［摘 要］ 文章簡要說明云計算的概念、分類，分析目前高校在實驗教學方面存在的不足，闡述云計算對于實驗教學的影響，提出建立“虛擬實驗室”和架構實驗教學混合云在高校實驗教學中云計算應用的兩個方案，為將來的實驗教學模式能像水電等基礎設施的使用一樣簡單方便。

［關鍵詞］ 云計算；實驗教學；虛擬實驗室

［作者簡介］ 趙振宇，廣西財經(jīng)學院實驗教學中心實驗員，助理工程師，在讀軟件工程碩士研究生，研究方向：云計算，廣西 南寧，530003

［中圖分類號］ TP39 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1007-7723（2012）02-0046-0003

隨著信息技術的不斷發(fā)展，計算機和互聯(lián)網(wǎng)在人們的工作、學習和生活中地位越來越重要。以計算機和互聯(lián)網(wǎng)為基礎的云計算，是近幾年人們討論最多的一種信息技術理念，也是今后信息技術發(fā)展的主流。目前，很多高校開始利用這項新的技術，應用到日常的教學、實驗和行政辦公上，這對于改善教學質(zhì)量、優(yōu)化資源配置和提高工作效率等方面都有非常大的幫助。下面就云計算在高校實驗教學方面的應用進行一些探討。

一、云計算簡介

（一）云計算概念

云計算和實驗教學之間有什么聯(lián)系？我們又怎樣運用云計算實踐于實驗教學中？首先，我們了解一下什么是云計算。

云計算是一種基于因特網(wǎng)的超級計算模式，在遠程的數(shù)據(jù)中心里，成千上萬臺電腦和服務器連接成一片電腦云——用一個浪漫的比喻：用戶通過電腦、筆記本、手機等工具接入數(shù)據(jù)中心，按自己的需求進行運算。云計算的最終目的，是將計算機硬件、計算機軟件、服務器、計算和應用作為一種公共設施提供給公眾用戶，使用戶能夠像使用水電煤氣一樣使用計算資源。

（二）云計算分類

目前云計算從兩個緯度來總結分析來進行分類。

第一個緯度是根據(jù)云計算服務的部署方式和服務對象范圍可以將云分為三類：公共云、私有云和混合云。

公共云是由某個組織擁有，其云基礎設施面向公眾或某個很大的業(yè)界群組提供云計算服務。

私有云是指云基礎設施特定為某個組織內(nèi)部提供服務。可以由該組織或委托第三方負責管理，可以是場內(nèi)服務，也可以是場外服務。

混合云是指云基礎設施由兩個或多個云組成，每個云獨立存在，但是通過標準的或私有的技術綁定在一起，這些技術保證了數(shù)據(jù)和應用的可移植性?；旌显剖窃朴嬎闫脚_建設和應用到一定階段的必然結果。

第二個緯度是根據(jù)云計算的服務類型可以將云分為三層：基礎構架即服務(IaaS)、平臺即服務(PaaS)、軟件即服務(SaaS)。

基礎構架即服務是指提供給用戶的能力是直接使用由服務商開發(fā)并部署在云基礎設施上的應用軟件。用戶可以使用各種客戶端設備通過“瘦”客戶界面（例如瀏覽器）等來訪問應用（例如基于瀏覽器的郵件）。

平臺即服務是指提供給用戶的能力是直接在云基礎設施之上部署用戶自主開發(fā)或采購的應用，但這些應用需嚴格按照云基礎設施服務商制定的標準并使用支持的編程語言或工具開發(fā)。

軟件即服務是指提供給用戶的能力是直接按需使用云基礎設施，用戶可以在獲得的云基礎設施上，自行部署和運行任意的應用軟件。

二、高校實驗教學存在的問題

目前，高校信息化建設投入的力度越來越大，實驗教學對實驗室的要求同樣變得越來越高，而一些主觀或者客觀的因素制約著實驗教學的順利進行。

在我國高校實驗室中，用于實驗教學的設備總不能滿足當前的需求，信息技術的快速發(fā)展，導致軟件版本不斷更新，軟件對硬件的要求也隨之提高。如果新版本軟件在舊的設備上運行，將會嚴重影響實驗教學的質(zhì)量。因此，實驗室的硬件設備大概以六年為一個周期，會相應地更新一批設備。雖然，這樣能保證現(xiàn)階段的硬件設備能順暢地運行實驗教學所需要的軟件，但同時也提高了實驗室的建設和管理成本。

實驗教學更注重教學的實踐性，在傳統(tǒng)教學的理論基礎上通過實踐、思考、推導、總結等方法，從而論證實驗對象的有效性、真實性。但在我國的教育體系中，高校實驗教學所使用的資源利用率較低，實驗教學的持續(xù)性差，導致學生不能隨時隨地地進行實驗操作，大大限制了學生動手能力和創(chuàng)造能力，學生的潛能不能得到有效的發(fā)掘，嚴重制約了學生的發(fā)展。

高校里的師生交流、學習，不僅僅在課堂上進行，還應該在課堂以外的場合進行。同樣，實驗教學也是如此。在實驗過程中，學生驗證教材上或者教師在課堂上的理論，往往有各種各樣的疑問需要解答，但如果沒有及時地進行溝通和交流，實驗教學的教與學會出現(xiàn)脫節(jié)，大大影響實驗教學的質(zhì)量，學生對學習的熱情和態(tài)度也相應地減低，這對實驗教學會產(chǎn)生不良的效果。

三、云計算對高校實驗教學的影響

正如前面所說，假如我們將云計算技術運用到實驗教學當中，能將實驗教學資源也像水電煤氣這些公共設施一樣給師生使用，這對于高校實驗教學來說，無疑是一個重大的突破。

首先，針對高校信息化建設成本高的問題，將云計算理念運用到實驗室建設方面，可以大大減少對實驗教學投入的硬件成本，可將實驗教學資源得到合理的充分利用，避免對實驗室的重復建設和減少對實驗設備使用過程中的損耗。其次，云計算的使用，可以將實驗室的實驗資源進行智能管理，各系部的教師或者學生根據(jù)自己需求，提供給他們一種彈性擴展的實驗平臺，提高了實驗教學管理的效率。更為重要的是，云計算能夠為教育信息化建設提供技術支撐和交付方式，構建不同的云服務，共享這些豐富的實驗教學資源，讓師生之間的教與學能夠充分融合在一起，并且可以隨時隨地地進行溝通、交流，增加教與學的互動性，激發(fā)學生的興趣、想象力和創(chuàng)造力，充分調(diào)動學生學習的積極主動性和追求真知實干的嚴謹態(tài)度，真正做到實驗教學所要求“求真、創(chuàng)新”的目的。

四、云計算在高校實驗教學的應用

既然云計算在實驗教學中有著重要的影響，那么我們應該結合自己的專業(yè)優(yōu)勢，將云計算應用到實際的實驗教學里，并將這項技術推廣到教學、行政辦公、科研和社會服務中。

（一）構建實驗教學云計算平臺——虛擬實驗室

在高校中，往往學校提供的實驗資源常常不能保證每個學生都擁有自己的實驗室，而云計算通過共享開發(fā)測試資源和遠程桌面共享的方式，可以實現(xiàn)“每個師生都有一個屬于自己實驗室——虛擬實驗室”的設想[1]。基于云計算的“虛擬實驗室”工作原理如圖1所示，用戶通過瘦客戶端用鼠標或鍵盤觸發(fā)事件向網(wǎng)絡發(fā)出請求，然后輸入實驗資源的要求，數(shù)據(jù)中心根據(jù)實際應用需求，從云存儲空間和服務器上智能的部署所需要的實驗資源，用戶即可登陸指定的桌面操作系統(tǒng)或應用服務進行實驗操作。虛擬實驗室通過標準化環(huán)境建設完成實驗室環(huán)境準備，通過虛擬化資源池建設完成實驗室環(huán)境搭建，通過自動化方式完成實驗資源申請、回收、監(jiān)控和管理，通過虛擬桌面的方式完成遠程訪問。

（二）構建實驗教學的混合云

相對于公有云來說，私有云部署在自身內(nèi)部，是為一個機構或組織單獨使用而構建的，該機構或組織擁有基礎設施，并可以控制在此基礎設施上部署應用程序的方式，并且私有云可部署在該機構數(shù)據(jù)中心的防火墻內(nèi)，也可以將它部署在一個安全的主機托管場所，從而提供了對數(shù)據(jù)、安全性和服務質(zhì)量的最有效控制。但是，私用云的一個缺點是一次性投入大。如果為每個實驗教學都建設專有的私有云，如何區(qū)別它與自身已有的實驗資源是個問題，專門去做這樣的云計算平臺投入巨大，如果使用效率不高也同樣會造成資源浪費。而云計算在高校的發(fā)展并非局限于基礎設施的建設，高校在平臺云和應用云等方面也有著相應的需求和建設。在私有云的建設基礎上，通過各種云計算技術，統(tǒng)一部署、統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一管理，建設面向各種群體、各種領域和各種用途的混合云，是目前高校信息化建設中云計算的主要發(fā)展方向和目標[2]。因此，可以考慮將各高校實驗的資源集約化，集中建立區(qū)域性的云計算平臺，可以根據(jù)各高校實驗室的分布密集程度，建立專門針對不同專業(yè)實驗教學的市—省—國家級架構的私有云平臺。同時，各級云計算數(shù)據(jù)中心通過異地容災，以保證業(yè)務的連續(xù)性和可靠性。各高校的實驗教學可以根據(jù)自身所處區(qū)域租用市或省云計算中心的資源，由云計算中心向各個實驗室私有云提供IaaS，PaaS，SaaS[3]，并共同構建實驗教學的混合云，以實現(xiàn)實驗教學資源有效的共享。

五、結 語

云計算是傳統(tǒng)計算機技術和網(wǎng)絡技術發(fā)展的融合產(chǎn)物，也是引領未來信息產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的關鍵戰(zhàn)略性技術和手段。云計算的出現(xiàn)和發(fā)展，能解決許多當前高校的一些發(fā)展瓶頸問題，改善了在教學、實驗、行政辦公、科研和社會服務等方面的不足，給我國高校在信息化建設中帶來許多創(chuàng)新的教學模式，也給高校實驗教學帶來更多的挑戰(zhàn)。相信在不久的將來，高校里的師生在進行實驗教學的時候，使用實驗資源能像供水、輸電一樣方便、快捷。

［參考文獻］

［1］王慶波,金涬,等.云計算實踐之道：戰(zhàn)略藍圖與技術架構［M］.北京:電子工業(yè)出版社, 2011.

［2］黃建波.云計算在高校的發(fā)展與建設［J］.中國網(wǎng)絡教育,2012,(2).

［3］朱芳菲.私有云與高校圖書館［J］.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟,2011,(18).