移动云环境下高校计算机开放实验室建设研究

王　焱

(汉江师范学院　教育系, 湖北 十堰　442000)



移动云环境下高校计算机开放实验室建设研究

王焱

(汉江师范学院教育系, 湖北 十堰442000)

随着移动互联网和云计算的发展,移动云计算为开放实验室的构建提供了更为合理的解决方案。针对当前高校计算机开放实验室的问题,在探讨移动云环境下高校开放实验室功能定位的基础上,以实验者为主体设计了移动云环境下的开放实验室自主实验模型,并进一步讨论了高校计算机开放实验室的管理过程中的问题,以便提高高校开放实验室的建设水平。

移动云环境； 开放实验室； 虚拟实验

开放实验室是高校实验室建设的重要组成部分,是高校实验教学、科学研究和科技服务的重要基地,在培养实验者基本技能、创新思维和探索精神方面都具有重要的意义。当前,开放实验模式已被广泛地认可和应用,由实验者自由选择实验时间,能有效提高实验效率。但当前开放实验室仍然存在以下问题[1-4]：开放实验室设备较为单一陈旧,面向的学生群体有限,不能做到真正的开放；开放时间有限,实体开放实验室不能做到每周7×24h的开放；实验人员面对不同专业的实验者,开放实验管理人员工作、任务繁重,答疑困难；开放实验室设备一般不外借,限制了实验者必须在开放实验室内完成实验任务；缺乏网络化实验教学平台,开放实验形式简单；留给实验者独自设计方案和自由发挥的空间有限。

随着移动互联网的发展,智能手机、平板电脑、上网本等移动终端普及率快速增长,移动云受到了各行各业的密切关注。云计算和移动互联网的融合,为我国教育事业的发展带来了巨大的创新空间。移动云计算为教育领域的资源利用提供高度灵活性的服务方式,推动着开放式教学模式发展。当前,越来越多的学者开始研究基于移动云解决教育问题,将移动云技术引入到高校开放实验室的建设中,构建移动云环境下的开放实验室是当前实验室建设的重要方向。

1　移动云计算

云计算是一种资源配置模式,通过网络以按需的方式实现软件、处理能力、存储等资源的共享,包括软件即服务、平台即服务和基础设施即服务。云端集合强大的处理资源,提供稳健的处理能力,将终端的计算转移到云端完成。终端显示从云端传送的结果,为终端用户提供操作的界面。将云计算应用在教育系统中有助于解决教育信息化出现的资源优化整合问题,能够进一步促进教育向公平化发展[5-6]。

移动云计算是云计算的扩展,终端用户通过移动设备可在任何时间和任何地点安全接入云端，使用云端的资源,对终端要求不高,大大降低用户的成本。移动云计算突破了传统计算模式对终端的限制,实现了终端设备的无关性,克服了移动终端设备计算能力、存储能力等性能不足的缺点,保证了数据的高效处理,对移动互联网的各种应用提供了发展的机遇。

2　移动云环境下计算机开放实验室建设定位

开放实验室的建设宗旨是进一步为高校教学科研服务,同时发挥一定的区域示范辐射作用。紧密围绕社会对人才的需要,结合开放实验室的建设目标,积极利用移动互联网环境下的新技术新理念,在以往传统实验室建设模式的基础上进行大胆创新,探索实验室建设的新模式,建立时间、空间、内容的开放式实验教学环境,适应自主性、个性化、创新发展的要求[7-10]。

2.1创新人才培养功能

开放实验室是高校人才培养的重要场所,主要培养学生的综合素质和创新能力。通过构建良好的开放实验环境,促进学习者探索、思考与问题解决,学生成为知识的主体建构者。开放实验室突破封闭的实验模式,以学生为中心、以社会需求为导向,顺利实现从学校到社会的平稳对接,为创新人才培养提供良好的平台。学生在开放实验中对知识不断活化、迁移,并在活化、迁移的基础上激发发明创造的动机。

2.2科研服务功能

开放实验室建设应当把教学与科研工作相结合,服务于学科专业有关的部分科研工作,鼓励师生利用开放实验室从事科研活动。教师带领学生共同承担科研课题、学生在教师指导下进行相对独立的科研活动,充分发挥学生的主观能动性,提高学生从事科学研究的兴趣。同时在学生群体中自成科研小组,挖掘学生的潜力,培养学生团队意识和协作精神,开展探究式科研实验活动。

2.3社会服务功能

社会服务功能是移动云开放实验的重要特征,在满足本校师生教学科研的前提下,深入调研本区域科研工作者对实验平台的需求,利用移动云计算的技术优势为本区域的科研工作者服务。发挥开放实验室的科技引领作用,将开放实验室实验资源逐步与地方产业接轨,建立为区域经济建设服务的合作机制,形成良好的互动和资源共享,推动区域经济与社会发展,将开放实验室打造成为服务区域发展的重要平台。

3　移动云环境下开放实验室自主实验模型

移动云环境下开放实验室是基于云理念和移动互联网技术建立的虚拟实验环境,具有对真实实验过程进行模拟,并能对实验结果进行分析、处理以及共享等功能的网络实验室。将移动云计算运用到开放实验室的建设中,能很好地满足当前高校师生对实验形式多样化的需求。高校师生在得到实验室管理员的授权后,不受时间和空间的限制接入开放实验室,移动云实验平台为各种不同的实验应用环境提供个性化的实验环境。高校师生根据实验计划选择实验内容和实验方法实现自主实验,实验中的任何问题都可以在线讨论。实验结束后对实验过程进行反思和总结,并对实验效果进行评价,提出合理建议。移动云环境下开放实验室的自主实验模型见图1[11-12]。

图1　移动云自主学习模型实验模型

客户端用户使用各种终端设备通过无线网络登录到云端进行自主实验。移动云端体系结构分为硬件系统层、虚拟系统层、管理层和应用层。硬件系统层是移动云开放实验室运行的基础,包括服务器、网络设备及存储设备等资源；虚拟系统层主要实现物理层的虚拟化,屏蔽底层系统的复杂性,为管理层提供计算、存储、网络等服务；管理层主要负责虚拟资源及应用程序部署与管理,是应用程序开发和运行的环境；应用层为终端用户提供各种应用服务接口。

4　移动云环境下开放实验室管理

云环境的开放实验室实现了时间、空间、内容等全方位的开放,方便师生远程利用开放实验室资源,很好地解决了实验室资源紧张的问题。基于移动云的计算机开放实验室建设是一种新的实验室建设方式,由于其灵活、方便等特点引发高校实验室建设的普通关注,同时又因为移动云的计算机开放实验室是一种虚拟的开放实验室,管理方法与传统的开放实验室管理存在较大的区别,管理过程中应注意几个方面[13-15]。

4.1虚拟资源的分配及回收

开放实验室身份验证一直是困扰着管理员的难点问题,合理的身份验证有利于增加实验资源的利用效果。高校师生通过系统分配的用户名登录到虚拟实验平台自主完成实验,实验环境可以在实验环境列表中选择,也可以申请定制。当实验环境出现问题时,可以重新申请新的虚拟机。因为实验者多数情况下是通过移动设备接入实验平台,其身份验证尤为重要。每个用户名应用有一定的使用期限,超过期限的用户名应重新申请使用权限,只有通过身份验证的实验者才能接入开放云实验平台使用虚拟实验资源,见图2。

图2　虚拟实验资源分配与回收

4.2虚拟实验过程的组织与设计

虚拟实验的组织要以建构主义、多元智能理论为基础,全面考虑移动云环境下的实验特点,在实验过程的组织设计上下功夫,尽可能让学生的人格、思维、智慧全面发展,见图3。不同的实验可以灵活地增加虚拟实验构件,实验者除了按已有的实验项目进行虚拟实验外,还可以自行设计实验方案,由被动实验转变为主动实验,积极通过网络与他人协作完成实验。在实验类型方面增加综合性、研究性实验的比例,鼓励教师参与虚拟实验的讨论交流,做好学生的合作者角色,引导学生高质量地完成任务,并对学生实验提出的建议给予反馈,激发学生的实验积极性。

图3　虚拟实验过程组织设计

4.3注意虚实结合

移动云开放实验室充分利用了移动互联网和移动终端的优势,很好地解决了当前实验室硬件设备不足的问题,为师生提供的是一种全新的实验方式。移动云实验室的突出优势在于实验者可以随时随地接入实验平台,实验形式以虚拟化实验为主、实物实验为辅。实验管理员要处理好“虚”和“实”的关系,做到“实”中有“虚”,“虚”“实”结合,丰富实验内容,合理引导实验者注意虚拟实验和实物实验的有效结合,实现虚实结合的完整开放实验教学体系,达到形象、生动、高效的实验教学目的。

5　结语

移动云开放实验室是当前实验室建设的新方向,为实验教学提供一种全新的模式,移动云开放实验室在实验时间、实验内容、实验场地和实验对象等方面全方位开放,是真正意义上的开放实验室。随着移动互联网的普及,移动云已经受到商业、教育、医药、军事等领域的密切关注,将移动云技术运用到高校开放实验室的建设中是未来实验室建设的必然选择,有着巨大发展的空间。移动云计算实验室以先进的计算机技术为支撑、以现代教育价值观为指导,为高校实验教学、科研提供一种全新的服务模式,有利于学生综合素质的培养和创新能力的提高。

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Researchonconstructionofcomputeropenlaboratoryincollegesanduniversitiesundermobilecloudenvironment

WangYan

(DepartmentofEducation,HanjiangNormalInstitute,Shiyan442000,China)

WiththedevelopmentofmobileInternetandcloudcomputing,themobilecloudcomputingprovidesamorereasonablesolutionfortheconstructionofopenlaboratory.Inviewofthecomputeropenlaboratoryproblem,thispaperdiscussesthefunctionorientationofthemobilecloudenvironmentlaboratory,designstheautonomousexperimentmodel,andfurtherdiscussestheproblemsinthemanagementprocess,toimprovecomputeropenlaboratoryconstructionlevelincollegesanduniversities.

mobilecloudenvironment;openlaboratory；virtualexperiment

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.05.065

2015- 11- 04修改日期：2016- 01- 28

湖北省教育科学“十二五”规划项目(2012B454)

王焱(1980—),女,甘肃天水,硕士,副教授,研究方向为现代教育技术及信息管理等.

E-mail：wangyanwsr@163.com

TP391

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1002-4956(2016)5- 0245- 03