信息化教學平臺建設(shè)模型研究

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摘要：隨著移動網(wǎng)絡(luò)和云計算技術(shù)的發(fā)展，信息化教學平臺的功能日趨完善，在教學、科研、社會服務(wù)等方面承擔著越來越重要的任務(wù)。結(jié)合云計算領(lǐng)域的主流技術(shù)和服務(wù)形式，探索一個完善的信息化教學平臺建設(shè)模型，并提出其質(zhì)量評價指標體系，為后續(xù)的平臺建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：云計算；信息化教學平臺；質(zhì)量評價

《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020年)》提出，推進信息技術(shù)與教學融合，建設(shè)智能化教學環(huán)境，提高信息化教學水平[1]。教育部發(fā)布的《關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》也提出要推進現(xiàn)代信息技術(shù)與教育教學深度融合。由此可見，將信息技術(shù)應(yīng)用于教學環(huán)境建設(shè)，提升教學質(zhì)量已經(jīng)得到了認可和重視。原有的信息化教學平臺以資源數(shù)字化為主，使用計算機、網(wǎng)絡(luò)等硬件設(shè)備解決了校園內(nèi)的資源數(shù)字化和共享問題。隨著教學資源和學生人數(shù)的增加，原有信息化教學平臺的擴展會產(chǎn)生較大的人力物力消耗[2]。另外，新型冠狀病毒肺炎疫情(簡稱疫情)促使線上線下混合式教學模式的廣泛開展，對信息化教學平臺在校外的使用產(chǎn)生了迫切需求。云計算技術(shù)是近年來發(fā)展迅速的一種新興信息技術(shù)，它能快速提供教學資源和實現(xiàn)廣泛的網(wǎng)絡(luò)接入，彌補了現(xiàn)有信息化教學平臺無法適應(yīng)資源和訪問人數(shù)的增加、無法提供更好共享的缺陷。

1云計算主流技術(shù)

1.1虛擬化虛擬化技術(shù)的出現(xiàn)源于對系統(tǒng)分時復(fù)用的需求，IBM最早將虛擬化技術(shù)引入大型機中，解決了大型機利用率低的問題。從廣義上來說，虛擬化代表對各種資源的邏輯表示，這些資源不僅包括硬件資源如CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)等，也包括操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序等各種軟件資源。目前主流的虛擬化技術(shù)包括服務(wù)器虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、存儲虛擬化、桌面虛擬化、容器等。在這些虛擬化技術(shù)中，用戶最常接觸的是服務(wù)器虛擬化。它通過在物理服務(wù)器上部署虛擬化軟件，把物理服務(wù)器虛擬為若干個虛擬服務(wù)器，以提高物理服務(wù)器的使用率。每個虛擬服務(wù)器上可以安裝不同的操作系統(tǒng)，虛擬服務(wù)器可以在不同的物理服務(wù)器之間遷移，體現(xiàn)了虛擬化技術(shù)良好的封裝性和隔離性。服務(wù)器虛擬化根據(jù)實現(xiàn)模型分為三種類型：宿主模型、原生模型、混合模型，模型示意如圖1所示。在宿主模型中，虛擬機監(jiān)視器(VMM)需要運行在一個成熟的操作系統(tǒng)之上，該模型實現(xiàn)相對簡單，但其上的虛擬機運行效率較低，典型的代表產(chǎn)品為VMwareWorkstation；在原生模型中，虛擬機監(jiān)視器直接運行在硬件之上，該模型的實現(xiàn)比較復(fù)雜，但其上的虛擬機運行效率較高，典型的代表產(chǎn)品為VMwareESXi，華為FusionCompute；混合模型結(jié)合宿主模型和原生模型的特點，虛擬機監(jiān)視器直接運行在硬件之上，有一個特權(quán)虛擬機用于處理普通虛擬機的外設(shè)請求，這樣減少了虛擬機監(jiān)視器的開發(fā)工作量，典型的代表產(chǎn)品為CitrixXenServer。

1.2桌面云桌面云的定義為：可以通過瘦客戶端或者其他任何與網(wǎng)絡(luò)相連的設(shè)備來訪問跨平臺的應(yīng)用程序，以及整個客戶桌面[3]。桌面云為服務(wù)器虛擬化技術(shù)創(chuàng)建的虛擬機提供了一種便捷的訪問形式，虛擬機的桌面通過遠程桌面協(xié)議傳輸?shù)绞菘蛻舳耍烂嬖频募軜?gòu)如圖2所示。目前主流的桌面云產(chǎn)品有華為FusionAccess，VMwareHorizonView，CitrixXenDesktop，對應(yīng)的遠程桌面協(xié)議分別為HDP，ICA，PCoIP。

2信息化教學平臺建設(shè)研究

2.1信息化教學平臺需求信息化教學平臺的定位是為學生實驗、實訓提供資源，在云計算技術(shù)出現(xiàn)后，很多高校使用云計算技術(shù)對信息化教學平臺進行整合，解決了計算機、網(wǎng)絡(luò)等資源由于位置分散、數(shù)量龐大帶來的管理問題[4]。隨著大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)的發(fā)展，教師的科研任務(wù)所需的環(huán)境不再是一臺普通計算機，而是借助信息化教學平臺提供更多的資源。隨著產(chǎn)教融合的推進，信息化教學平臺還需要為高校開展社會服務(wù)提供資源。2020年初疫情暴發(fā)以來，高校倡導(dǎo)“停課不停學”帶來了線上教學模式的大規(guī)模應(yīng)用[5]，這對信息化教學平臺提出遠程訪問的需求。結(jié)合以上分析，信息化教學平臺需要支持高效的管理以減輕管理員的負擔、靈活的擴展性以提供多樣化的應(yīng)用、靈活的訪問方式以滿足校內(nèi)外的使用需求。

2.2信息化教學平臺規(guī)劃云計算集中管理硬件資源，虛擬化技術(shù)為資源的靈活伸縮提供基礎(chǔ)。虛擬資源通過互聯(lián)網(wǎng)訪問帶來了資源的靈活共享，因此，云計算技術(shù)適用于目前高校信息化教學平臺建設(shè)。云計算技術(shù)在不斷發(fā)展中，其提供的服務(wù)形式也在不斷豐富。根據(jù)云計算提供的資源形式，將云計算的服務(wù)模型分為IaaS(基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù))，PaaS(平臺即服務(wù))和SaaS(軟件即服務(wù))[6]。在信息化教學平臺建設(shè)中，按照云計算服務(wù)的三個模型提供不同層次的資源，供不同的用戶使用。對于IaaS模型，通過集群技術(shù)把多個物理服務(wù)器組成一個集群服務(wù)器，在集群服務(wù)器上部署虛擬化軟件，將其按需劃分為若干個虛擬機。如果后續(xù)有人員增加需求，則增加虛擬機劃分即可。在虛擬機和用戶終端之間部署桌面云協(xié)議，用戶可以像使用本地機器一樣使用虛擬機。虛擬機使用的存儲資源除了作為虛擬機硬盤外，還能夠作為共享存儲存放師生的軟件、工具等資源，這需要在存儲設(shè)備上部署存儲虛擬化軟件，把物理存儲空間劃分為若干個虛擬存儲空間。PaaS模型能夠為大數(shù)據(jù)和人工智能等專業(yè)提供教學科研服務(wù)，在服務(wù)器進行集群、虛擬化后生成的虛擬機上部署分布式計算框架，為大數(shù)據(jù)應(yīng)用開發(fā)提供基礎(chǔ)；對服務(wù)器的GPU進行虛擬化后分配給虛擬機，在虛擬機上部署人工智能開發(fā)平臺，增強其科學計算能力。在信息化教學平臺建設(shè)中，以虛擬機或Docker為基礎(chǔ)，部署考試軟件給大批量用戶使用，可以看成是SaaS模型的一種，使用軟件虛擬化為多個用戶提供便捷的軟件使用服務(wù)。

2.3信息化教學平臺部署結(jié)合筆者所在單位的計算機學院信息化教學平臺建設(shè)，本文提出的平臺建設(shè)模型如圖3所示。對于平臺提供的不同資源，管理員可以限制其使用地點和范圍，如需要在校外使用資源，用戶先通過VPN接入校園網(wǎng)絡(luò)后再使用。在信息化教學平臺具體實施中，筆者認為最重要的是做好功能層次劃分及訪問隔離，便于平臺后續(xù)擴展和安全運行。信息化教學平臺功能層次自下而上依次為物理資源層、邏輯資源層、云桌面管理層、用戶管理層，每層涵蓋的功能如圖4所示。其中，物理資源層管理硬件設(shè)備包括服務(wù)器、存儲設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，邏輯資源層管理虛擬機、容器、虛擬存儲、虛擬交換機等邏輯資源，云桌面管理層負責用戶權(quán)限、虛擬機或容器的鏡像、虛擬機模板、軟件資源等管理，用戶管理層負責對本地用戶、VPN用戶、管理員進行權(quán)限管理，控制用戶對資源的訪問。為保證信息化教學平臺的安全運行，除了用戶的訪問權(quán)限管理外，還應(yīng)在網(wǎng)絡(luò)層面通過VLAN、網(wǎng)段劃分、端口隔離等措施，將教學、科研、社會服務(wù)資源分隔，避免不同類型用戶在平臺使用中相互影響。

2.4信息化教學平臺評價指標信息化教學平臺作為高校最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，其方案因具體場景不同會有差異，構(gòu)建一個指標評價體系來評估平臺質(zhì)量至關(guān)重要。評價的首要指標是功能滿足性，包括功能、容量、安全等。信息化教學平臺要滿足教學、科研、社會服務(wù)等方面的功能需求，平臺的容量要滿足建設(shè)時規(guī)劃的規(guī)格指標，平臺資源要通過IP地址、身份認證等方法保證安全訪問，避免遭受外部攻擊。第二個指標是可擴展性。這要求在平臺設(shè)計之初就有一定的余量考慮并給出平臺的擴展方案，管理員能夠根據(jù)用戶數(shù)量的變化及時給出應(yīng)對措施。第三個指標是共享性。信息化教學平臺資源應(yīng)滿足校內(nèi)任何地方使用的需求，便于師生利用碎片時間學習。同時為支撐師生線上教學開展，平臺還應(yīng)滿足師生通過VPN認證訪問的需求。此外，為充分利用平臺資源、實現(xiàn)高效社會服務(wù)功能，平臺設(shè)計還應(yīng)考慮通過互聯(lián)網(wǎng)開通校際共享通道。

3結(jié)語

隨著云計算技術(shù)的迅速發(fā)展，以虛擬化和桌面云為主流技術(shù)的云計算為硬件資源的彈性擴展和便捷使用提供了技術(shù)保障。基于此，我校對信息化教學平臺建設(shè)進行了研究，開展了需求調(diào)研、基于云計算服務(wù)形式的平臺建設(shè)規(guī)劃、部署以及信息化教學平臺的評價指標制訂等工作，為后續(xù)的平臺建設(shè)提供參考。

參考文獻

[1]翟雪松,史聰聰.《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020年)》的實施現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)與展望[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2020,30(12):20-27.

[2]李勇,楊華芬.教育資源云虛擬化平臺模型構(gòu)建研究[J].實驗室研究與探索,2017,36(10):135-139,152.

[3]覃馮,黃善斌,覃衛(wèi)玲,等.基于桌面云的多媒體計算機實驗室管理研究[J].實驗技術(shù)與管理,2015,32(3):164-166,170.

[4]余久方,楊帆.產(chǎn)教融合視域下的綜合云平臺設(shè)計與實現(xiàn)[J].沈陽師范大學學報(自然科學版),2020,38(3):283-288.

[5]張倩,馬秀鵬.后疫情時期高校混合式教學模式的構(gòu)建與建議[J].江蘇高教,2021(2):93-97.

[6]楊青峰.云計算時代關(guān)鍵技術(shù)預(yù)測與戰(zhàn)略選擇[J].中國科學院院刊,2015,30(2):148-161,169.

作者:余久方 單位:南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)大學