基于校企联合的实验室云教学平台建设方案

赵晓娟 赵钦

国务院在“全面落实立德树人根本任务”中强调，要支持本科生和研究生提前进入企业开展创新活动，引导学生创新创业。然而随着企业对高等人才创新意识与应用能力的需求的提高，当前计算机实验室的硬件服务器资源及网络环境已难以支撑多种试验系统的教学活动要求。云计算技术以其资源利用率高且按需分配的特点，已受到国家教育部、司法部及军队的高度重视。同时，由于云计算技术具有数据集中存储、安全可控、管理集中统一、可用性高、可扩展性好、负载均衡等多种优点，已在各行各业中得到广泛应用 。将云计算机技术应用与高校实验室教学当中，以虚拟云桌面提到当前独立的操作系统，可以为高校实验教学提供更加便捷高效的实验教学管理。通过校企合作培养模式，建立校内外实训基地，在课程过程中，可以由企业高级技术人员及专业教师对学生进行多重指导，进而提升高校的整体实验教学质量。

一、云平台与桌面虚拟化技术

云平台在本质上为借助云计算技术为计算机提供硬件与软件资源的服务平台。云平台在教育领域的应用通常表现为通过校园网对校内计算机软件资源进行统一管理的平台。其在为用户提供计算、数据传输和存储服务的同时，也可通过网络向用户供给所需求的云端硬件与软件资源。桌面虚拟化技术则为通过云端服务器对网络覆盖范围内的设备资源进行集中管控和分配调度的系统架构。基于该系统架构，用户可从服务器端获取所需的存储空间、软件系统和虚拟内存，并在终端显示设备进行输出。将云平台技术与桌面虚拟化技术相结合并应用于高校计算机实验教学，可以将实验数据的存储和处理在服务器端进行而仅将运算结果反馈给学生终端，并根据各学生终端的实际需求对资源进行实时动态分配，从而为计算机实验室提供更加完善便捷的教学管理服务。

二、传统高校多媒体实验室现状与问题

本校区目前拥有计算机实验室3间，学生终端数量近200台。然而对终端设备的管理仍采用为每个终端安装多个操作系统，并利用教学管理软件来保护硬盘读写的模式。当前的管理模式在信息化教学实践中存在以下问题。

1.实验室建设成本高。随着科技水平的快速发展，实验教学软件对硬件设备的配置要求逐步提升，大量终端设备的集中更新换代导致高校计算机实验室建设投入巨幅上涨。另外，由于计算机实验室往往需同时服务于多学科的信息化实验教学，多种教学软件的特异化需求也为终端硬件设备提出了更高的要求。同时，由于部分设备间存在性能差异，因此往往需要投入大量的成本用于计算机实验室的维护管理与设备维修。

2.维护管理难度大。由于本校计算机实验室需同时承担土木工程、机械设计、软件工程等多个学科的实验内容和不同的教学任务，不同实验教学目的与教学内容对计算机应用环境的需求存在差异，导致每台终端设备需同时部署多款实验教学软件。基于当前对计算机实验室所采用的管理模式，各终端设备中普遍多个操作系统共存，在影响计算机运行速度的同时，多个系统间的不稳定因素也极大地增加了实验室管理人员的工作难度。由于本校现设有三个计算机实验室，因各实验室建设时间不同，终端设备间硬件异构十分严重，各实验室中学生终端相对独立，计算机出现故障的情形也各不相同，差异化严重的维修调试工作在给实验室的运维管理带来不便的同时，也使得排课及统一维护需耗费较多的时间和精力。此外，为保护学生终端设备硬盘，其计算机每次启动都会进行系统地还原，由此导致教学系统和实验软件的安装及更新都需先在母系统上安装后，再以网络同传的方式对其余计算机进行统一部署。然而由于实验室中各计算机的硬件配置和同传管理软件版本并不完全一致，这就导致了不同型号的计算机需要分批部署，逐台安装，严重影响了实验室管理工作的进行。

3.数据安全性差。学生在上机操作过程中，由于学生网络安全意识不强，终端设备的数据和系统安全性面临着各类威胁，学生所携带的移动存储设备也为网络病毒的入侵提供了途径。此外，还原系统的存在使得学生在课堂实验中所取得的实验数据不能存储在所操作的计算机中，导致课程教学的延续性受到影响，而反复多次的硬盘擦写操作也使得设备的使用寿命大大降低，为教学数据的丢失埋下隐患。

三、建设方案

1.在硬件配置方面。基于企业对综合创新型人才的迫切需求，结合本校现有多媒体实验室实际特点，本文设计了基于桌面虚拟化技术的虚拟云实验教学平台建设方案，在硬件配置方面主要包含以下模块：①服务器：基于本校现有多媒体实验室规模及设备资源，依据各计算机实验室教学活动规模，购置部门级服务器一台作为主节点运行虚拟云平台系统，现有两台高性能服务器作为从属节点提供运算空间及硬件支持。服务器部署于本校服务器机房内，其中云主机搭载着云平台软件及教学管理软件，而服务器整体承担所有学生的课业及相关信息，实现对实验室内所有学生终端的综合管控。②云终端：云终端通过校内局域网与教师端及服务器端进行连接，从而获取虚拟桌面操作系统，而终端本地操作系统不对学生授权开放。由于计算机实验室实验教学内容不同，因此本方案分批次分别购置瘦客户机作为学生终端显示设备。

2.在系统建设方面。本方案采用OpenStack虚拟云平台系统，依据本校计算机实验室现有网络环境、硬件设备及应用架构搭建虚拟云试验教学平台，从而避免在构建过程中的大范围系统改造，降低系统的复杂度和建设成本。该系统主要包括以下模块。①系统环境布置模块。实验教学系统的环境即实验教学应用程序所需的运行平台。系统环境布置模块用于对不同实验教学软件所需的特定运行环境进行搭建。同时依据实验教学科目和内容对所搭建的运行环境进行统一管理。②实验教学管理模块。实验教学的管理模块用于对包括实验大纲、课时安排、教学任务、过程监控等内容的管理。在每学期开学前，管理人员可通过该模块对本学期所需在各計算机实验室进行的实验教学活动的课时安排、排课情况、实验内容等信息进行管理，并为教师提供特定实验教学任务的预约窗口。在网络环境搭建方面，服务器与实验室云终端之间通过网络平台、交换机、路由器组建局域网，为了满足实验教学要求采用千兆网组建教学网络。

四、结语

校企联合已成为高校办学育人的重要模式之一，本文就高校实验室云平台的建设展开相应的研究，从技术应用、当前多媒体实验室现状及虚拟化教学云平台建设流程等多方面展开研究内容的论述，仔细分析在实际应用中存在的问题并基于本校多媒体实验室实际情况提出虚拟化云桌面的建设方案，与校外企业联合共建创新创业实验室，由企业进行部分硬件或软件的赠送，搭建与企业、教师、学生科研项目沟通和互动平台，为学生提供进一步的实验环境和创新创业模拟环境，切实提升高校实验教学的整体质量。[基金项目：西安理工大学教育教学改革研究项目，课题编号xjy1858。]

（作者单位：西安理工大学）