论计算机实验室信息化建设的研究与实践

朱鹏飞+王英奎+郭洪亮

摘 要： 高校实验教学是培养学生创新应用能力的重要环节，而高校实验室则是高校教学，科研成果的重要产生场所和转化基地。随着信息化时代的全面来临，对高校计算机实验室的管理与维护也打破了过去时间和空间的限制，因此如何积极推进计算机实验室的信息化建设也就成为当前各高校实验室建设中的重要组成部分。本文将以天津大学仁爱学院计算机科学与技术系下属计算机教学与实验中心为例重点阐述实验室信息化建设的研究与实践过程。

关键词：实验教学 实验室管理 计算机实验室 信息化建设

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2017）07-0123-02

一、引言及研究背景

高等院校是以培养高素质的应用人才为目标，是培养现代化建设人才的摇篮和科学研究的先导，而实验教学则是培养学生创新应用能力的重要环节，高校实验室则是教学，科研成果的重要转化基地[1]。另外伴随着全面来临的信息化时代，各高校也逐步把各类与计算机相关的实验课程加入到高校课程建设的重点工作当中来，通过对计算机实验室的管理与维护打破了过去时间与空间的界限，极大的提升了管理教学效率[2]。因此为了积极推进计算机实验室的信息化建设，使其顺应目前高教信息化的发展趋势，必须采用现代化的网络及信息技术实现高校各类优质实验资源的共享以及实验室信息化的建设与管理，并建立起高效的实验室信息化管理模式，从而使实验室的作用得到充分的发挥。

具体到本部门计算机教学与实验中心，本中心隶属于天津大学仁爱学院计算机科学与技术系，是我校公共计算机实验室，主要负责承担全校计算机公共基础课程以及各系与计算机相关的各类专业课程的上机实验工作，另外本中心实验室还承担各类校内外的课程设计、实习、上机竞赛、考试等工作。每学年本中心都会承接50门左右的各类上机课程及实验，各类上机机时每学年都在30万机时左右。本中心是学院重要的实验中心之一，在将近10年的发展建设中一直得到了学校相关领导的关怀与重视，在实验室信息化、网络化的建设中也取得了一定成果，并在2014年本中心以主要参评组成部门获批成为“天津市普通高等学校实验教学示范中心建设单位”，从而使本中心实验室的建设进入到一个全新的阶段。

二、信息化建设的现状与目标

目前本中心的实验室信息化建设虽已取得了部分成果，但还存在一些问题和亟待改进的地方，其信息化建设实践的步伐与目前的“实验教学示范中心”还有差距。例如在有的信息数据的管理上还处在原始的人工管理方式，已经实现信息管理的部分还停留在C/S的管理模式，其信息数据的管理仍受到很多制约。

根据以上所面临的一些问题，本中心要做的工作还有很多，可大致分为以下几个方面：

1.实验室的实验课程预约还是人工方式，使实验室管理人员的工作过于繁琐低效，实验任课及指导教师和学生也不能直观的知晓相关实验课程的具体情况。这是本中心信息化建设需要重点改进的方面。

2.教学资源的发布共享，师生网上交流互动等功能目前还处在C/S管理模式，受到时间地点的制约，从而无法有效的体现网络的实时性优势和提高相关实验课程的教学效率。

3.虚拟化云端技术是今后实验室建设发展的一个重要组成部分和趋势，本中心实验室虽已配置一个虚拟化云端实验室，但目前使用率过于低下，也存在一些急需解决的实际问题，如虚拟系统性能过低，如何进行软件安装，与中心信息化建设中其他项目模块的对接问题等。

4.实验室设备管理，目前本中心的各类实验设备信息虽已初步实现了信息化的管理，但各类设备信息还需进行进一步的整理汇总并添加一些统计、查询等方面的处理，能够充分体现本中心的设备实际使用情况，使各类相关的设备信息更加清晰明细，从而使实验室管理人员的管理工作更加简洁高效。

三、信息化建設的具体研究内容

1.实验课程网上预约系统的研究与调试

这是整个实验室信息化建设中重点研究实践的内容，通过有效的网上预约使实验室管理人员过去人工安排管理实验课程的操作转化为网络信息化的管理，从而极大的提高了本中心管理人员的工作效率。经过一段时间的研究与调试，网上课程预约系统已经基本实现的功能如下：

1.1教师和系统管理员可通过简单的注册（如填写真实姓名，联系方式，邮箱地址等信息）即可成为系统的用户，教师通过网上预约系统完成课程预约并等待管理员审核确认。管理员也可将教师通过其他方式预约的上机课程信息输入到预约系统中，并进行添加、修改、更新、删除等处理。教师可以查看并修改自己的上机安排。

1.2教师可以通过预约系统在每次上机实验课前发布自己本次课程的实验内容，可让学生们提前进行预习，从而可有效的提高实验课程的教学效果，提高教学效率。

1.3学生用户可通过输入自己的正确学号登录预约系统查看相关的信息，如所上的上机实验课程的时间，地点，每次课程内容等，从而针对的做出相关预习，提高学习效果[3]。学生用户还可以通过此预约系统提前知道哪些实验室或计算机机房空闲可供自己上机使用。未来还可根据实际情况为学生们开放部分预约权限，学生用户可根据需要自主预约各类实验课程、课程设计、毕业设计等。

1.4其他的一些附属功能，如一些通知信息（例如失物招领信息等）的发布，还可提供一些软件和教学课件的下载等。

2.师生交流，教学资源共享功能的改进

针对以前实验室教学资源的发布共享，师生交流等功能还处于C/S管理模式，从而受到时间、地点等方面的限制。本中心的工作人员进行了相关方面的改进实践与调试，将原先C/S管理模式改进为B/S模式，即通过在浏览器直接输入相关服务器的网址，教师即可通过自己的权限将教学课件或软件放到自己的权限空间内供学生们下载使用，也可通过网络随时随地查看批改学生提交的作业，极大的节省了时间并提高效率。学生通过这种B/S模式也可随时实现对各种教学资源的下载使用，随时提交自己的课程作业，从而能够达到很大的时间空间上的自由度，极大的提高自身的学习效率。实验室管理人员通过这种管理模式也可以实现对整个实验室的各类教学资源进行有效系统的管理。

3.虚拟化云端实验室的建设

云端虚拟化服务是一种通用型的云端运算解决方案，透过此方案可大幅简化用户端桌面与应用程序的管理与更新，进而降低管理成本并提高资料保存的安全性，大大降低设备和人员的管理维护成本[4，5]。

本中心于2014年7月建立虚拟化云端实验室，9月正式投入使用，是我校为实现云端桌面虚拟化，建设新时代云计算实验室的代表之作。本中心的虚拟化实验室经过不断的建设、整合、维护与优化，已经在本中心的各项教学活动中发挥了重要的作用。因篇幅所限，故虚拟化实验室的管理维护只介绍一些主要的常用方面。

计算机中心虚拟化云桌面实验室根据桌面云E-VDI基础架构搭建，充分利用云主机计算能力、存储空间，提供基础设施服务层次上的云计算服务，在平台架构和技术形态上，实现高弹性，易于扩展，高可用，统一管理调配的IT服务资源平台。E-VDI提供的Linux系统内置了Linux版客户端，可以通过光盘将Linux系统安装到云终端，即可以使用客户端登录，目前机房使用的就是Linux客户端。

E-VDI管理界面提供所有对于该教育桌面云产品的操作。包括对主控节点和计算节点的一些操作。登录后主界面包括概要、管理系统操作列表、常用的操作快捷方式、全局硬件信息、平台预警信息等等。操作列表中包括资源池、桌面、模板、终端、用户、监控、排课、系统等功能项。在机房管理中常用的是桌面项和模板项。桌面分教学桌面和个人桌面。教学桌面主要用于机房教学工作。该选项包含目前系统中所有的教学场景、所属教室、场景的开启和关闭状态、关联的桌面数量、使用的桌面模板、硬件模板和还原设置等。个人桌面用于教师办公使用。

教学模板制作：制作模板时管理平台需先上传对应的系统镜像，制作时共分五部分，参见如下步骤。第1步，选择系统。第2步，配置虚拟硬件。第3步，确认信息。第4步，安装系统。第5步，另存为模板。软件安装：选择编辑模板，进入模板系统，安装软件后选择更新模板，最后选择更新桌面，便可以统一变更机房内终端的系统内容。

机房内机器IP地址和计费服务器在同一个网段即可通信。上网通过学院计费网关设置上网IP范围，该范围内的机器上网时自动弹出网络登录界面。连接FTP服务器，要在Linux服务器上配置端口转发，把访问外网地址的数据转发到内网服务器地址上即可访问FTP服务器。连接中心实验室的计算机基础课程练习及考试服务器，具体方法为将考试服务器的IP地址修改为与虚拟实验室同在一个网段，并使更改后的服务器IP地址与考试系统进行设置绑定，将考试服务器连接到交换机的VPN设置处，完成这些操作后即可实现正常的连接。

虚拟机房目前承担学院的一些基础课教学工作，运行基本教学软件（如Office、VC等）还算流畅。但是对于大型软件（数据库、设计软件等）支持不太好，主要原因是系统资源分配不足和该产品图形加速功能欠缺造成的。目前使用中遇到的问题一是终端盒子开关设计有问题，长时间频繁使用容易损坏，影响开机。二是盒子散热和噪音控制不太好，希望以后产品能改进相关功能。还有个别客户端的故障问题主要是由于非正常关机造成的无法进入虚拟终端下的Windows系统。可通过重新启动客户端或者重新配置客户端相关的信息，如机器名，IP地址等使客户端恢复正常启动。

经过对虚拟化云桌面实验室的维护优化工作，使本中心教学设备、实验教学、实验室管理上了一个全新台阶。今后本虚拟化实验室还将进一步承担更多的课程与考试，更好的为教学实验服务，使本中心实验室管理全面推向云管理模式，打造绿色环保的教育教学环境。

4.实验室设备管理信息化

高校实验室的各类仪器与设备是开展课程实践教学和科学研究的重要物质保证，也是保证教学质量和科研水平提高的重要物质基础。为了精确细致的掌握了解设备仪器的运行配置状况，使仪器设备的使用潜力得到充分发挥，从而使设备的使用率得到最大限度的提高，本中心根据自身情况，与其他部门在数据共享方面密切合作，综合利用计算机技术，数据库技术，网络技术等对本中心实验室的设备进行了统一系统的信息化管理。通过对实验设备名称、规格型号、性能技术指标、所属实验室、购置日期等信息的实时动态的管理，基本实现了实验室设备资产的信息化管理，使实验仪器设备在日常教学，科研和管理工作中发挥了巨大的作用。

四、结束语及未来发展规划

本中心实验室是整个计算机教学与实验示范中心的重要组成部分，其信息化建设的几个主要模块，即实验课程网上预约，教学资源共享，虚拟化云端实验室管理，实验室仪器设备管理等，这几部分并不是孤立存在的，而是一个相互联系的有机建设整体。这个整体的建设预期效果已基本实现了以B/S结构为主的系统化的信息数据管理，进而实现了一点带动多点，促进了整个实验教学示范中心信息网络化的建设。其每一部分所实现的功能以及预期效果在前面的内容中已经提及，这里不再阐述。

本中心的信息化建设未来可扩展到中心所在系其他专业实验室，并将其纳入到本中心的信息化管理中来，甚至可与其他系的实验室实现某些功能项目的对接和各种教学资源的数据共享。本中心的信息化建设也会根据未来实验教学课程的发展而增加新的功能模块，例如可与MOOC，SPOC等新型教学模式联系，参与建设相关MOOC的教学平台。未来还可与学校建设的一些网络考试、网络竞赛等平台实现一些功能上的对接，并提供相关辅助功能等。

参考文献

[1]周艳荣，张玉莲，刘松平. 高校实验室信息化建设的思考与实践[J].中国电力教育，2011，（32）：30-31.

[2]赵宇清. 高校计算机实验室信息化管理的实现.2016-09：232

[3]张丽莲. 基于信息化手段的实验室管理模式探索[J].实验室研究与探索，2010，（7）：152-154

[4]徐林，卢广宇，杨凯，郭龙钢. 远程开放式云端虚拟实验室建设初探[J].教育教学论坛，2014，（43）：254-256

[5]张小波.应用型高校实验室信息化建设初探[J].高教高职研究，2015，（96）：144

作者简介：朱鹏飞（1982.10-），硕士研究生学位，天津大学仁爱学院计算机科学与技术系所属计算机教学与实验中心实验教师，助理实验师。

王英奎（1982.8），硕士研究生学位，天津大学仁爱学院计算机科学与技术系所属计算机教学与实验中心教师，助教。

郭洪亮（1982.10），碩士研究生学位，天津大学仁爱学院计算机科学与技术系所属计算机教学与实验中心实验教师，实验师。