“云课堂”教学模式在高校实验室中应用探讨

朱剑玫+常红艳

摘 要 面对高校传统的PC实验室机器存在品类繁杂、硬件配置多样化、网络环境复杂、软件过多、机器维护工作量大等问题。通过对PC实验室的改造中，引进“云课堂”实践教学模式，即桌面虚拟化技术，实现管理集中化、教学智能化、维护轻松化的模式，进一步满足教学需求。

关键词 传统PC实验室 “云课堂”实践教学模式 计算机管理

中图分类号：G642 文献标识码：A

实验教学是培养学生动手能力和创新能力的重要环节，特别是以培养应用型人才为主的高校，实验教学越来越受到重视。现阶段越来越多实验课程走进了PC实验室，课程的多样性导致了PC实验室必须满足不同的教学需求，配置不同的教学环境。传统的PC实验室管理主要是应用还原卡技术对相对较为分散的机器进行维护和部署，有的教学软件的安装甚至需要一台台独立操作，这样导致了机房的维护量十分繁重、复杂，由于机房环境而影响教学效果也时有发生。“云课堂”实践教学模式可以很好地解决上述问题，它与传统PC实验室、无盘工作站等不同，采用的是一种基于中心服务器计算模型，并且沿用传统瘦客户端模型。

1传统PC实验室现状分析

（1）硬件资源浪费。随着教学方式的不断更新、科研需求环境的多元化以及服务器的需求不断扩大，PC机的硬件配置也面临着不断更新，这样导致了PC机淘汰率高，造成硬件资源的浪费。

（2）安全性差。同一局域网内的PC机，因学生上网不规范，容易感染病毒木马，影响整个局域网的运行；传统PC环境数据单独管理，极易造成数据的丢失、毁坏、泄露等。

（3）运维管理不便。PC机种类型号和教学应用软件繁多，不便于集中管理；如课程需要用到多桌面切换，速度慢，影响教学；软件和病毒库的补丁实时更新、机器故障、等考临时环境部署等都会加大机房维护量。

（4）数据管理不便。数据的存储多以传统方式进行，分享互动多是点对点形式，这样不便于数据的提交、管理、共享、互动。

（5）可扩展性受限。PC实验室如果需要进行扩容，则要再次进行PC采购，周期长，可扩展性差。

（6）实验室利用率受限。受实验室功能、容量等限制，实验排课往往会出现实验室容量与上课班制结构不协调的情况，大容量实验室安排小班制专业课程，导致实验室利用率不高。

（7）功耗噪音大、能耗高。传统PC功耗在300W左右，产生大量电力消耗，且使用一段时间之后，机器出现老化，机房噪音变大，影响课堂环境。

2“云课堂”实践教学模式简介

2.1“云课堂”实践教学模式的定义

“云课堂”实践教学模式，即桌面虚拟化，又称虚拟桌面，将传统PC终端的操作系统和应用软件都安装在后台服务器的虚拟机中，所有运算都由服务器来完成，用户可以使用云终端、瘦客户机、传统PC或笔记本电脑等设备来访问虚拟机，从而实现桌面环境集中管理、终端零维护和硬件资源的弹性分配。

虚拟桌面实际上是在总服务器上进行服务器虚拟化，产生多个单一的桌面操作系统，同时通过特定的虚拟桌面协议传输给终端设备。用户终端经过以太网登陆到虚拟主机上，只需要知道用户名、个人密码和网关的相关信息，就能随时通过网络访问个人的桌面系统，从而实现单机多用户。

2.2虚拟桌面（即“云课堂”实践教学模式）的特点

2.3“云课堂”实践教学模式给PC实验室应用带来的变革

在没有出现“云课堂”实践教学模式之前，我们都是使用传统PC教学方式，但从上述分析来看，这种教学模式已经出现问题，亟待解决，基于对这种情况全面的分析，“云课堂”实践教学模式为PC实验室带来以下几个方面的变革：

2.3.1桌面环境部署中的问题

（1）PC机种类多、品牌杂、位置分散，维护起来需逐个机房跑，单台机器操作；

（2）如等考种类临时环境部署困难，往往需要耗费大量人力和时间；

（3）课程设计、毕业设计等桌面环境和数据不能跟随学生，机房会系统还原且学生上机地点不固定。

“云课堂”实践教学模式解决方案：①云端管理。基于WEB的图形化集中管理平台，用户可以在任意联网的终端设备上访问管理平台，实现对物理服务器的管理；②桌面双模式——同时满足上课、考试、毕业设计多场景。桌面双模式分“个人桌面”模式和“教学桌面”模式。“个人桌面”模式下，虚拟机数据不还原，虚拟机登录跟随账号走，在任何设备、任何时间、任何地点都可以登录到属于自己的桌面，以满足毕业设计、课程作业等应用；“教学桌面”模式下，管理员可自定义系统还原策略，适用于上课、培训等场景，并支持批量修改虚拟机的IP、计算机名及系统登录名，可满足等级考试的场景需求。

2.3.2日常运维云管理中的问题

（1）当系统补丁或应用程序需要更新时，管理员便要到机房进行每台PC的更新和维护，任务较重。机房、课程、教学环境的多样性，也增加管理员的工作量。

（2）教师的课件、教案等共享给学生不方便。“云课堂”实践教学模式解决方案：①云更新。出现系统补丁或软件更新时，管理员无需在各个机房之间来回奔走，只需要在办公室或中央机房内打开管理平台，点击“一键更新”按钮即可完成对桌面的批量更新；②教学灵活。可以在系统中制定教学计划，让教学场景按时启动，自动部署，学生只需要开机便可直接使用教学桌面，同时还能合理地调度机房，灵活地变更教学计划，不需要为某一专业某一课程而建专门的机房，减少了排课的难度，大大提高机房的利用率；③云管理。在桌面云管理平台里，可对桌面进行USB的使用权限设置，同时可以对终端设备进行管理，实现了对终端设备和桌面的计算机名修改、IP地址修改、远程开关机等。

2.3.3保障云安全的问题

（1）因终端设备或操作系统的问题而导致教学中断；

（2）资源利用率最大化；

（3）服务器系统坏了怎么办。

“云课堂”实践教学模式解决方案：①虚实双系统。终端设备在使用“虚拟桌面”的同时，也可以使用本地系统，当网络中断时，学生可以使用本地系统完成相关业务，支持对本地系统集中进行维护、升级等工作；②弹性调度。提供类似于“动态迁移”功能，可手动或自动将虚拟机迁移到其他服务器，还可以通过“负载均衡”自动平衡各服务器的利用率，在保证业务流畅的同时，资源弹性使用，最大化的利用硬件资源；③高可用。通过“虚拟机快照”可快速还原虚拟机到制定时间点，在单台服务器遭遇故障时，“高可用性”报障虚拟机自动迁移到其他正常的服务器上，“系统备份”轻松完成整个系统数据备份，就算系统全局崩溃，也能通过备份的数据还原。

2.3.4绿色节能降成本的问题

（1）传统PC机淘汰率高，造成硬件资源浪费；

（2）传统PC功耗大，造成电力浪费。

“云课堂”实践教学模式解决方案：①节能环保。能耗约20W的云终端设备相对约300W的传统PC更加节能，且机房环境更加安静，低能耗从长期投资角度来看降低了机房的整体成本；②平滑扩展。传统PC生命周期一般是5年左右，“云课堂”周期一般为6—8年，如需更新换代，也可以平滑升级，只需对服务器配置更新或新增服务器，无需重新更换终端设备。

3“云课堂”实践教学模式的局限性

3.1国内技术尚不成熟，初始成本较高

桌面虚拟化较为成熟的技术主要掌握在思杰，VMARE等国外公司，国内高校PC实验室的改造应用该技术主要兴起在近几年，故该技术的稳定性、成熟性、全面性有待考察；桌面虚拟化对服务器配置、性能要求较高，且要额外付出桌面虚拟化的相关软件和许可费用，操作系统、应用软件都需要授权，这无疑会增加桌面虚拟化的初始成本。

3.2对管理人员技术要求较高

管理人员需要更加专业才能够对其在使用过程中产生的故障进行解决，除非在配置和操作上能够更加简单，否则桌面虚拟化技术的推广会受到因为机房管理员专业性欠佳而产生的阻力。

3.3虚拟桌面的局限性

目前虚拟桌面实施的效果过于依赖于网络基础设施，一旦断网，可能会直接影响教学，在不提高后台服务器性能的情况下教学软件3DMAX在此架构下也会出现使用效果不佳的情况。

4结语

“云课堂”实践教学模式让高校实验室管理人员和师生从传统的PC实验室中走出来，体验网络技术带给实践课堂全新的感受。这一新型的教学和管理方式已在部分高校实验教学中运用，将成为未来实践教学模式发展的一种趋势，值得进一步探讨。

作者简介：朱剑玫（1981-），女，湖北省监利县市人。武汉工商学院实验师。研究方向：计算机软件开发。

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