開放型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理研究

蘇曉光　于莉莉

[摘 要]本文結(jié)合高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際，從學(xué)科需求、教學(xué)目標(biāo)、培養(yǎng)方案的角度出發(fā)，分析了目前計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室面臨的問題，提出了開放式的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的設(shè)想，為創(chuàng)建高效、共享的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室提供新途徑。

[關(guān)鍵詞]開放型；計(jì)算機(jī)；實(shí)驗(yàn)室；建設(shè)；管理

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.14.092

[中圖分類號(hào)]TP399-C1 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1673-0194（2018）14-0-02

越來越多適于培養(yǎng)創(chuàng)新能力的綜合性實(shí)驗(yàn)、適于培養(yǎng)實(shí)踐能力的設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)在繼續(xù)增多，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目增多直接導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)資源不足。在矛盾日益突出的情況下，如能充分利用實(shí)驗(yàn)資源，滿足更多的實(shí)驗(yàn)需求，為教學(xué)提供良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，為實(shí)踐創(chuàng)新提供更為寬松的服務(wù)平臺(tái)，能夠加快開放型實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)進(jìn)程。

1 高校開放型實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)需求

1.1 開放實(shí)驗(yàn)室是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的需要

習(xí)近平主席于2014年的APEC峰會(huì)上曾指出，要從消費(fèi)驅(qū)動(dòng)、投資驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)型到創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)上來，高校實(shí)驗(yàn)室將在科研、創(chuàng)新和社會(huì)服務(wù)中起到重要作用。特別是對(duì)于工科院校在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和動(dòng)手實(shí)踐能力方面，其重要性將不可替代。高校的人才培養(yǎng)必需適應(yīng)社會(huì)發(fā)展轉(zhuǎn)型的需求，而開放型實(shí)驗(yàn)室以其包容性的特點(diǎn)為學(xué)生提供了更自由、更人性化的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所。

1.2 開放實(shí)驗(yàn)室是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)向綜合性實(shí)驗(yàn)的需要

隨著科研手段的不斷變革，計(jì)算機(jī)技術(shù)與各學(xué)科的融合也不斷加深，如電氣學(xué)科、材料學(xué)科、機(jī)械學(xué)科與計(jì)算機(jī)技術(shù)的交融發(fā)展，使實(shí)驗(yàn)類型變得日益復(fù)雜。傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)在創(chuàng)設(shè)性與探究性上，已不能滿足教學(xué)需求，有必要轉(zhuǎn)向綜合性實(shí)驗(yàn)。這種轉(zhuǎn)變會(huì)直接影響傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)資源和實(shí)驗(yàn)環(huán)境，而開放型實(shí)驗(yàn)室正好可以彌補(bǔ)在資源條件不足的情況下，開設(shè)更多的綜合性、復(fù)雜性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

1.3 開放型實(shí)驗(yàn)室是滿足學(xué)生自由化、個(gè)性化學(xué)習(xí)的需要

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使授課形式更多樣化，高校學(xué)生獲取知識(shí)已不局限于課堂學(xué)習(xí)一種形式，網(wǎng)絡(luò)課件、慕課、課程視頻點(diǎn)播都可以成為學(xué)生獲取知識(shí)的途徑，開放型實(shí)驗(yàn)室可以多渠道為學(xué)生提供必要的學(xué)習(xí)場(chǎng)所。同時(shí)，學(xué)生也可以不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制，以校園網(wǎng)為媒介，利用虛擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)自主選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)時(shí)間，保障個(gè)性化的學(xué)習(xí)要求。

2 開放型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)構(gòu)架與特點(diǎn)

2.1 開放型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)構(gòu)架

從圖1中可以看出，校園網(wǎng)是構(gòu)架開放型實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)，服務(wù)器、管理機(jī)、學(xué)生機(jī)、監(jiān)視器、交換機(jī)、路由器是必備的硬件設(shè)備，對(duì)有條件的高校也可配備門禁或一卡通等電子設(shè)備輔助完成部分管理工作。這些硬件資源要與軟件管理平臺(tái)相結(jié)合才能真正實(shí)現(xiàn)開放型的實(shí)驗(yàn)室。

2.2 開放型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢(shì)

（1）實(shí)驗(yàn)室可以24小時(shí)使用，提高了資源的利用率。目前，一些機(jī)房設(shè)備一年中只有幾周時(shí)間在使用，其余時(shí)間設(shè)備都處于閑置狀態(tài)，造成資源嚴(yán)重浪費(fèi)。開放型實(shí)驗(yàn)室正好解決了閑置設(shè)備的資源浪費(fèi)問題，將閑置設(shè)備及時(shí)投入新需求中，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)資源使用最大化。

（2）動(dòng)態(tài)分配機(jī)房的使用人群，最大限度地提高機(jī)房的使用時(shí)長(zhǎng)與應(yīng)用范圍。學(xué)生上機(jī)時(shí)間不受限，上機(jī)地點(diǎn)也不受限，只要是正常教學(xué)以外的時(shí)間，學(xué)生都可以通過預(yù)約系統(tǒng)進(jìn)入任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行學(xué)習(xí)，提高了學(xué)習(xí)的自由度。

（3）學(xué)生可以根據(jù)自己的需求創(chuàng)建個(gè)性化的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。傳統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)多是對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證性操作，而設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容很少，導(dǎo)致無(wú)法充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力、想象力，實(shí)踐深度與廣度受到限制。開放型實(shí)驗(yàn)室可以很好地尊重學(xué)生的想法，讓學(xué)生按自己的想法去做實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生的個(gè)性化實(shí)踐提供了服務(wù)平臺(tái)。

（4）實(shí)驗(yàn)室的作用不再是單一實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所，也可作為課后再學(xué)習(xí)場(chǎng)所。先前學(xué)生的課后學(xué)習(xí)地點(diǎn)多集中在寢室與圖書館，而虛擬技術(shù)甚至包括云桌面技術(shù)的應(yīng)用，使學(xué)生可以在虛擬端獲取各類需要的內(nèi)容進(jìn)行再學(xué)習(xí)。所有課程資源共享，教師可以將各種教學(xué)軟件上傳到服務(wù)器端，并通過校園網(wǎng)傳送給每個(gè)學(xué)生，豐富了學(xué)習(xí)形式，為課后補(bǔ)充學(xué)習(xí)開辟了新場(chǎng)所。

3 開放型實(shí)驗(yàn)室運(yùn)營(yíng)與管理方案

3.1 開放型實(shí)驗(yàn)室維護(hù)維修要點(diǎn)

隨著用機(jī)人次與時(shí)長(zhǎng)的增加，導(dǎo)致病毒攻擊、死機(jī)現(xiàn)象增多，需要維修的設(shè)備數(shù)量也會(huì)增加，所以管理員要具備快速處理各類故障的技能。

（1）硬盤對(duì)拷技能也稱硬盤對(duì)刻技能。這種技術(shù)適用于主機(jī)配置相同，又缺少系統(tǒng)備份文件的計(jì)算機(jī)，常見軟件如Ghost。

（2）利用PXE快速啟動(dòng)客戶端并運(yùn)行Ghost克隆技術(shù)對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行修復(fù)與安裝。管理員還可以通過修改Bootloader實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程PE啟動(dòng)，以及通過遠(yuǎn)程安裝進(jìn)行管理及維護(hù)，兩者具有在短時(shí)間內(nèi)快速?gòu)?fù)原系統(tǒng)。

（3）將虛擬化技術(shù)應(yīng)用在機(jī)房建設(shè)管理中。虛擬化技術(shù)是一種資源管理技術(shù)，對(duì)硬件配置要求不高，可以在不增加硬件條件的情況下不斷擴(kuò)大硬件容量，從而能夠節(jié)省設(shè)備投入成本。

（4）做好防病毒、防黑客、防外存設(shè)備感染工作，為計(jì)算機(jī)與服務(wù)器安裝必要的安全防護(hù)軟件。部分計(jì)算機(jī)要屏蔽其外設(shè)存儲(chǔ)接口，學(xué)生需要的軟件可通過校園網(wǎng)從服務(wù)器下載，切斷外設(shè)病毒、木馬軟件的傳播途徑，防止惡意軟件的傳播與擴(kuò)散。

（5）設(shè)備散熱處理。由于開放型實(shí)驗(yàn)室設(shè)備要長(zhǎng)期處于工作狀態(tài)，設(shè)備積熱或積灰現(xiàn)象比普通實(shí)驗(yàn)室嚴(yán)重，硬件過熱也是導(dǎo)致不能正常開機(jī)的主要原因，所以要做好設(shè)備的散熱處理。高溫季節(jié)要在機(jī)房?jī)?nèi)增設(shè)空調(diào)，工作人員也要定期做好硬件的清灰與除塵工作。

（6）做好計(jì)算機(jī)和服務(wù)器的系統(tǒng)備份工作，以備修復(fù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)使用。管理員還要做好硬件設(shè)備的儲(chǔ)備工作，保證被損壞的計(jì)算機(jī)部件能及時(shí)進(jìn)行更換。

（7）開放實(shí)驗(yàn)室需安裝監(jiān)控設(shè)備，用于監(jiān)控機(jī)房人員流動(dòng)情況，并將收集到的視頻文件傳輸?shù)焦芾頇C(jī)與監(jiān)視墻中。管理員就可以通過監(jiān)視墻同時(shí)監(jiān)管多個(gè)實(shí)驗(yàn)室的情況，通過管理機(jī)了解各實(shí)驗(yàn)室的上機(jī)、人員預(yù)約和流動(dòng)情況，解決了每個(gè)實(shí)驗(yàn)室都要安排一個(gè)管理員進(jìn)行監(jiān)管的狀況。

（8）對(duì)于有條件的學(xué)校，在管理上還可以利用IC卡形式的一卡通技術(shù)輔助管理.上機(jī)人員只需通過門禁刷卡，即可自動(dòng)完成身份驗(yàn)證、上機(jī)考勤、指定操作設(shè)備編號(hào)等上機(jī)核實(shí)任務(wù)。

（9）開放實(shí)驗(yàn)室必須做好網(wǎng)絡(luò)安全工作，無(wú)論是客戶端、服務(wù)端都應(yīng)安裝安全防護(hù)軟件。常用的網(wǎng)絡(luò)安全軟件有很多，如：360安全衛(wèi)士、電腦管家等。管理員可以利用安全軟件采集監(jiān)控各開放機(jī)房的網(wǎng)絡(luò)流量，對(duì)異常情況做到早發(fā)現(xiàn)早防控，避免發(fā)生設(shè)備突發(fā)癱瘓的情況。

3.2 建立健全實(shí)驗(yàn)室的規(guī)章制度

開放型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室上機(jī)項(xiàng)目種類繁多，上機(jī)時(shí)間靈活多變，因此計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室各時(shí)段的上機(jī)人員的流動(dòng)性比普通實(shí)驗(yàn)室多，所以要求實(shí)驗(yàn)室必須建立健全各項(xiàng)管理制度，并嚴(yán)格貫徹執(zhí)行各項(xiàng)制度來保障實(shí)驗(yàn)室的正常運(yùn)行。例如，開放型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室要制定《計(jì)算機(jī)機(jī)房管理制度》《機(jī)器設(shè)備使用管理制度》《實(shí)驗(yàn)室安全操作規(guī)范制度》等規(guī)章制度，并要求新生在上機(jī)前認(rèn)真閱讀及領(lǐng)會(huì)相關(guān)制度及操作流程的細(xì)則。

3.3 完善實(shí)驗(yàn)室的安全管理工作

一方面，管理人員要做好防火、防水、防盜安全工作，建立健全安全操作規(guī)則，配備安全防護(hù)設(shè)施，定期檢查教室的通風(fēng)口、采光口、安全出入口的安全防護(hù)欄、安裝報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)。另一方面，管理人員還要定期對(duì)實(shí)驗(yàn)室的電源線路進(jìn)行安全檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，避免因線路老舊、損壞而發(fā)生火災(zāi)。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文系統(tǒng)地分析了開放型實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)架形式，并詳細(xì)闡述了管理過程中需要掌握的技術(shù)要領(lǐng)及常見問題的處理與防御辦法。希望可以為上機(jī)任務(wù)需求多而又缺少資金投入的高校提供借鑒，以此讓高校的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室能真正成為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所，適應(yīng)新工科人才培養(yǎng)發(fā)展的需要。

注：于莉莉，通訊作者

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