云计算技术在高校实验教学中的研究与应用

林 杰，陆思航

(南宁学院，广西 南宁 530200)

0 引言

近年来，随着我国高校实验室管理水平的进步，也渐渐出现了设备老化、技术更新不及时、资源共享不充分、管理成本高难度大等问题，给老师的教学和学生的学习造成了很大的影响。对于传统的实验室，需要用新的技术进行革新，解决问题。云计算技术作为当下信息技术发展的主要方向，在实验教学中的应用至关重要。

1 云计算技术的介绍

1.1 基本概念

云计算本质上来说是一种商业计算模型，主要依托高速的网络传输能力、分布式处理、并行运算和网格计算，将互联网作为核心，在应用软件技术、虚拟化技术、基础设施即服务(Infrastructure as a Service，IaaS)、平台即服务(Platform as a Service，PaaS)等技术的支持下，将计算任务从单个计算机迅速分解发布到由多台计算机组成的资源池中，从而使不同的应用系统也能够按照各自的需求获取计算力、储存空间或多样的软件服务。应用程序在几十万甚至更大规模的服务器集群中运行是云计算技术的基本运行原理[1]。在这种原理之下，应用程序无须用户的手机、平板等终端设备，处理过后的数据能够保存在互联网的数据库中，在提供云服务的一端对数据的运行进行维护和支持，使得用户无论何时何地都能够从云端获取自己所需要的服务和资源[2]。

1.2 云计算的分类

(1)按照提供云计算的服务主体以及云平台的部署方式区别划分，可以将云分为：公共云、私有云和混合云3类。私有云是指将平台交由公司的防火墙委托管理，主要用途是公司内部员工使用。公共云是指企业在财务、架构、管理或别的需求之下，需要外包某些应用，接着将所需的基础架构或者应用程序委托给服务提供方管理，最终将服务提供给企业。混合云顾名思义是私有云和公共云的结合使用[3]。

(2)按照云计算的服务层次划分，可分为：基础设施云IaaS、平台云PaaS、应用云SaaS 3类。各层次互联图如图1所示。

图1 云服务层次

2 云计算技术对高校实验教学的影响

在水电气和通信互通之后，云计算同样可以逐步成为水电气等公共设施，在各个领域得到应用。在推进高校教育信息化的进程中，云计算的应用势必是教育的一次大革新。本研究将着重探讨云计算技术对高校实验教学的影响，主要的影响体现在以下两个方面。

2.1 教学方式和学习方式的改变

云计算的核心即虚拟化技术能够实现不同功能的设备融合为一个表现形式的理想状态，同时多样的虚拟化技术能够实现物理储存资源和主机的一体化整合，大大提升信息共享的效率。当资源与设备能够实现分布式共享时，教师能够通过互联网对虚拟服务器进行访问，甚至可以改变上课的地点，对教学的方式起到了改变作用。对于学生来说，可以对集中实验和分散饰演的学习方式有较大的自主选择权，打破时间地点的局限，随时随地进入学习。

2.2 实验室设施维护成本的降低

云计算对客户端的配置并没有太高的要求，因此，用户获取云服务的成本相对较低。采用云计算之后，实验教学不再局限于学校实验室。只要存在网络，教师和学生都可以通过自己的客户端对“云”端服务和程序进行访问。这样一来，没有必需的实验条件时不需要使用实验室，例如理论学习都可以通过云端完成。云计算环境提供的实验室能够取代一部分传统实验室的功能，对实验设备更新换代的需求降低，同时对于闲置设备能够提高再利用率，从而节约了实验室的维护成本以及不断购置新设备的成本[4]。

3 云计算技术在高校实验教学中的具体应用措施

3.1 实验教学云平台的搭建构想

依托于云计算低成本、高效率、高扩展性的特点，高校教师和学生都能够通过共享开发测试资源和远程桌面搭建属于自己的虚拟实验室。在云计算的环境中，用户可以从客户端向网络中提出申请，数据中心依据申请的需求从云储存空间和服务器上智能化分配实验资源和服务。用户只需要根据指令登陆云端的操作系统，即可开始实验。在整个过程中，通过营造标准化环境打造虚拟实验室，通过虚拟化资源池搭建实验环境，并通过自动化技术完成整个实验资源和服务的申请、监控、管理工作，为师生提供了通过虚拟桌面实现远程访问的功能。

3.2 实践教学私有云平台的搭建

与公有云相比，私有云是为某个组织或者企业专门提供的专有云服务。其端口通常部署在企业内部，企业和组织拥有所有权和控制权。私有云具有需求满足程度高、自由化程度高等特点，但是同时面临较高的管理费用。那么，高校中的实验教学私有云平台可以利用gridsphere管理系统实现高效率的管理功能，有利于实践教学私有云平台的搭建。首先，基于gridsphere管理系统能够实现用户管理功能。在这一平台下能够利用gridsphere管理系统自带的用户管理界面，将gridsphere的用户分为super，admin，user这3类，以满足不同用户对实验教学私有云平台的使用需求。如教师使用该平台更重视传授标准的实验流程，而学生则更重视实验的体验感和有效性，通过用户分类的划分能够满足需求的多样性。其次，实现创建实例模版并上传的功能。在gridsphere管理系统下用户对不同操作系统存在的需求都能够被解决。当用户需要制定不同的实验室环境时，能够通过模版包提高使用效率。在制作模版之后还能够实现即时上传的功能。最后，实现gridsphere管理系统对虚拟机的管理功能，主要表现在用户能够通过浏览器查询到需要的实例模版，接着能够借助虚拟机管理功能申请使用；与此同时，管理者能够在平台的帮助下对虚拟机进行启动、重启、停止等操作，为应用到实验教学中提供了更便捷的管理方式。

4 结语

随着信息技术的不断发展，高校实验室云平台的搭建已成为发展的主流方向。在实验教学中使用云计算技术，按照老师和学生的需求搭建、分配统一管理的教学实验环境，有效解决了传统实验室中设备管理工作量大、设备利用率低下、管理繁复的问题，同时大大提高了资源的利用率和信息的共享程度，按照实际的需求自动为老师和学生准备实验环境，真正将教学向着信息化的方向推进。除了其本身在效率上为教学带来的优势之外，对于高校实验技术的改进以及实验教学模式的革新都有着非凡的意义。