云机房数字教学平台建设

概述：云机房教学是高校教学的重要形式，但现有的机房环境和模式严重制约着教学活动的有效开展，亟需构建一种全新的机房教学环境，在降低机房建设、维护成本，减轻机房管理人员工作量的同时，提高教学效果。

通过云桌面技术把系统资源、教学资源、办公环境放到云平台上，师生通过多样的终端设备读取桌面和资源，可有效改善机房教学的时空环境、设施环境、人际环境、信息环境、组织环境和情感环境等，促进教学。

因此打造安全稳定、资源节省拓展应用、结合大数据的数字教学云平台等将逐渐被教育行业认可，学校云机房的建设迫在眉睫。

随着web技术的广泛应用，在新形势下对于传统机房教育的拓展成为了可能。

机房教学是当代高校特别是职业院校的重要教学形式，它承担着学校基于计算机的基础课程、实践及相关考试、培训任务，它不但需要承担计算机主干课程的学习，更负担了基于计算机的相关课程（比如自动化专业、汽车专业、财务专业、设计类专业等）学生通过动手训练巩固习得的知识和技能，提高实践操作能力。

近年来，教育信息化建设推进了学校网络基础设施和信息系统的建设，尤其是作为学校信息化程度重要指标的教学机房更是大量涌现。

然而，面对机房教学对设备的可扩展性、高安全性、高性能性、高兼容性等需求，学校的现有硬件设备、软件环境又进入了食之无味、弃之可惜的两难境地。

那么我们应该如何通过优化教学环境来高效地利用现有资源，更好地服务教学，提高教学效果呢？1 概念界定1.1 教学环境关于教学环境概念的界定，由于研究者的立场和角度的不同，对教学环境都有不同的理解，在国内外也尚未形成一致的意见。

一般来说，研究者通常从自己的研究目的、内容等出发给教学环境下适合自己的定义。

我们倾向于使用我国学者田慧生在《教学环境论》一书中的描述，按照教学环境诸要素的特点，将教学环境分为物质环境和心理环境，物质环境主要由时空环境、设施环境、自然环境构成；心理环境主要由人际环境、信息环境、组织环境、情感环境、舆论环境等组成。

1.2 云技术云技术即云计算是一种新兴的超级大规模的计算方式，是以数据为中心的一种数据密集型的超级计算。

在多个领域有其独特技术，如数据存储、数据管理、编程模型、虚拟技术等。

云桌面技术是其虚拟化技术方面的主要应用之一。

云桌面技术能够以精简的、低成本的瘦客户机代替传统的个人电脑，并利用强大的服务器集群部署策略，通过虚拟化技术将各种应用作为集中服务，按需交付，从而实现桌面与后台工作系统的连接访问及应用部署方式的革命性创新。

2 传统机房教学环境存在的问题我们通过教师、学生和机房管理员等不同角色对本校教学机房的使用情况进行了深入调研，发现在实际教学过程中存在很多问题，主要表现在以下几方面：2.1 一机房多应用，教学的自然环境复杂由于教学机房不足，不能满足与专业一对一的应用，往往一个机房承担多个专业的教学任务，而不同的课程又需要不同的系统设置和应用软件，由于不同系统环境下软件设置的不统一，快速更新的软件版本的前后不兼容、操作用户（师生）对于某项目标的操作形式不相同，经常会造成应用软件的损坏，甚至系统文件的破坏，导致死机等现象。

软件安装过多不仅影响机器的使用性能，还会分散学生在上机操作时学习的注意力，同时给课堂教学秩序带来了管理难问题。

2.2 机房设施投资大，淘汰速度快为了满足全校师生教学和科研的需求，机房规模较大，硬件设备的一次性投入动辄几十万。

根据戈登·摩尔（GordonMoore）提出的关于计算机硬件更新的周期较短（约18个月）性能就将提高一倍，学校教育需要应对新的市场软件需求版本也随之提升，然而大量的硬件更新将使学校的设备投入与日俱增。

同时，学校机房使用强度大，PC机零部件损坏概率加大，应用软件升级对计算机性能要求逐步提高等原因，每2至3年就要对机房设备进行更新换代，造成极大的资源浪费，也给学校带来不小的经济压力。

2.3 病毒肆虐，信息安全性差机房作为一个教学的公共场所，学生存储介质的交叉使用几乎使其成为公认的病毒集散地，不但加重了机房管理员的维护工作，而且妨碍计算机的运行，影响教学。

若想通过杀毒软件解决病毒问题，不仅面临高额的使用费用，现行软件病毒、木马往往还具有自我传播与变异的可能，对于此类恶意程序，杀毒软件将无能为力，同时还存在文件误删问题。

最近肆虐全球的新型电脑病毒WannaCry 尤其是在高校造成了严重的损失和影响，勒索学生毕业设计等重要文件。

2.4 教学时间、空间环境受限目前教学机房多采用集中教学的形式开展教学活动，且有严格的上课时间。

如果学生在课堂内不能完成学习任务，由于教学环境的不可转移性，他不得不中断学习，课后的再学习也只能是纸上谈兵，这样势必使学习效果大打折扣。

同时，不同的软件对于操作系统的要求也不同，学生难以或无法在个人电脑上安装教学软件，后期的学习更无从谈起。

2.5 人力资源紧张，组织运维难以满足教学需求一方面由于机房的使用对象发生改变或是软件的更新升级，每学期初，管理员都要大面积地安装调试软件，工作量不容小觑，如果机房的硬件设备没及时跟进，安装问题更是层出不穷；另一方面机房的维护还存在不对计算机操作系统进行还原保护，则计算机软件频遭破坏，限制过多，则影响教学过程和教学效果的矛盾。

3 基于云平台的机房教学环境建设针对当前机房教学中存在的问题，本研究以提高教学效果，促进学生知识技能的习得为目的，通过基于云平台的虚拟桌面技术，从时空环境、设施环境、人际环境、信息环境、组织环境、情感环境等方面优化机房教学环境建设。

3.1 基于云平台的教学环境架构通过基于云平台的机房教学环境架构，具体架构图如图1所示。

其主要目的是为学校提供虚拟实验室教学环境，使师生可利用最低配置的终端设备随时随地的进行工作、学习，从而真正实现移动教学，创新教学模式；实现教学资源的高效整合和共享，实现学生学习的个性化定制，提高教师教学的高效性和学生学习的便捷性；为学校构建一个不限地点的办公环境，教师可通过智能手机、平板电脑等终端设备随时随地进入数字校园各业务系统进行办公，更好地辅助教学活动。

具体应用效果图如图2所示。

图2：云机房数字教学平台建设3.2 基于云平台的机房教学环境的优势3.2.1 一对一应用，净化教学自然环境。

通过云计算平台管理所有相关实验资源后，学生可按照不同年级、课程、学习内容获得不同的学习资源、操作系统和应用软件环境。

同一个机房，可以实现灵活调度分发实验平台资源，满足不同教学需求。

同时，该环境还为学生提供申报项目、课程预约、导师辅导、精品课件学习、网上图书馆、个人信息查询等教学管理服务，为教职员工提供日常办公所需数字校园软件应用、备课系统、教研数据的实时传递、Cernet网络教学资源共享等。

根据教学要求和管理需求，学生可以通过云计算平台获取学生桌面，使用所有学习所需资源，老师可以通过云平台获取教师桌面，使用备课、授课等相关的应用软件和资源，完成教学任务。

3.2.2 降低终端配置需求，延长设备使用寿命。

因为在客户端上接收的仅仅是中心服务器经过计算的最终数据，只是结果图形化展示的结果，它比传统的B/S结构的客户端还要节省资源。

所以，可以实现用低配置的计算机来完成原来需高配置计算机才能完成的教学任务，对各专业尤其是对设计类专业更是大大降低了终端设备购置成本，且延长老旧机器继续工作的年限。

3.2.3 病毒易控，确保信息安全性。

在桌面应用中杀毒采用集中方式、操作系统是独立环境。

环境用户由于不参与数据运算、安装，同时不会关联任意程序，所以不会使得用户的终端设备中毒。

而即便中心服务器的数据本身有问题，但因为，程序服务器和数据库服务器物理分隔，在病毒源查杀方面能够更高效，并且可将扩散范围控制到最小。

同时，即便个人终端本身带毒，在与服务器交互过程中，可以借用中心服务器先进、高端的杀毒软件进行处理，以获得安全环境。

所有应用通过云平台发布到校园网或者因特网，学生和老师可以通过不同的终端设备，接入云计算平台，高效、安全地访问这些资源，而且不用担心病毒、数据泄露等安全问题。

3.2.4 突破时空限制，满足个性化学习需要。

平台集中建设在学校网络中心，相关设备可以通过有线、无线无缝漫游到全校各区及公网。

在外网环境中有效减少VPN的licence数量，提高VPN通道效率。

教师可以通过智能手机、平板电脑、笔记本电脑等终端设备随时随地进入数字校园各业务系统进行办公或浏览下载教学资源，更好地辅助教学活动；学生可以随时随地获取机房的教学软件环境完成课堂上未完成的学习任务，或是利用云平台上的教学资源进行个性化的学习。

3.2.5 统一、快速的应用环境部署。

云计算中心在部署中的优势在于所有操作系统、应用系统的安装和相关配置工作都在虚拟机上完成，可进行批量地桌面复制，一次定制、长期使用、及时更改。

通过前期对于环境的进行需求定制，一旦终端用户有需求发起，应用服务器将所需软件环境进行推送。

机房统一桌面环境的布设快速便捷，即使机房有临时性的不同专业课程的教学任务，也能轻松解决应用软件环境的安装调试。

对于管理员，如果软件有更新升级或更换，也只需在平台模板上操作即可。

3.2.6 多变的人际情感环境，适应不同学生的学习风格。

基于云平台的机房教学环境可以轻松地把教学资源和教学软件环境推送到任何有“瘦”终端的地方，因此，可营造多样的人际情感环境，满足学生的学习需要。

比如：场依存型学生喜欢与学习同伴互帮互学，那就可以多利用课堂时间或课后组队开展学习活动；场独立型学生则偏爱在不受干扰的环境进行学习，他们觉得与同伴在一起不易集中注意力，相互讨论不如自己学习效果好，那就可以多利用课余时间在图书馆等安静的环境自主学习。

发展与展望：由于云桌面的应用，用户实际上没实体机，全部应用都由平台提供，所以对用户对系统需求的提升只需更新后台分配的资源，方便简单。

对平台容量的扩充只需增加服务资源，升级技术的难度低，影响应用的涉及面小。

4 结语计算机机房教学在高校教学中的地位非同一般，在培养学生动手能力、业务操作能力、空间想象力、创意创新能力等方面发挥着得天独厚的优势。

然而其高成本的维护更新、费时费力的软件应用环境布设，致命的时空限制性和防不胜防的病毒隐患却让使用者头疼不已。

基于云平台的机房教学环境架构让当前机房教学环境面临的问题迎刃而解。

它通过云技术和虚拟桌面技术对常用操作系统、应用软件和教学资源进行集约化管理，构建一个和谐、开放、多维互动的教学环境，师生可利用各种低配的终端设备开展个性化的备课、教学和学习活动，真正实现教学模式的创新。

云机房数字教学平台建设方案将越来越受到用户青睐。

举例来说，30来个学生用户的教室，NC云机房服务器配置大概如下：CPU:2 * Xeon E5-2620V3 6C/12T 2.40 GHz内存:2 * 16GB/DDR4/2133MHz硬盘:3 * 300GB/SAS/10000RPM/2.5寸/企业级RAID:1 * LR282A2/8口/SAS 6GB/512MB/半高/PCLE 2.0*8（内存硬盘视情况而定）可做虚拟机一对一的VDI模式云桌面产品可选择NComputing的软硬件，NComputing云教室的运作方式，是由一台云主机分化出几十台下属虚拟机，通过网络传输，将虚拟机传送到云终端。