署和管理”、素质目标“培养“修身立德、强技创新”的工匠精神”，培养了学生的知识、能力以及素质．通过学习，学生能够使用OpenStack部署和管理云计算平台，了解云计算背后的奥秘．通过《OpenStack云平台的部署和管理》的项目化教学模式的实施和推广，为高职云计算专业课程建设和改革提供有效建议．

[1] 于晗．互动式信息可视化应用研究[D]．北京理工大学硕士论文，2016．

[2] 安家胜，王宇．基于OpenStack云计算平台的MOOC模型构建[J]．电脑与信息技术，2015，23（4）：16-18．

[3] 杨创业．基于Openstack的云课室监控与调度系统的设计与实现[D]．中山大学，2015．

[4] 刘坤．基于OpenStack的云计算实训资源开发与设计[J]．网络安全技术与应用，2016（11）：87-88．

[5] 王晓锋，吴文燕，孔军，等．基于云平台的计算机网络仿真实验[J]．中国教育技术装备，2018（2）．

[6] 底晓强，张宇昕，赵建平．基于云计算和虚拟化的计算机网络攻防实验教学平台建设探索[J]．实验技术与管理，2015，32（4）：147-151．

[7] 任翠池，李汉挺．高职《Android移动应用开发》课程项目化教学研究与实践[J]．计算机光盘软件与应用，2014（21）：241-242．

Teaching Reform and Practice of “Deployment and Management of OpenStack Cloud Platform”

YI Haibo1, CHI Ruinan2, NIE Zhe3, HUANG Xin1

（）

Cloud computing is one of the new generations of information technology, which has been applied to many industries. The main deployment methods of cloud computing are public cloud and private cloud. OpenStack is the mainstream private cloud computing technology. It is an important business for cloud computing enterprises to deploy OpenStack cloud computing environment on servers and provide computing, storage and network resources to users in the form of virtual machines. There is a serious lack of talents for cloud platform deployment and management. It is of great significance to cultivate OpenStack technical talents for the development of cloud computing in China. Takingas an example, this paper introduces the project-based teaching reform of the important teaching unit OpenStack cloud platform deployment and management. It provides effective suggestions for the construction and reform of cloud computing courses in higher vocational colleges.

OpenStack; cloud computing; private cloud; higher vocational education; curriculum reform

2020-02-18

本文系2018年省高等职业教育教学质量与教学改革工程教育教学改革研究与实践项目“基于CDIO的项目驱动式创新教学研究与实践-以高职云计算课程为例”；2017-2018年广东省青少年研究立项课题（2017WT033）；深圳市战略新兴产业和未来产业发展专项资金（No. 20170502142224600）；2018年深圳职业技术学院教育教学研究项目（No. 701822J20044）；2019年深圳职业技术学院重点教育教学改革研究与实践项目（No. 7019310019J）部分成果．

易海博，男，湖南湘潭人，博士，副教授；研究方向：计算机科学与技术．

TP311；G642

A

1672-0318（2020）05-0066-06

10.13899/j.cnki.szptxb.2020.05.013