基于华为云的云计算课程实践教学探索与研究

刘成明 赵伟 庞海波 李玮玮

摘 要：掌握云计算专业技术原理、动手能力强的专业人才在业界面临广泛需求。云计算是一门应用性很强的课程，如果只在课堂上讲授云计算的技术原理而不进行实践操作无异于纸上谈兵。郑州大学网络空间安全学院在云计算课程的讲授过程中，以“华为—智能基座”产教融合协同育人基地项目为基础进行了课程合作建设，结合华为鲲鹏云平台和华为云学院沙箱实验室开展实践教学，理论联系实际，将课堂讲授理论与课下实践相结合，既促进了学生对理论模型的理解，又锻炼了动手操作能力，取得了较好的教学效果。在新工科的背景下，实践探索了一条可行的产学研融合的方法。

关键词：云计算；华为云；智能基座；沙箱实验

Exploration and Research on Practical Teaching

of Cloud Computing Course Based on Huawei Cloud

Liu Chengming1 Zhao wei1 Pang Haibo1 Li Weiwei2

1.School of Cyber Science and Engineering，Zhengzhou University HenanZhengzhou 450000；

2.Principal's Office，Zhengzhou University of Finance and Economics HenanZhengzhou 450000

Abstract：Cloud computing is a highly applied course.If we only teach the technical principles of cloud computing in class without practical operation，it is tantamount to talking on paper.During the teaching of cloud computing course，the school of Cyber Science and Engineering，Zhengzhou University carried out the course cooperation construction based on the "Huawei smart base" industry education integration collaborative education base project，carried out practical teaching in combination with Huawei Kunpeng cloud platform and the sandbox Laboratory of Huawei cloud college，integrated theory with practice，and combined classroom teaching theory with practice，It not only promotes students' understanding of the theoretical model，but also exercises their handson operation ability，and achieves good teaching results.Under the background of new engineering，a feasible method of industry university research integration is explored.

Keywords：Cloud computing；Huawei Cloud；Smart base；Sandbox experiment

隨着云计算繁荣发展热潮，市场对云计算专业人才的需求日益强烈，尤其是掌握前沿技术动态、动手实践能力强的高端应用型复合人才已成为需求主体。高等院校作为国家中、高端人才的培养基地应该如何顺应这一发展趋势，在高校课程体系建设中结合行业需求培养出具备大数据与云计算相关技术的高素质人才，已经成为当下高校教师和相关人员的一个相当紧迫的任务。中国的云计算教学在近年来得到了迅速的发展，越来越多的高校和教育机构开始开设相关课程，涵盖了从基础理论到实践操作的全方位教学内容。一些国内知名高校如清华大学、北京大学等都已经开设了云计算相关课程，并且一些高校也开始针对云计算行业的需求开设了相关的研究生课程和硕士专业。此外，国内的一些云计算服务商和IT企业也开始提供与云计算教学相关的培训和课程，例如华为云等。

1 概述

云计算是一种基于互联网的计算模式，通过虚拟化技术将计算资源、存储资源和网络资源等以服务的方式提供给用户，用户可以根据需要随时按需使用这些资源，而无须投资建设自己的计算设备和网络设备。云计算的基本思想是将计算和存储等资源作为一种服务提供给用户，用户只需要根据自己的需求选择合适的服务并支付相应的费用即可使用，无须关心底层的硬件和软件的细节。

2003年至2006年间谷歌发表了3篇论文阐述了其云计算平台的三大关键技术，推动云计算成为全球关注度最高的IT词汇之一。云计算是一种商业计算模型，它将一些大型服务器集群，包括计算服务器、存储服务器和带宽资源等集中起来，并通过专门软件实现自动管理。用户可以动态申请部分资源，支持各种应用程序的运转，无须为烦琐的细节而烦恼，能够更加专注于自己的业务，有利于提高效率、降低成本和技术创新。紧随谷歌等云计算服务商之后，我国大型IT企业如华为、百度等纷纷提供云计算服务，促使国内云计算应用市场进一步发展成熟，市场空间显著扩大。

目前云计算课程教学的现状如下：

（1）缺乏有效的云计算教学实验平台。云计算课程体系庞大，技术面覆盖硬件部署、集群配置、数据获取与存储以及各种算法平台的安装与部署。云计算教学实验平台的配置与部署复杂度远高于在PC机上安装操作系统和应用软件。

（2）学生的自主学习积极性不高。由于缺乏有效的云计算教学实验平台，目前一部分学校的云计算实验通常采取的方法是在PC机上安装若干台虚拟机来模拟几台服务器并安装Hadoop、HBase、Yarn、Spark等工具。但是PC机硬件资源有限，安装三台以上虚拟机后运行非常卡顿，致使实验时间变长，影响了学生的学习兴趣，甚至部分同学放弃了实验项目。因此缺乏学生实践操作的云平台，课堂上所讲的云计算理论终究是纸上谈兵，无法转化成真正的云计算平台上的应用能力。

（3）云计算师资队伍建设相对滞后。信息技术日新月异，而云计算又是一种新兴的商业计算模型，部分老师的知识储备不能应对现在飞速发展的信息技术，同时云计算师资培训也存在诸多不合理的现象，因此导致不能很好开展云计算课程教学工作［1］。

（4）课程体系设置不合理。传统的云计算技术的教学和实践，基本上以虚拟化技术和云平台运维为主，无法从根本上改善和提升云计算课程教学质量和教学效果［2］。

2 云计算课程体系结构

云计算课程主要旨在帮助学生了解云计算技术的基本概念、原理、应用和未来发展趋势，同时培养学生的实践能力和解决问题的能力。云计算的学习主要包括：

云计算概述：介绍云计算的定义、基本特点和架构，以及云计算与传统计算的区别。帮助学生了解云计算的背景和基本知识。

云计算基础技术：讲解云计算中常用的虚拟化技术，如虚拟机、容器等，以及云计算中常用的存储、网络、安全等技术。让学生了解云计算的技术特点和实现原理。

云计算服务：介绍云计算服务的分类、应用场景和特点，例如基础设施即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）、软件即服务（SaaS）等。让学生了解云计算的各种服务类型及其應用场景。

云计算平台：介绍各类云计算平台的特点和应用，例如Amazon Web Services（AWS）、Microsoft Azure、Google Cloud Platform（GCP）、阿里云等。

云计算应用：介绍云计算在各个领域的应用场景，例如电子商务、移动互联网、医疗保健、金融等。让学生了解云计算在实际应用中的价值和意义。

云计算安全：讲解云计算安全的相关概念和实践，例如网络安全、数据隐私保护、访问控制等。让学生了解云计算的安全问题及其解决方案。

云计算管理：介绍云计算的管理方法和实践，例如云资源管理、成本管理、性能管理等。让学生掌握云计算的开发和运维技能。

云计算未来发展：讲解云计算技术的最新进展和未来趋势，例如边缘计算、多云架构、人工智能等。让学生掌握云计算前沿领域与最新进展，培养学生科研兴趣。

云计算课程的实验内容可以包括以下几个方面：

云计算基础实验：介绍云计算的基础知识、云计算平台的搭建、虚拟化技术的原理、虚拟机的创建与管理、云计算应用的部署和管理等。

云计算平台实验：针对不同的云计算平台（如AWS、Azure、Google Cloud等），介绍其基本架构和功能，包括虚拟机、存储、网络、安全等方面的实验。

云存储实验：介绍云存储的基本概念和技术，包括对象存储、块存储和文件存储等，以及云存储服务的使用和管理。

云计算安全实验：介绍云计算安全的基本概念和技术，包括网络安全、数据安全、身份认证和访问控制等，以及云安全服务的使用和管理。

大数据处理实验：介绍云计算中的大数据处理技术，包括分布式文件系统、分布式数据处理框架等，以及云计算平台中的大数据处理服务的使用和管理。

容器化实验：介绍容器化技术的基本概念和技术，包括Docker和Kubernetes等，以及在云计算平台上部署和管理容器的实验。

3 华为云计算及教育推广

华为在云计算发展初期即开始布局云计算，目前华为云计算经历了从初创期到起步阶段、加速发展和智能时代的开启，再到全面布局的发展历程，不断推动着中国云计算行业的进步和发展。

2011年，华为在中国成立了云计算中心，并发布了云计算解决方案。随后，华为云计算从起步阶段进入智能时代，并进行全面布局。2020年，华为云发布了全球首个基于AI的公有云服务Atlas 900，进一步加强了自身在人工智能领域的实力。同时，华为云也在大数据、物联网等领域进行全面布局，成为全球领先的云计算服务提供商之一。

华为一直以来都非常注重云计算教育的推广和普及，通过各种方式和渠道向社会推广云计算的相关知识和技术，促进云计算行业的健康发展，并为企业和个人提供全面的云计算服务和解决方案。华为与多家高校和培训机构合作，开设了多种云计算相关的课程和培训项目，如华为云大学、华为云认证课程、云计算专业、云计算工程师等。华为举办了多次云计算技术交流会，邀请了业内专家和学者，分享最新的云计算技术和应用案例，这些交流会也为业内的专业人士提供了一个交流和合作的平台。华为发布了多份关于云计算市场和技术趋势的研究报告和白皮书，为行业发展提供了有价值的参考和分析。华为还每年举办云计算大赛，旨在提高学生和企业在云计算领域的技术和应用能力。

4 云计算实践教学

除了理论和技术的讲解，我们利用多种手段经过教学实践，使学生了解如何使用云计算和云存储，认识分布式系统和云架构在计算机应用中的作用，了解大数据处理流程，领会其基本思想和分析与解决问题的思路。

为了让学生进一步提升云计算课程的实践效果，本课程采用两种方法来创建云计算的实验环境。第一种是利用教育部—华为“智能基座”产教融合协同育人基地项目提供的服务器构建华为私有云；第二种是利用华为云学院免费提供的沙箱实验室，提升云计算课程的实践效果。根据教育部—华为“智能基座”产教融合协同育人基地共建协议，华为为我校赞助四台弹性云服务器（ECS），配置华为私有云平台环境，并将其中一台绑定弹性公网IP地址（EIP），这样可快速通过参数设置配置好一个小型服务器集群，并可通过操作系统镜像快速安装操作系统。基于此小型集群，可在云计算课程的实践课上进行Hadoop集群部署、Hbase集群部署、Hive、Spark等实践操作。

为了让用户快速体验华为云服务，利用华为云学院免费提供的沙箱实验室，进一步提升学生的在线体验云计算的实践效果。沙箱实验室是轻量級的华为云官方实验平台［3］，共提供了75个实验项目，涵盖云计算、大数据、人工智能、物联网和安全等多个领域。用户可一键创建实验环境，并根据实验手册指导，快速体验华为云服务，在云端实现云服务的实践、调测和验证。

本课程从华为云沙箱实验室中选取如下几个典型实验，要求学生动手完成：10分钟快速入门ECS、基于华为云鲲鹏弹性云服务器部署Web应用、MapReduce服务初体验、基于Spark实现车主驾驶行为分析等。通过入门ECS操作，掌握弹性云服务器的创建登录、弹性云服务器的规格调整以及弹性云服务器的删除。通过部署web应用，使学生掌握在云平台搭建网站的基本方法。通过MapReduce实验，使学生掌握MapReduce进行数据并行处理的原理及具体操作方法。通过车主驾驶行为分析实现，使学生掌握基于Spark的分布式内存处理组件的使用方法和通过大数据分析来挖掘车主的不规范驾驶行为的具体实战体验。

相较于直接在云平台上开展实验，利用华为沙箱实验室进行实验教学有以下优势：

（1）省去环境配置的烦琐过程。在传统的实验教学中，学生需要自己配置实验环境，包括安装各种软件、配置参数等，这是一个烦琐而容易出错的过程。而利用华为沙箱实验室，学生只需要登录虚拟机，即可开始进行实验。

（2）提供高效稳定的实验环境。学生可以随时登录虚拟机进行实验，不受时间和空间的限制，同时也不会对教学机房的硬件资源造成压力。

（3）提供丰富的实验资源。华为沙箱实验室提供了各种开源软件和云服务的实验资源，包括Hadoop、Spark、Kubernetes等，可以满足不同课程的实验需求。

（4）降低教学成本。利用华为沙箱实验室进行实验教学，可以降低教学成本。教师不需要购买和维护昂贵的硬件设备和软件许可证，同时也可以节省教师和学生的时间和精力。

结语

我校软件工程专业研究生的云计算课程的教学实践，以及学生通过在华为云平台和华为云沙箱实验室的实践操作，不但加深了对云计算相关理论的理解，而且大大提升了云计算平台的实际动手能力，使学生在云计算的实际操作应用中得心应手，而且为学生在未来大数据与云计算的更高层次奠定坚实基础。在新工科的背景下，我校实践探索了一条可行的产学研融合的路径。

参考文献：

［1］梁弘宇，罗良好.云计算专业的教学实践案例分析［J］.电子技术，2021，50（05）：6263.

［2］田红，杨晓英，马志妍，等.浅析基于校企合作的高职院校云计算技术与应用专业建设——以甘肃交通职业技术学院为例［J］.教育教学论坛，2018（49）：3435.

［3］华为沙箱实验室，https：//lab.huaweicloud.com/testList.html.

基金项目：2022年本科高校研究性教学改革研究与实践项目（2022SXJXLX006）；2022年河南省研究生教育改革与质量提升工程项目（YJS2022ZX04）

作者简介：刘成明（1979— ），男，汉族，山东沂源人，博士研究生，副教授，研究方向：计算机视觉、工业互联网云计算。