基于云桌面的实训教学管理系统架构与应用

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　　摘   要：文章针对当前高职院校实训教学管理方面存在的实际问题，分析高职院校实训教学管理主流业务对云桌面技术的需求，提出基于云桌面技术的实训教学管理系统部署方案，从而推动实训管理模式往资源整合与云端控制方向发展，并为“混合学习”模式的开展提供环境支持。
　　关键词：云桌面技术;实训教学管理;需求分析;系统架构;创新应用
　　中图分类号：G434 文獻标志码：A 文章编号：1673-8454（2020）01-0058-03
　　教育信息化是促进教育公平、创新人才培养模式、推进终身学习的重要手段。当前，教育信息化已进入应用转型时期，云桌面技术作为云计算与教育相结合的重要应用模式，逐渐成为教育信息化建设的技术导向。实训室作为实践实训、科学研究和技术开发的重要基地，是课堂教学的延伸和理论联系实际的重要手段，是培养学生的素质和能力的主要实践基地。实训室的技术水平、服务模式直接关系到人才培养的质量。桌面虚拟化为教学提供高度灵活的实验环境，促进现代信息技术与高职实训教学的深度结合，提升教育平台的整体支持能力和服务水平，让信息化水平迈上一个新的台阶。
　　一、当前高职院校实训教学管理中存在的问题分析
　　1.实训资源不均
　　近年来在各级财政资金及校本资金、社会资金的支持下，高职院校大力建设实训室、购置实训设备，生均仪器设备值不断攀高。高职院校实训室一般分为基础机房及专业实训室，基础机房承担通用基础课程及对设备要求不高的专业课程;专业实训室一般由各系各教研室提出需求建设，已满足专业需求。这样的实训室建设思路存在以下问题：一是资源浪费，按专业建设实训室一般投入较大，但同时使用效率低，实训资源不能充分利用;二是调度失灵，已建好的实训室资源无法改变，无论课程需求如何，皆是一样的设备配置，实训资源不能合理利用。高职院校实训资源还存在重硬件资源建设轻软件环境建设的问题，利于学生习得的网络课程、学科课件、视频资源等明显缺乏。
　　2.实训管理困难
　　在高职院校课程体系中，实训课程占据主要位置，各高职院校都加大力度建设实训室、购置实训设备。实训室和实训设备日渐增多，但大部分实训室采用“PC机+网络同传”的方式，管理者需要每间实训室重复进行软件安装、系统维护、病毒查杀、考试环境部署等工作，任务重、效率低。
　　3.教师信息化能力不足
　　《中小学教师信息技术应用能力标准（试行）》（教育部，2014）提出，在学生能够上网的环境中，教师应具备利用信息技术改变学习方式的能力。职业院校教师普遍具备利用信息技术讲解、启发、示范、练习的能力，但在利用信息技术支持学生自主学习、开展合作、构建探究方面的能力薄弱。大部分教师能够利用信息技术优化课堂教学，但在教学方式上难以改变。
　　4.信息化应用水平不深
　　实训室一般配置有多媒体网络教学系统和交互式电子白板，具有广播教学、学生演示、双向对讲、分组讨论等功能，但在实际教学过程中很多功能得不到应用，通常只停留在对“广播教学”和“学生演示”的应用，而“小组讨论”与“协作学习”被忽视，“交互”活动也常常是形式主义。实训教学没有体现出信息技术与实训课程的实质性整合，课堂交互难以展开，学生探究受到限制。
　　5.课堂教学质量不高
　　实训教学的主要方式是“演示+操作”，即教师演示或教师通过视频演示相关知识点，再由学生动手实际操作，直至学生熟练应用该知识点。根据布鲁姆教育目标分类，学习者对知识的领悟程度由低到高分为“识记、理解、应用、分析、评价、创造”六个层次。实训教学完成了学生对知识点的“识记”、“理解”、“应用”，进行了浅表学习;但没有达到“分析”、“评价”、“创造”的深度学习目标。
　　二、实训教学管理系统对云桌面技术的需求分析
　　1.云桌面技术概要
　　作为云计算的典型应用，云桌面技术也称桌面虚拟化技术，其核心是把应用计算从本地机迁移到后台服务器，具有集中服务、按需交付、高安全、易运维的优势。云桌面技术采用Openstack等相关技术作为基础架构，使用KVM和Hyper-V等虚拟化技术，虚拟化物理服务器的CPU、内存、存储以及网络资源，生成批量的虚拟桌面。虚拟化管理软件提供B/S架构的管理视图，可远程统一管理硬件资源及虚拟资源;用户登录虚拟桌面能够获得与本地PC相同的体验。基于云桌面搭建的实训教学或办公平台通常包含服务器集群、瘦客户机、接入网关、云管理软件、服务器虚拟化软件及桌面虚拟化软件等。
　　2.实训教学管理系统对云桌面技术的需求分析
　　（1）实训教学管理系统的构成要素。实训教学管理系统首先需要实训环境、实训设备及学习资源的支撑，涉及人员角色有教师、学生、技术管理员、行政领导者等，应用场景有实训教学、学生考试、学生自学、教师备课及技术维护等。实训教学方面，教师的教学方式及学生的学习方式在很大程度上决定了人才培养的质量;实训管理方面，实训设备的维护形式及实训资源的利用情况反映了实训管理工作的质量。教师需要完成的工作有备课、开展教学、教学质量分析与评价等;学生的任务是自主学习、课堂学习、完成课程作业等;技术管理员需要保障系统安全稳定并及时更新，根据课程或考试需要配置实训资源，实时监测实训设备使用情况;行政领导者从整体上把握实训教学管理系统的成本投入、实训资源的使用效率、技术人员的时间成本、实训教学质量及最终的人才培养质量。
　　（2）实训教学管理系统对云桌面技术的需求。实训教学管理系统对云桌面技术的需求主要表现在系统各角色在完成教学管理主流业务时对实训环境的需求上，主要表现在以下方面。
　　①多点多终端接入：轻松接入个人云桌面，支持教师在住宅、教室、办公室开展备课、教学及教学质量评价业务，支持学生通过手机、平板、电脑等终端在宿舍、图书馆及教室进行泛在学习活动。 　　②云端控制与批量部署：管理员可在任意联网的设备上实现终端管理，利用办公室、住宅或学校的任意联网设备，监控服务器及虚拟机的详细运行情况，批量部署终端桌面、一键更新系统补丁、一键进行软件升级、快速搭建考试环境。
　　③云存储与快速响应：自主探究学习需要网络课程、视频微课及电子课件等的支持，海量资源存储及高速资源获取利于探究学习、翻转课堂、混合教学的开展;快速响应支撑课程内容呈现和课堂深度交互。
　　④监控分析与安全保障：教师应能对各终端进行一定的行为管控并获得学生对终端使用情况的统计报告;虚拟桌面支持自定义还原、出现故障时可切换瘦客户端本地系统、主控HA快速恢复桌面业务等。
　　⑤按需交付与平滑扩展：根据不同课程需要，灵活调节各实训室的资源分配情况，使资源按需分配、物尽其用;可通过增加服务器数量、终端，或在已有PC上安装桌面云软件等方式实现扩展，节约成本。
　　三、基于云桌面技术的实训教学管理系统部署方案
　　基于云桌面技术的实训教学管理系统的架构包含数据中心部署、实训室（多媒体课室、办公室）部署、网络部署等方面。数据中心部署主要包含主控服务器、资源服务器、共享存储及VDI统一管理平台;实训室（多媒体课室、办公室）部署主要包括终端机、桌面云软件;网络部署主要为汇集交换机、接入交换机、光模块、光纤等。
　　1.数据中心部署
　　（1）主控服务器。2台，其中1台作为HA;处理器采用两个Intel Xeon E5-2650V4 CPU（2.2GHZ，12核24线程）;内存160GB DDR4 ，配置RAID卡，支持RAID 0/1/10;硬盘通过RAID布局1块800G PCI-E SSD、2块300G SAS、2块240G SSD;网卡带4个千兆网口和一个万兆网口。
　　（2）资源服务器。每台可创建虚拟机30～40个，根据节点计算数量。处理器采用两个Intel Xeon E5-2650V4 CPU（2.2GHZ，12核24线程）;内存160GB DDR4;硬盘1块400G PCI-E SSD和2块1T 企业级SATA;支持RAID 0/1/10;标配2个千兆以太网控制器。
　　（3）共享存储。3.5英寸企业级SAS硬盘，10TB，7200转，适用于主机或扩展柜，根据需求计算数量;双控，32GB缓存，BBU+Flash，本地复制（快照、卷镜像、卷克隆、卷备份、迁移）、自精简、QoS、DRAID功能;配1Gb iSCSI主机接口，可扩展FC、万兆、千兆、FCoE主机接口。
　　（4）VDI统一管理平台。支持服务器集群，采用 B/S架构，提供单一简洁全图形化中文管理界面，平台上可以完成所有资源、服务器、网络、存储、桌面、模板、终端、用户、监控、排课、计划任务、高可用性、远程控制终端虚拟机、系统备份、系统升级等所有对象的管理工作。支持5000个节点、256台资源服务器;支持资源池管理，可在一个管理平台下创建并统一管理多个资源池;支持虚拟化桌面负载均衡、虚拟化桌面HA等。
　　2.实训室/多媒体课室/办公室部署
　　（1）终端机。为用户提供桌面的显示输出，对硬件要求不高。瘦终端、一体机、学校原有PC均可作为终端，终端自带一定硬件资源，可保障接入桌面云故障的情况下启用本地系统。
　　（2）桌面云软件。支持教学桌面和个人桌面两种使用方式，桌面自定义还原;支持模板管理，如教学模板、个人模板等，由不同的模板创建不同的桌面，可对模板进行新增、编辑、注册、下载、重置、删除等操作;提供多教学桌面场景，每个场景可以有不同的操作系统及软件环境;支持云端控制、远程监控;支持链接克隆、一键更新、批量修改、虚实双系统等。
　　3.网络部署
　　汇集交换机锐捷RG-S6220-24XS，固化24个10G接口，整机最大可扩展到48个10G接口。终端交换机锐捷RG-S2910-24GT4XS-E，交换容量260Gbps，包转发率95Mpps，24口 10/100/1000M自适应电口，固化4个10GSFP光口。光模块锐捷XG-SFP-SR MM850。
　　四、基于云桌面技术的实训教学管理模式创新
　　1.一定环境支持下的“混合学习”
　　“混合学习”形式上是在线学习（On-line）与面对面学习（Off-line）的混合。但其更深层次是基于不同教学理论（如建构主义、行为主义和认知主义）教学模式的混合、教师主导活动和学生主体参与的混合、课堂教学与在线学习不同学习环境的混合、不同教学媒体的混合、课堂讲授与虚拟教室或虚拟社区的混合等。
　　“要实现混合教学，必须具备一定的环境要求，首先要有完善的校园网络，使学生能够在任何时间任何地点方便地上网学习。其次要有完善的网络教学资源，包括网络教学平台、网络教学视频课件（虚拟课堂）、网络视频课件制作系统、网络测试题库系统、电子邮件系统等。再次，要有实施多媒体教学的媒体设备。最后也是最重要的一点，就是要有具备一定信息技术素养的教师。”
　　基于云桌面技术的实训环境提供便利的学习网络并为网络教学资源提供硬件支持，提供面对面和在线学习两大基本通道，并将混合学习的传递通道扩展至移动和无线通道。基于云桌面技术，利用翻转课堂及混合学习理论，将促进教学模式的变革、提升教学质量。
　　2.基于资源整合的云端管理
　　云桌面技术实现实训资源及设备的云端控制和批量部署，直接降低技术管理员的工作难度、提高工作效能。云桌面技术实现按需交付与平滑扩展，打破各实训室、实训资源独立运行的现状，整合实训资源、合理调度使用;同时云桌面技术支持利旧扩展，充分利用现有资源，降低成本平滑扩展。
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　　（編辑：王天鹏）
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