云计算对高校综合改革的推动和影响

窦夏阳

摘要：随着信息化技术的快速发展，以信息化技术为手段来加快推进高校综合改革成为必经之路，这其中云计算技术则可以解决当前高校发展中遇到的诸多问题。文中通过引用国家层面文件中对教育综合改革的解释，以及通过对云计算定义、特点和基本架构的介绍，阐释了云计算在高校综合改革中所带来的诸如降低高校信息化建设成本、提高硬件资源利用率、丰富高校教育信息资源库、实现优质教育资源共享、改变传统教与学观念、实现数据互联互通、促进科研发展和人才培养，以及简化管理维护工作等方面的优势。因此，构建更灵活、更可靠、更便捷的云计算平台，满足师生的实际需求，服务于教学、科研和管理工作，已经成为高校在推动综合改革工作中至关重要的一部分。

关键词：高校；综合改革；云计算；推动；研究

中图分类号：TP 393 文献标识码：A 文章编号：1672—7312（2017）04—0442—05

0引言

2010年，国家颁布了《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020）》，着重强调了教育领域的综合改革，高校综合改革以人才培养模式改革为核心，包括大学制度改革、学科科研管理机制改革、资源配置改革等方面。而随着以大数据为表征的信息化浪潮扑面而来，高校迫切需要以信息化方式推进综合改革。这其中包括大力开发形式多样的数字化学习资源、建设高校教育信息资源库、实现高校优质教育资源的免费共享和均等化、为学生提供形式更加多样、更加个性化的学习方式、改变传统教学观念、有效整合资源并提高资源利用率、简化运维和管理等方面。文中将通过分析云计算技术的相关概念，探讨如何将云计算技术应用于高校综合改革，大力推动人才培养和机制改革。

1文献综述

从1983年，Sun Microsystems提出“The Network is the Computer”，到2006年3月，Amazon率先推出弹性计算云（Elastic Compute Cloud；EC2）服务，随着国外很多企业，如Amazon，Google，IBM，微软的加入，云计算取得了突飞猛进的发展。

Goolge是最早推出云计算的公司之一，基于其海量的数据处理能力和先进的数据采集系统，Google拥有一系列云计算应用。同时，Google同IBM合作，开始在美国大学校园，包括卡内基梅隆大学、麻省理工学院、加州伯克利分校等，推广云计算的计划，这项计划希望能降低分布式计算技术在学术研究方面的成本，并为这些大学提供相关的软硬件设备及技术支持（包括数百台个人电脑及Blade-Center与System x服务器，这些计算平台将提供1600个处理器，支持包括Linux，Xen，Hadoop等开放源代码平台）。而学生则可以通过网络开发各项以大规模计算为基础的研究计划。清华大学也随后加入此计划，在校内开设“大规模数据处理”课程。在此课程中，Google为教授提供资料、实验设备并协助搭建环境。

在教育领域，除了走在队伍前列的美国，英国也在2011年投入1250万英镑为英国大学教育和科研提供云计算服务。韩国政府于2011年在中小学推广电子课本，旨在取代一部分纸质教材。2013年马来西亚有将近1万所学校开始部署Google云计算教育应用程序以及Chromebook设备。

我国自2008年引入云计算技术以来，经过多年的发展建设，已经有了长足的进步。国家“十二五”规划把云计算作为新一代IT业研发与应用的重要领域之一。許多教育机构已经建设了自己的教育云，将云计算技术应用于高校教学、科研和管理工作，整合各类教育资源，建立和完善优质资源共享体系，并减少重复投资，提高资源利用率，为教育和教学提供有效支撑。

2云计算简介

2.1云计算定义

按照美国国家标准与技术研究院（NIST）定义：云计算是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问，进入可配置的计算资源共享池（资源包括网络、服务器、存储、应用软件、服务等），这些资源能够被快速提供，只需投入很少的管理工作，或与服务供应商进行很少的交互。

在高校应用场景下，云计算作为一种以虚拟技术为核心的新的服务模式，将底层硬件设施资源作为支撑，按照教师和学生的需求为其提供经过虚拟化的、自动化的、可扩展的应用服务。

2.2云计算特点

2.2.1虚拟化

云计算支持用户在任意位置、使用任意终端来获取服务，用户所请求的资源来源于“云”，而不是某一台物理设备。用户无需担心或了解应用的实际运行位置。

2.2.2支持异构基础资源

云计算可以构建在不同的基础平台之上，兼容不同类型的硬件和软件基础资源。硬件资源包括服务器、存储和网络设备等，软件资源包括操作系统、数据库等。

2.2.3高可扩展性

云计算可以添加、删除和修改任一资源节点，根据实际需求，“云”的规模可以进行调整和动态伸缩，以便满足应用和用户的需求。

2.2.4支持海量信息处理

云计算，在底层需要面对各类众多的基础软硬件资源；在上层需要能够支撑众多业务顺利运行，并且需要面对大量的用户。因此，云计算能够高效、稳定地处理海量数据。

2.2.5高可靠性

云计算技术使用了数据多副本容错、计算节点同构可互换等措施来保障服务的高可靠性，使得云计算比本地服务更加安全。

2.2.6自动化

在云计算环境中，无论是资源、应用还是服务，以及软硬件管理，都是主要通过自动化的方式进行部署和管理，从而降低了日常维护管理工作。

2.3云计算架构

2.3.1云服务层

在云服务层中，云计算主要通过3种方式来提供服务。

1）IaaS（Infrastructure-as-a-Service）。IaaS是将服务器、存储和网络资源整合提供给用户，所以IaaS提供的服务是硬件设备等基础资源。用户无需自己购买设备、建设机房，可在提供的基础设施平台上，获取到CPU、内存、存储、网络等资源来部署和运行任意系统和应用程序。

2）PaaS（Platform-as-a-Service）。PaaS是基础IaaS的基础上，还提供了业务系统运行的环境，PaaS把环境通过云平台来作为一种服务来提供给用户。用户可以使用平台上提供的软件、中问件和其他工具来部署自己新的应用，或者扩展已有的应用。PaaS主要目的是为用户提供基础平台。

3）SaaS（Software-as-a-Service）。SaaS是把软件资源部署在平台上，面向对象是软件的最终使用用户，而不是PaaS中的开发人员。SaaS的目标是将一切业务运行的后台环境放人云端，直接向用户提供服务，本地无需维护任何基础架构或软件运行环境。这种成熟的模式具有高度灵活性，能够提供高可靠性、高扩展性的服务，并且能够大大降低用户的维护成本和投入。

2.3.2云管理层

云管理层主要提供基础资源管理、自动化云服务和管理与监控3方面的功能。

1）基础资源管理。云管理层能够屏蔽不同虚拟化层的差异，如VMware，KVM，XEN，Hyper-V等，实现统一虚拟化管理接口；在创建虚拟机资源时，无需指定具体的物理服务器，可以根据自定义的策略自动创建虚拟机到最合适的物理机上；能够同时管理集中式存储和基于x86服务器的分布式存储，提高旧设备的利用率；能够从服务器、存储、网络、操作系统、数据库等方面显示物理、虚拟资源的运行情况，支持按照虚拟机、端口、业务、物理资源、虚拟资源或用户自定义分组查看运行状况，并提供多种维度下的资源报表，显示云平台中资源的使用情况。

2）自动化云服务。云管理层能够提供常见资源的创建、管理和回收，如虚拟机资源、存储卷资源、固定IP地址资源、负载均衡资源、VLAN资源等；提供弹性负载均衡，可根据预定义的负载均衡策略，自动分配计算资源、存储资源和网络资源；用户可在系统上线前，自助选择所需要的各类软件，如通用数据库、中问件、开发工具、办公软件、操作系统等，云平台可以自动创建虚拟机并安装这些软件，直接交付用户使用。

3）管理与监控。云管理层需要为管理员提供全局的管理界面，可以总体观察到资源使用情况、虚拟机运行情况，也可以查看相关特定业务系统、虚拟机的运行情况；支持多角色管理，如管理员可以管理所有虚拟机和物理资源、部门管理员可以管理该部门拥有的资源，用户则可以申请资源和使用资源；向管理员提供实时的资源使用报告，如果发生一些特殊情况，如虚拟机宕机、资源使用已经达到临界值等情况，能够向管理员报警；提供基本的安全配置，如支持安全密钥，用户可通过密钥作为认证工具对虚拟机进行管理，支持存储自动加密，支持虚拟机之问的隔离保护，定期对虚拟机进行快照备份，保证数据不丢失，实现数据的冗余及高可靠性。

3云计算在高校综合改革中的应用

3.1改革传统教育模式，构建个性化学习环境

云计算带来的新的学习理念有助于将教师从繁重的技术使用负担中解放出来，从而将更多精力投入到有效的学习设计以及和学生进行交流互动上。学生不再受传统课堂的时间地点束缚，可以根据自己的时间和精力合理分配学习工作。通过自己的移动终端，在学习平台上，学生可以获取到海量资源、随时随地学习、参加讨论，以及和老师进行互动。以学习者为中心，以资源为核心的模式可以构建个性化学习环境以便支撑教师的有效教学和学生的主动学习。

3.2促进科研发展，优化人才培养模式

高校的科研工作，如课题研究、毕业设计等，存在很多以下的需求如：大数据分析、高性能计算、制图软件、仿真环境等等。在传统模式中，用户只能够通过自行购买建设来满足需求。但存在一些问题，如自身实验设备和条件不足以满足实际需求、资金不足、缺乏专人维护管理等，这些问题将直接影响和阻碍科研成果的产生。

在云计算环境下，有相关需求的教师和学生可以便捷地获取到他们所需要的硬件资源和软件资源，而一站式的交付资源模式使得师生不需操心购买、维护、更新和安装等问题。利用平台共享的资源，可以更好地促进本校科研发展以及人才培养。

3.3实现高质量教育资源共享

对于高校而言，越著名的高校往往有着更加丰富和优质的资源，而对于大部分地方高校，则存在着资源共享程度低、教育资源分配不均等问题。通过构建云资源平台，可以将大量的教育资源，如国内外公开课、校内精品课程、图书文献、备课素材、试题库等资源上传并存储在云端服务器中，教职工和学生可以轻易地通过互联网终端设备获取到所需的资源，有效地解决传统模式中教育资源不充足、质量不高、更新速度慢等问题。其次，高校资源可以向社会公众开放，让资源更广泛更有效地服务于社会，服务于终身学习。在我国教育事业建设需要大量资金，而供给相对不足的条件下，用有限的经费投入追求最大的教育产出是一个基本原则，利用现有的学校教育资源，尽可能多地为广大社会成员提供学习机会。

3.4降低高校成本投入，提高资源利用率

信息化建设初期，由于缺乏统一顶层规划设计，学校投入了大量资金购买硬件产品（服务器、存储、交换机等），铺设网络（光纤、网线）。这种模式投资十分巨大，并且由于设备的更新换代，需要持续不断的投入。而对于部门业务系统，对于其中一些阶段性应用很强的系统，如教务选课系统、迎新离校系统等，其硬件设备在大部分时间处于闲置状态，造成资源浪费。但在特定时问，却又出现负载过重，无法正常为用户提供服务的问题。这些问题同时造成机房能耗增加等问题。

云计算则能对计算资源、存储资源、网络资源进行统一控制、调度、灵活扩展，按需动态分配，当某个应用系统需要更多资源时，系统自动分配資源给该应用，使用完毕后，系统可收回资源，以便再提供给其他系统使用。这种统一管理调配的方式，提高了资源利用率，帮助高校减少信息化建设成本，从传统的高成本模式转变为低成本共享IT资源模式。

3.5消除数据孤岛，加强部门互连互通

所谓数据孤岛，是指相对独立的不同类型的资源信息系统，由于各系统间相互封闭、无法进行顺畅的信息交流，形成一个个分散、独立的岛屿。对于高校业务系统，其产生的原因主要是在建设初期，没有顶层设计和考虑，各部门分散建设发展，每个部门都有自己的数据规范，对数据有着不同的理解和定义，其次，在技术上注重硬件建设大过软件资源的建设。数据孤岛不仅导致了不同系统因独立管理而产生大量冗余数据，而且由于系统与系统之间无法进行数据关联，特别在大数据时代无法对数据进行有效的科学分析，严重影响到学校的管理和决策。

云计算技术能够解决因为校各部门自建业务系统数据库而造成的信息孤岛问题，增强了协同性、资源共享性，使得各部门统一数据、互联互通、及时传递消息、共享学校资源，实现各部门的均衡发展。云平台同时能够保证业务系统的稳定性和可靠性，不会出现因为某台物理机宕机而造成的整个业务的中断。

3.6简化运维管理，提高故障处理效率

在传统模式中，由于分散建设，导致物理资源分布在学校各处，未进行统一管理维护，如果发生意外情况，业务中断不能及时报警，管理人员很难准确定位问题所在。而一个统一的云资源管理平台能够让管理人员更加便捷、智能、安全地统一管理计算、存储和网络3大物理资源。

3.7提供更加安全、可靠、高效的办公和学习条件

通过云计算平台提供的桌面云，学校只需要在每个需求点，如办公室、实验室、教室、机房等，配备相应的终端设备，节约了传统部署方式中的大量硬件设备投入。对于每個应用场景，桌面云可以进行按需定制，意味着不需要再为不同的专业建设不同的实验室、机房，也不需要考虑硬件设备的更新换代问题。教师和学生不需要再去考虑硬件更新换代、软件安装升级、电脑查杀病毒等问题，这些都可以由管理员来统一完成。

而云盘则可以帮助用户更加快捷地管理自己的资料和文件。在传统模式下，教师和学生通常将很多常用的资料存储在个人移动存储设备中。但是带来的问题是，由于用户缺乏安全意识、设备未及时更新漏洞，伴随着频繁的更新数据、拷贝资料等行为，导致木马和病毒在内部网络广泛传播，最终造成硬件设备使用不便、重要数据丢失、甚至在不知情时个人设备被不法分子所利用等后果。私有云盘则能够替代传统数据存储备份介质，每个用户都有一个自己的账号，拥有数十GB甚至更大的存储空间。用户只需要将常用的文件上传到自己的云盘中，当需要使用时，登录自己的账号，文件就可以随时下载使用。云盘也支持多终端的访问，不论是学校的共用计算机，还是自己的手机、平板电脑、PC机，都可以快速访问云盘，得到自己想要的数据，对于用户十分便捷易用。同时数据中心的安全机制以及备份机制，用户不再担心数据的破坏、盗取以及丢失。

4结语

综上所述，随着国内外各大公司的积极研发投入，云计算逐渐成为了一种发展迅速的新兴服务模式，如何将其更好地运用于高校综合改革中，解决实际应用中所面临的挑战和问题，成为了急需解决的问题。但是随着技术的日趋成熟，云计算技术必定能够助力高校综合改革，大力推动人才培养。