让计算机开放实验室更好运行

文/刘群

让计算机开放实验室更好运行

文/刘群

华中科技大学信息化专栏

将传统的计算机系统实验平台和云实验平台相融合，从内容、空间上扩大实验室开放力度，满足不同课程实验教学需求，满足不同课程自主学习需求以及面向科学研究和社会服务的需求。

华中科技大学计算机开放式实验室是学校师生进行实验教学、科学研究、社会服务的重要基地，是培养学生具有创新能力和复合型人才的教学场所，同时其资源是我们教学和科研工作的基础和载体。它分布在不同的校区，使用面积5000余平方米，有不同功能、不同规格的计算机房8个，计算机网络实验室1个，共有1600台计算机，10组网络实验设备。每年完成各类机时300万，除寒暑假外实行14×7开放的制度。

长期以来，计算机开放实验室主要应用于计算机公共基础类课程、与计算机相关的专业课程的实践教学，以及学生在非教学时间段上机等。因此，无论在实验室开放、设备利用与资源共享、机房维护等方面都存在诸多问题：

1.开放内容和模式单一

计算机开放实验室通常开放一些常用的软件，缺乏各种类别的公共基础课程的综合性开放实验教学平台，也缺乏向学生提供自主学习、测试和评价的系统平台，甚至许多课程完全没有向学生提供网络自主探究的教学模式和实验环境。

2.设备和信息资源利用率低

计算机开放实验室除实验教学使用外，其余时间为学生自由上机，多数计算机闲置。同时实验教学内容和实验课程安排等不能及时在校园网进行浏览和查询，未能有效地开放与共享，难以实现实验教学的信息化。

3.机房维护繁杂

由于不同的实验课程、不同的教师使用要求不一，机房对硬件和软件的要求也各有差异。特别是现在，计算机系统软件环境的复杂性特征与应用的个性化需求之间的矛盾日益加重。目前任何一台计算机至少安装不少于3个操作系统，有的可高达8个操作系统；同时，用户所需应用软件各式各样，即使同一应用软件，不同人要求不同的版本。

虽然采用硬盘还原卡在当下机房管理维护中是最受青睐的，但在实际操作使用中，存在着不同程度的问题和缺陷，特别突显的是，与主板的兼容性问题和在网络增量拷贝或差异拷贝中掉线，这些对机房的维护管理人员来说，是一项繁杂和艰巨的任务。

基于大学公共基础课程的计算机开放实验室，引入不同类别、不同课程体系的实验教学平台，在现有设备下，加入以服务为宗旨的云桌面系统，提出异构型计算机开放实验室的建设思路，研究其开放运行机制，对提高整个实验教学质量，培养综合型高素质人才具有积极意义和重要作用。

异构型计算机开放实验室建设思路

所谓异构型计算机开放实验室，就是在将传统的计算机系统实验平台和云实验平台相融合，从内容、空间上扩大实验室开放力度，形式上做到时间开放、场所开放、内容开放、对象开放四种模式，满足不同层次、不同年级的学生实验需要，满足不同课程实验教学需求，满足不同课程自主学习需求，满足面向科学研究和社会服务的需求。

搭建以服务为中心的云桌面

云计算是一种新的IT基础设施以及服务的交付和使用模式，通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的硬件、软件和平台等资源，具有高扩展性、虚拟化、高可靠性、经济性和按需服务等特点。它通过虚拟化技术可以将离散的硬件资源统一起来以创建共享动态平台，同时实现应用程序的内置可用性、安全性和可扩展性。其优势在于，不管用户使用何种终端设备，只要能接入云服务网络平台，云平台就能根据用户的需求按需提供和按需使用。

通常个人计算机设备5年需要更新，对于处于淘汰边缘的计算机设备，淘之可惜，用之问题不断。倘若充分利用这些设备，只要它们能接入到互联网的云端，就可运用云计算技术，获取虚拟操作系统桌面。因而，计算机设备也就不会因配置低而过早被淘汰造成浪费。

同时，利用云计算服务，解决机房客户端因超负荷使用设备而带来的设备故障。例如计算机内存、硬盘等配件的容量扩充、升级，以及检修、维护等可由云服务器提供和解决；更不用担心操作系统和各类应用软件以及版本的升级和维护问题，仅仅只在服务器上对操作系统和各类软件升级、维护即可。因此，不但减少了高校计算机设备等硬件的资金投入和维护费用，同时也减轻了实验技术管理人员的工作强度。

因此，采用云桌面，可让用户在统一的环境下运行和操作来自不同虚拟机中的应用，实现应用软件的个性化，增值服务内容，提高服务质量，改善实验教学环境，便于老师教学、学生学习，为自主学习和培养创新能力创造条件。

构建异构型开放实验平台

将现有的计算机实验设备资源、实验课程资源有效地整合，构建一个满足需要计算机实验教学的混合型开放性实验平台（如图1所示）。从功能上可划分为校园网资源平台、局域网资源平台和本机资源平台。校园网资源平台位于底层，提供基础网络服务、公共服务信息系统和各种业务信息系统；局域网资源平台是异构型开放实验室的中间层，是最体现个性特征的平台，包括云计算服务平台、实验教学资源、实验教学排课系统、考试系统、实验室监控系统和开放式实验管理平台等。本地资源平台是开放实验室直接面向用户，包括公共课程开放实验室教学用机、自由上机、各种实验系统和应用平台，既有传统的保护卡模式的多系统，又有面向服务的云平台桌面。

建立开放实验室管理系统

计算机开放实验室管理系统要能全面自动化地管理各个实验室的设备状况、实验教学状况、机房开放状况等，确保实验室安全、可靠、高效率地运行。因此，在设计并建立管理系统时，需要设计自动收集、处理和发布实验室运行的各项数据，如全校各门课程的实验教学情况、学生基本情况、各种实验课程开放情况、各个实验室计算机设备使用情况等等，并对收集的各种数据进行分类统计，以便及时通告用户，统计并分析设备利用状况和实验教学状况。

组建共享资源平台

实现对异构型开放实验室的实验教学资源的互操作和共享，使实验教学资源高度集成，降低教育运行成本和资源维护成本。充分利用校园网资源、局域网资源和本地教学资源，学生实验教学用机和其他用户上机都可根据不同需求进行系统平台分类。通过对整个实验环境的网络连接和优化配置，实现教学资源由单一性、重复性、分散性向综合性、共享型、高效益模式转变，组建开放的共享资源平台。

完善运行保障机制

图1 异构型开放实验平台

计算机开放实验室实行真正意义上的开放， 即实验时间、实验内容、实验场地和实验对象全方位的开放。但如何将开放实验室最大限度地发挥其应有的作用，如何把培养学生的实践能力和创新能力落到实处，为此结合工作中的实际情况，借鉴其他高校的实验室开放的成功经验，我们对实验室开放的运行机制进行了初步研究。

首先，开放实验室要想正常运转，必须建立一套较为完善的质量管理体系和严格的实验室规章制度，包括安全管理制度，设备管理制度，实验技术人员职责，学生实验守则，以及开放实验室经费制度，以及评估与考核制度等等。

其次，实现实验室真正意义上的开放，对实验室技术人员的素质也有进一步要求，因此，需建立引进与培养相结合，外出进修与自身培训相结合，以提高实验室人员素养的机制，以及有效的保障和激励机制。目前实验技术人员16名，平均年龄49岁，人员趋于老龄化。针对实验人员不足的情况，可以吸纳更多的教师参与到实验室建设、实验管理工作中来，还可吸收研究生担任实验室助管，聘请本科生以勤工助学方式担任实验室一定工作等形式，形成一支力量充足、保障有力的管理队伍，进一步推进和实施实验室的开放工作。

随着云技术的普及，云计算将为开放实验室的实验教学、科研和技术管理提供一种全新的服务运维模式。创新型计算机开放实验室将以先进的计算机技术为支撑，以现代教育价值观为指导，构建一种异构型计算机开放实验室，以解决设备资源紧缺和管理中存在的各种难题和问题，也促进学生综合素质的培养和创新能力的提高。同时制度的日臻完善和管理的现代化必将使实验室开放体系的建设更上一个新台阶。

（作者单位为华中科技大学主校区开放实验室）