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基于私有云数据中心开展实验教学的研究与实践
作者：阮晓龙
来源：《中国教育技术装备》2016年第18期
摘 要 在传统计算机课程教学中计算机需求量大、资源利用率低、教学成本高，且不能够充分满足实验教学需求。提出基于云计算的实验教学模式，并给出教学用的云数据中心的建设与运维管理方案。该方案优化了计算机相关课程的管理模式和实验教学模式，解决了目前高校计算机实验室建设成本高、管理维护效率低、资源利用率低等问题，大大提升了实验教学水平。
关键词 云计算；私有云数据中心；实验教学 中图分类号：G642.0 文献标识码：B 文章编号：1671-489X（2016）18-0124-05
Abstract In the traditional computer course teaching， the demand ofthe computer is big， the utilization rate of resources is low， the tea-ching cost is high， and cannot fully meet the needs of experimental teaching. This paper puts forward the experimental teaching mode based on the cloud computing， and gives the construction of the cloud data center and the operation and maintenance management program. The scheme optimized computer related courses of mana-gement mode and experimental teaching mode， solve the current high cost of college computer laboratory construction， management and maintenance efficiency， low resource utilization rate is low， greatly enhance the level of experimental teaching.
Key words cloud computing； private cloud data center； experimental teaching 1 引言
随着信息技术的发展和商业模式的不断创新，云计算以其新的用户体验和业务模式已成为新一代信息技术变革的重要组成部分。云计算由并行计算、分布式计算和网格计算发展而来，是虚拟化、效用计算、SaaS等技术混合演进的结果。
目前各高校均在建设自己的教学资源平台，但大都存在资源共享不足、存储设备容量有限、运维管理水平不高等问题。基于云计算模式构筑全面共享的私有云数据中心的实验教学平
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台，可以使实验教学开展更加灵活，实验项目设置能够摆脱基础条件限制，进而提升实验教学质量，特别是增强创新性、研究性实验的教学效果。 2 实验教学中的困难与问题
传统教学模式下，实验教学均在实验室环境下进行，但实验室环境存在以下几方面的不足。
对多样操作系统的支持不够 大部分实验室中的计算机所用的操作系统为Windows操作系统，缺乏对Linux、Unix操作系统的支持，使得大量实验课程的教学内容不能展开，如Linux操作系统课程的实验项目就无法很好地开展。
能够为学生实验学习提供的计算机数量有限 实验室中设备数量固定，当同时需要多台计算机用于某一个实验时，实验室通常无法提供，如MySQL集群实验项目需要为同一学生提供多台Linux服务器等。
实验数据存储受限 实验室为了保证计算机的安全性与稳定性，一般都采用安装硬件保护卡的方式对学生使用过的系统进行还原。这样虽然在一定程度上保护了计算机的安全性，但是在学生进行实验过程中，数据无法保存，打破实验的连续性，很大程度上影响了实验教学效果。而且在进行需要安装的实验项目时，由于计算机安装了保护卡，部分软件安装后如果必须重启，则无法实现。
软件维护与更新困难，稳定性不足 计算机实验室为满足不同专业的实验需求，使实验室对设备的维护与管理变得异常困难。通常情况下，实验室的计算机上都安装多个操作系统以适应不同的实验需求。同时，一个操作系统中安装多个专业软件，造成软件冲突严重，系统反应缓慢。
实验教学内容受限 由于实验环境和实验学时的限制，实验课程的教学内容必须依据实验室环境进行准备，内容不宜太难，扩展性不能太大，课外自主实验也不能过多，不能够很好地激发学生的学习兴趣，也不利于学生的思维拓展，不利于开展研究性学习、探索性教学，如PBL、MOOC、翻转课堂等。
实验教学过程管理空白，教学质量无法很好评估 传统的实验教学中，实验仅仅能够在实验课上进行，教师对学生的辅导局限在实验课堂的几十分钟内，之后的学习过程便无法监督、了解与管理，对于学生在课下实验中遇到的问题也无法及时解决，影响了学生自主实验的积极性和教师对实验的指导与评价。 3 云计算与云计算辅助教学
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云计算 云计算由一系列可以动态升级和被虚拟化的资源组成，这些资源被所有云计算用户共享，并且可以方便地通过网络访问，用户无需掌握云计算的技术，只需要按照个人或团体的需要租赁云计算资源。
经过近几年的快速发展，目前云计算技术基本可以概括为公共云、私有云和混合云三种。公共云是由第三方供应商提供给用户使用的云，一般均可通过Internet使用。私有云就是单位或团体自身购买服务器和存储、自行构建机房的数据中心建设模式。混合云是公有云和私有云两种服务相结合的一种云计算模式，既有一定的安全性，又有一定的可扩展性。 笔者使用的云计算模式即为私有云，原因如下： 1）完全自主可控，便于开展多样的实验教学；
2）仅供内部使用，提高了学生在学习过程中使用云数据中心的安全性；
3）网络性能高，基于校园网的万兆主干网络，使得云主机的使用更加流畅，方便开展实验教学；
4）能够实现全体系的运维管理和监控，便于监控学生的学习过程和了解教学效果。 云计算辅助教学 云计算在教学方面的应用正逐步成为研究的热点，使用云计算技术结合具体教学环境，充分发挥出云计算辅助教学的优势，在实现优化教学效果的同时节省硬件资源，提高资源利用率，降低教学成本。在高校的计算机实验教学中，云计算有着显著的优势，具体如下。
1）提升实验教学环境质量。云计算提供一系列可被虚拟化的资源，如计算、存储、平台和服务等，这些资源支持用户共享，方便网络访问，满足了实验教学中设备多样性、操作系统多样性、软件多样性的需求，有利于为实验教学提供良好的实验环境。
2）降低实验教学成本。云计算中对客户端的计算机配置要求较低，教师和学生可以以极低的成本按需获取云服务，有助于减少实验教学中人力、物力、财力的投入。
3）推动教学改革。云计算的教学模式是一种新的教学模式，突破了时间与空间的限制。在该模式下，实验教学的方法、模式也会有所不同。基于云计算的实验教学环境将充分发挥出云计算辅助教学的特点，推动教学改革与教学模式的创新。 4 面向教学的私有云数据中心 云数据中心建设