高校智慧实验室信息化平台构建中云计算技术的运用

[摘 要]在高校智慧实验室信息化平台中，为了加深云计算技术的应用，文章简单分析了云计算技术的概念以及基本特征，并分别从资源灵活、成本节约、统一管理等方面，分析了云计算技术在智慧实验室信息化平台中的应用价值。文章立足于云计算技术在智慧实验室信息化平台中的应用，研究信息化平台的基本功能以及系统组成。

[关键词]高校智慧实验室；信息化平台建设；云计算技术；应用

随着我国教育信息化的持续深化，高校为了全面提高实验教学的资源配置效率，将有限的教学资源运用到不同领域教学过程中，实验室的信息化建设管理水平提升已经成为了必然要求。高校需要在实验室管理过程中持续深化云计算的技术这类现代信息技术成果的应用，促进校内智慧实验室的建设和发展。从某种程度上看，高校建立的智慧实验室是一种包括实验室管理、环境安全监测、分布式储存等多项功能在内的现代化教学实验室，能够促进实验教学以及软硬件资源整合优化方面的任务落地。在高校传统的实验室管理过程中，教学过程都是需要人工进行记录和管理，工作效率和质量都无法得到保障。随着现代信息技术的持续发展，实验室的管理工作也可以利用现代信息技术提高管理水平。本文基于云计算技术视角研究了智慧实验室信息化平台的具体功能以及组成，为高校智慧实验室的建设和发展提供参考。

一、云計算技术概述

（一）概念

云计算是以互联网技术作为基础形成的服务增加、使用和交互模式，可以借助互联网平台为用户提供所需的虚拟化资源，并且这些资源内容带有明显的动态易扩展性特征[1]。狭义层面的云计算是以IT基础设施的交付和使用模式为主，各主体可以通过网络平台，根据个人的需求和容易扩展的方法获得各项资源。广义层面的云计算则是包括了服务交付、使用模式，是各主体利用网络平台获得所需服务的方法。随着我国云计算技术的持续发展，云计算服务的层次结构可以分为基础设备、平台和软件三个部分：底层的基础设备是以硬件等物理设施和虚拟技术为主，平台则是包括了最为典型的Google App Engine、Windows Azure等云平台，最上层的软件是以典型的GMail、Live Service等为主。

（二）特点

与传统的计算机模式相比，云计算技术具备如下几项基本特征：一是虚拟化特征。用户在利用云计算平台获取硬件资源、计算能力、网络资源的过程中，可以使用虚拟化技术，确保用户能够摆脱时间和空间限制，利用网络浏览器随时随地获得各种资源，借此满足个人的使用需求[2]。二是定制灵活性的服务。云计算技术可以通过信息化平台的建设，以用户的需求作为核心，为其提供相应的资源和服务体系。用户只需要搞清楚个人的发展需求，而不需要关心资源所在的位置以及获取方式，信息化平台会根据用户个人需求将最终的结果作为服务内容及时反馈。如果用户出现了需求新增或者是更改的现象，只需要对于新增定制的服务进行修改和新增便可。三是有着较高的性价比。任何现代信息技术成果的应用都需要满足人们在性价比方面的要求，简单而言，利用较低的价格获得高质量的服务。云计算技术只需要用户支付有关服务定制方面的费用，而并不需要花费大量的资金用于软硬件设备的购买[3]。四是安全可靠特性。在当下的大数据时代下，社会公众更加关注个人隐私的安全性，经过云计算技术处理的数据可以在服务器端进行储存，由计算机后台进行专业化管理，通过设置权限管理和身份认证等功能模块，保证用户可以在共享数据的同时，避免出现数据丢失以及损坏问题。

二、高校智慧实验室信息化平台中云计算技术应用的价值

一是资源较为灵活。在智慧实验室信息化平台建设发展的过程中，云计算技术是以平行计算作为核心，按照不同用户的需求进行计算任务的调度，以此为基础合理的计算分配资源，并且能够为用户提供从数据导入处整合处理、计算模型输出计算结果等多方面的服务，可以为高校的科学研究工作提供灵活性、可靠性较高的平台。

二是建设成本明显下降。在利用云计算技术建设智慧实验室信息化管理平台的过程中，资源配置流程得到简化，并可以按照相关用户需求随时调用，不需要花费较多的时间建设计算环境。平台后续的维护工作费用也得到有效控制，能够利用云服务方式进行资源的储存和计算，按照用户的需求进行调用，并不需要采购较多的硬件和软件设备。同时，云计算技术可以与虚拟化技术联合应用，在建立全新计算功能模块的前提下，保障信息化平台中的计算机物理硬件使用率能够明显提升。

三是促进管理工作的统一化发展。智慧实验室的信息化平台可以利用云计算技术进行整合统一，转变之前一对多的IT管理工作模式，利用云计算针对物理资源池化的机制统一调度，借此对入口统一管理。智慧实验室的信息化平台能够为在校师生提供必要的教学和实验服务，教学资源可以根据不同专业教学工作的要求合理进行配置和优化，在提高教学质量和教学效率的同时，促进复合型人才的培养。云计算技术通过将传统学校教育中的硬件设备、教育资源等内容容纳到数字化校园中，进行在线式的教育活动的组织、开展以及监督管理，以此提高教育工作管理的水平。

三、高校智慧实验室信息化平台中的云计算技术应用分析

（一）信息化平台的基本功能

智慧实验室的信息化平台在利用云计算技术进行建设和优化的过程中，需要具备如下几项基本功能：一是为用户提供简单便捷的操作界面以及操作方法，保证用户能够利用云计算平台满足自身的使用需求，将平台建设重心转移到业务功能方面，用户通过输入相应的关键词搜索各项资源，同时可以利用其中的计算功能模块，获取精准的计算结果以及计算模型，进一步体现信息化平台的应用价值。二是要打破地域限制，借助广域网通信确保不同资源能够在终端进行虚拟接入及共享。三是利用数据分析对于设备和环境智能进行调节，在实时监测设备开关状况的前提下，及时反映和处理各种突发事件，维护设备以及人员安全。

（二）基于云计算技术的信息化平台系统组成

以云计算技术为基础形成的智慧实验室信息化平台具体包括了基础层、平台层和应用层三个部分。基础层主要是准备用户以及平台层运转必需的各项存储和计算资源，以服务器的虚拟化和分布式储存为主。平台层主要是提供了系统开发必需的软件和硬件资源，以常见的数据库缓存、并行处理为主。最终的应用层能够为不同类型的用户主体提供必要的应用程序，有选择性地使用平台上的服务。总体而言，以云计算技术为基础的智慧实验室信息化平台架构是否能够满足信息化管理运行的需求，必须要利用云计算技术，综合考虑平台的建设需求，对其架构合理设计、调整。

1.云架构设计

一是感知层。该层的设备能够在采集信息的同时，对于各个节点进行管控，管理人员能够利用软件服务设置感知层的相关参数，设备可以对实验室内的各项信息进行采集，以最为常见的环境温度、湿度、防火、防盗检测等信息为主。同时，信息化平台可以通过控制类的节点自主完成照明控制、窗帘控制、门禁控制等多项任务。二是网络层。网络层主要是用于控制指令的传输，可以借助校园内的网络传输通道实现，通常包括了交换机、路由器和网线等部分。网络层作为整个信息化平台的数据服务中心，需要针对感知层采集的各项数据提供包括分析、处理、储存等在内的各项服务，硬件设施是以服务器、存储器为主，同时也包括了一定数量的系统服务软件。三是应用层。应用层是不同用户主体与平台进行交互的界面，也就是软件系统，用户可以利用软件设置各种系统的智能化控制参数，软件系统能够从用户的手机、平板、电脑等终端推送显示相应的信息。当下，基于云计算技术的信息化平台包含了多个级别不同的云平台，并且得以在不同区域和地区形成与主干网类似的片区云，可以为高校提供必要的资源服务。

2.平台的整体架构

基于云计算技术的智慧实验室信息化管理平台需要覆盖与实验室相关的各种网上办公和业务处理流程，以此为基础针对业务工作流程进行监管，并给出公正的评价结果，借此利用现代化管理工作方法促进多个系统之间的数据共享，为业务管理提供必要的数据支持，确保信息化平台能够为实验室管理工作提供便利。管理人员可以利用云计算技术联系实验设备和实验室的运营工作岗位以及内容，在实时获取实验信息过程数据的前提下，保证实验室的管理工作水平能够明显提升。

总体而言，信息化平台的整体架构可以分为如下几个方面：一是实验室的门禁系统。云计算技术的应用和应用能够针对实验室的管理员、系统管理员、教师等相关人员进行角色分配，可以实现利用脸谱识别以及校园卡开门的目标。同时，门禁系统能够基于校园卡的使用信息和用户的人脸识别次数进行相关人员的考勤数据查询、统计、导出，并且能够根据用户需求自主选择门禁联动。

二是电源控制系统。云计算技术的引入和应用能够促进实验室设备和照明系统的有效管理，也可以帮助相关人员进行远程控制，与门禁系统实现开门通电功能，系統后台能够对实验室的电量使用数据进行全方位的统计和分数，并形成相应的报表，针对电量超量使用的实验室可以发出警报信息。

三是视频监控系统。云计算技术应用能够促进视频直播和环境监控功能模块建立健全，具体内容包括远程教学、智能跟踪和数字音频视频处理。该模块能够通过设备的统一认证和授权，针对与平台相接的各个设备统一进行编码处理，并通过数据安全加密技术的引入，维护平台信息的安全性。

四是环境安全监管系统。该系统能够针对实验室的整体环境、仪器设备和内部人员进行全方位安全监管，针对实验室内部的温度和湿度数据及时进行回传，并促进门禁系统和智能实验管理系统二者之间的联动管理和授权，第一时间针对突发事件发出警报，并保存与之相关的各项数据，为问题解决提供真实的数据支持。

五是试验管理系统。该系统的功能包括了实验课程、教学数据、资源开发管理等方面，能够从多个层面呈现统计数据，为管理人员调整工作提供准确的数字报表。该系统能够与校内的教务系统课表有效对接，并通过账号密码的登录，为师生查找处于空闲状态的实验室提供便利，教师、学生能够根据教学安排对实验室自主进行预约。预约申请在得到管理人员审批通过之后，申请人员可按照其申请的时间和地点使用实验室内的相关器材。云计算技术应用能够通过软硬件设施的有效结合，保障各项数据能够集中进行管理，进一步彰显教学管理的信息化、模块化的发展优势。

六是分布式储存服务系统。该系统能够促进实验室数据和学校中心服务器的数据融合共享以及同步传输，建立完善的数据储存服务，系统能够高效储存、管理实验室获得的各项数据，并实施远程的同步控制。

3.网络及运行模式

以云计算技术形成的智慧实验室信息化平台是以B/S架构为基础，能够在任何平台进行操作，而不需要安装多余软件。正因如此，在高校实验室的日常管理工作中，多个校区和实验场所的管理人员需要在不同的客户端上进行操作，管理工作总量明显增加，B/S架构的引入能够全方位解决多个用户端同时访问的问题，并进行远程维护。同时，实验室信息化平台的重要部分便是基础设施，可以利用虚拟化技术管理硬件设备，为整个系统运行提供稳定的网络环境，而平台的服务部分可以通过利用公用API等函数提供必要的开发环境，建立完善的系统管理功能体系。软件服务部分可以借助基础设施部分的软件资源进行功能封装，用户只需要通过浏览器便能够使用相关的服务，感受到云计算技术在教学资源及其在数据计算方面的优势。同时，数据储存都能够在云服务端进行，有着安全可靠方面的优势。校内建立的实验室多个云计算平台可以联合形成云计算中心，将传统的平台和数据中心逐步改造为信息化云计算平台，通过实验室全局管理系统的建设，能够将多个云节点有效连接。云系统管理层可以为管理员提供与教学管理、资源配置和实验部署等日常工作相关的平台，同时提供硬件资源扩展及更新软件、提供定制实验内容等非日常维护工作服务。该平台可以保障各实验室之间的数据能够进行信息收集和共享，并且能够根据实验室特殊发展状况，提供针对性的改进和优化策略，保障高校的多个智慧实验室能够统一进行管理，降低管理人员的工作难度和总量，为学校的教研工作提供必要的资源支持。

结束语

高校智慧实验室的信息化平台建设符合新时代教育信息化发展趋势的要求。云计算技术作为现代信息技术的发展成果，不仅能够降低系统平台建设成本，而且还能够灵活应用各项资源，促进高校实验室以及相关平台的统一化管理。实验室相关管理者和建设者则需要在管理职责权限合理分配的基础上，根据学校的教学实验工作要求，不断调整信息化平台中的功能模块，以此建立较为完善的智慧实验室信息化平台，甚至可以将多个实验室的信息化平台共同组成云计算中心，进一步扩大教学以及管理工作的范围，帮助学校在降低管理工作总量和难度的同时，利用现代信息技术进行实验室以及教学工作的统一化管理。

参考文献

[1]程实，李跃华，陈晓勇，等.云计算架构下的虚拟仿真实验平台建设[J].实验室研究与探索，2020，39（12）：238-241.

[2]朴承哲.基于云计算的高校计算机实验室管理平台设计[J].辽宁师专学报（自然科学版），2020，22（4）：25-28.

[3]陆骏.云计算环境下计算机虚拟实验室平台的建设与实现[J].信息技术与信息化，2019（9）：168-170.

作者简介：刘偶偶（1989— ），女，汉族，广西桂林人，泰国格乐大学，实验师，本科。

研究方向：教育管理，实验室管理。