基于云平台的计算机开放式实验教学与管理模式研究

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1、基于云平台的计算机开放式实验教学与管理模式研究　　摘要：建设基于云平台的“个人虚拟实验室”，研究有助于学生自主学习和提高创新能力的开放式实验教学和管理模式，阐述在云平台中提供全天候开放式实验教学服务、学生自助式学习服务、在线透明的实验资源等功能的建设策略，支持实验教学过程动态跟踪与创新能力成长评测的实施，探索以一种崭新的教学和管理模式提高实验教学质量的方法。　　关键词：云计算；虚拟化技术；开放式实验教学；能力成长评测　　0引言　　近年来，高等教育改革越来越强调教学评估和质量工程建设，更加重视对学生实践能力和创新能力的培养，因此建设高效、开放的实验教学

2、平台和管理模式在培养创新应用型人才中的作用日益凸显。云计算作为一种新型资源共享方式，可以应用于教学管理、学生交流与管理、实验室建设与管理等方面，能有效降低实验室的建设成本和部署难度，提高教学效率、系统可靠性和开放性。现有的研究大都是利用云计算技术进行虚拟教学平台建设和实验室管理，笔者在吸取这些方法优点的基础上，研究基于云平台的计算机开放式实验教学与管理模式。　　1面向创新能力培养的开放式实验教学云服务平台7　　围绕高等院校计算机学科的科学创新能力、工程创新能力和领域融合应用创新能力的培养目标，武汉理工大学结合通识、基础、创新等不同层面实验教学需求，按

3、照云计算的理念和技术规范，建设基于云计算的实验教学平台体系，如图1所示。该平台具有技术功能强大、能够提供个性化服务、实验环境规范、开放程度较高等特点。　　计算机开放式实验教学云服务平台的基础设施即服务层（IaaS）由物理资源池、虚拟化管理和云业务管理支撑，通过对物理资源池中的服务器、存储资源和网络设备实现虚拟化聚合部署，配合云计算虚拟化管理系统实现一个功能完整、标准开放、方便集成、安全可靠的IaaS服务层。云计算虚拟化管理系统主要是为云计算基础架构提供最优化的虚拟化与云业务服务解决方案，实现实验教学云平台的中央管理控制，统一管理所有的物理资源和虚拟资

4、源，可降低计算环境的复杂度和管理成本。基础设施即服务层还可为开展云计算IaaS层的研究、教学和实验提供基础环境。　　建设平台即服务层（PaaS）部署虚拟实验室组件，主要提供统一身份认证管理、业务访问控制、大数据挖掘和统计等方面的服务。　　建设软件即服务层（SaaS）主要包括基础公共服务和实验教学服务。基础公共服务集成现有有序和无序信息，为教师和学生提供一个统一的信息共享入口，以便能随时随地对实验教学云平台进行访问、共享、管理、使用等；实验教学服务能为教师教学和学生实验提供资源、交流和共享平台、实验行为记录、大数据分析工具等。　　2基于云平台的开放式实

5、验教学模式　　2.1开放式虚拟实验教学模式以学生自主学习为核心7　　在云计算平台上，以SaaS模式部署一套虚拟实验室系统，对实验教学云平台的虚拟资源池进行统一管理，为教师教学和学生实验提供一整套的虚拟主机管理、实验环境、资源管理、能力评测等子系统，将传统教学中在机房中做的实验搬到云端，使学生和教师摆脱传统计算机机房的限制，形成不受时间、地点和设备限制的以学生自主学习为核心的全时段开放虚拟实验教学模式。　　1）学生“个人虚拟实验室”。　　虚拟实验室系统为每个学生创建“个人虚拟实验室”，让学生的学习脱离实验室的空间和时间限制，实现使用任何可以连入网络的设

6、备在任何时间通过Web方式或云桌面方式都能访问“个人虚拟实验室”并查看当前所有实验项目列表的功能。学生开始虚拟实验时，系统会自动根据教师选择的虚拟机模板创建出学生虚拟实验机，学生虚拟实验机已安装好实验所需的软件并配置好所需的环境，这样学生就可以将有限的时间专注于实验本身。　　虚拟实验室系统可以按需为每个学生分配多个虚拟机模板，每个虚拟机模板启动后就相当于一台实验主机。只要管理员不注销该虚拟机，这台虚拟机就可被学生长期独占，因此学生可以对主机上的软件进行定制、对开发环境进行配置、保存实验操作信息、留存过程数据及学习资料。　　2）教师“虚拟工作室”。　　

7、利用虚拟实验室系统，任课教师可以为每节实验课配置不同的虚拟机模板，虚拟机模板包含操作系统、实验开发环境等并与课程资源和知识点关联。同一个实验室可以为众多的课程提供实验环境，无需考虑这些课程所需使用资源与实验环境的差异，这和传统实验室有着本质的区别。另外，教师还可以对所有参与该课程学习学生的虚拟实验桌面进行管理，帮助学生解决实验过程中出现的问题。7　　虚拟实验室系统不仅是一个虚拟实验的平台和载体，还通过教师“虚拟工作室”提供一种创新性的电子教学资源整理、编辑和汇聚的开发工具，使老师能快速有效地组织知识点和开展实验教学，同时提高学生的学习和实验操作效率。

8、　　2.2实验过程动态跟踪与能力成长评测　　为监控计算机实验教学的质量，SaaS层还部署了一套计算机实验云教