虛擬桌面技術(shù) 在多媒體教學(xué)管理中的應(yīng)用研究*

姚倩 萬(wàn)利平

摘 要：隨著教育信息化的不斷推進(jìn)，多媒體教學(xué)已成為各大高校常態(tài)化的教學(xué)模式，然而現(xiàn)有的多媒體教學(xué)管理方式卻存在著分散化、低效率和高風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題，制約了教育教學(xué)的發(fā)展。虛擬桌面技術(shù)具有整合教學(xué)資源、提高管理效率等優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用于多媒體教學(xué)管理中，有利于管理模式的優(yōu)化，支撐水平和服務(wù)能力的提升。

關(guān)鍵詞：虛擬桌面技術(shù);多媒體教學(xué)管理;多媒體教室

中圖分類號(hào)：TP393? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1673-8454（2020）20-0094-03

一、高校多媒體教學(xué)管理的現(xiàn)狀

1.分散化管理

以中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)為例，公用多媒體教室約160間，分布于多個(gè)校區(qū)的多棟教學(xué)樓，導(dǎo)致只能以教學(xué)樓為單位進(jìn)行分散化管理。目前，每棟教學(xué)樓安排一名管理人員，進(jìn)行多媒體設(shè)備的定期檢查、維護(hù)和更新，如遇突發(fā)問(wèn)題需實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)解決，加之管理人員數(shù)量有限，多媒體設(shè)備日趨多樣化，越來(lái)越難以保障教學(xué)穩(wěn)定而有序地開(kāi)展。因而，這種分散化的管理模式導(dǎo)致多媒體教學(xué)管理效率低、運(yùn)維難度大，嚴(yán)重影響了教學(xué)進(jìn)度，增加了教學(xué)隱患[1]。

2.非個(gè)性化管理

由于公用多媒體教室是通用教學(xué)場(chǎng)所，面向全校師生提供各種類型的教學(xué)服務(wù)，因而在多媒體教學(xué)管理工作量大、難度高的現(xiàn)狀下，只能以滿足師生的基本需求為目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)，無(wú)法提供個(gè)性化服務(wù)。目前，我校采用的是系統(tǒng)還原的管理模式，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)同傳技術(shù)實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)和教學(xué)軟件的安裝，以提高運(yùn)維效率，保障設(shè)備穩(wěn)定。由于教師使用習(xí)慣以及不同課程之間的差異性，現(xiàn)有的多媒體管理模式難以滿足教師個(gè)性化的教學(xué)需求。因此為師生提供個(gè)性化服務(wù)是多媒體教學(xué)管理中亟待解決的問(wèn)題。

3.低安全性管理

多媒體教室作為通用教學(xué)場(chǎng)所，具有使用人員流動(dòng)性大、使用頻率高等特點(diǎn)，即使殺毒軟件和防火墻等防備系統(tǒng)健全，在病毒程序不斷更新?lián)Q代的今天也難以阻擋各類病毒的入侵，加之在教學(xué)過(guò)程中，移動(dòng)設(shè)備的高頻使用加大了多媒體設(shè)備感染病毒的風(fēng)險(xiǎn)[2]。因而，僅靠系統(tǒng)還原的管理方式難以保障多媒體教學(xué)安全穩(wěn)定地開(kāi)展。

二、虛擬桌面技術(shù)

虛擬桌面是一種基于服務(wù)器的計(jì)算模型，它是以服務(wù)器為基礎(chǔ)，結(jié)合傳統(tǒng)的客戶端模型，將終端系統(tǒng)進(jìn)行虛擬化，在服務(wù)器端進(jìn)行集成配置并統(tǒng)一管理，以達(dá)到桌面使用的靈活性和安全性?？梢酝ㄟ^(guò)任何設(shè)備，在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)屬于我們個(gè)人的桌面系統(tǒng)。目前，桌面虛擬技術(shù)主要分為虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu)（Virtual Desktop Infrastructure，簡(jiǎn)稱VDI）和虛擬操作系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)（Virtual OS Infrastructure，簡(jiǎn)稱VOI）兩種模式[3]。

虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu)是基于早期的RDP協(xié)議和瘦客戶機(jī)逐步演變而來(lái)的一種采用云端管理和云端運(yùn)算的系統(tǒng)架構(gòu)。通過(guò)用虛擬機(jī)在數(shù)據(jù)中心運(yùn)行Windows桌面的方式，用戶可通過(guò)瘦客戶端或安裝了客戶端軟件的桌面進(jìn)行連接和訪問(wèn)。VDI旨在為智能分布式計(jì)算帶來(lái)出色的響應(yīng)能力和定制化的用戶體驗(yàn)，并通過(guò)基于服務(wù)器的模式提供操作和管理，因而它具有高效管理、靈活接入、資源可彈性分配等優(yōu)勢(shì)，但與此同時(shí)也存在對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境及服務(wù)器配置過(guò)度依賴等問(wèn)題，其可行性在多媒體教學(xué)管理的應(yīng)用中受到了一定程度的限制。

虛擬操作系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)是一種由云端服務(wù)器集中管理和控制，客戶端本地訪問(wèn)和執(zhí)行的系統(tǒng)架構(gòu)[4]。通過(guò)將桌面操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件集中部署在云端并在啟用時(shí)傳送至客戶端的方式， VOI不僅可實(shí)現(xiàn)基于服務(wù)端的按需交付，也可實(shí)現(xiàn)客戶端的本地緩存。同時(shí)，它大大降低了對(duì)網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器的依賴性，即使遇到網(wǎng)絡(luò)中斷或服務(wù)器故障等突發(fā)情況，客戶端仍可利用本地緩存繼續(xù)工作，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可用性、數(shù)據(jù)的安全性和用戶的體驗(yàn)感，因此，在多媒體教學(xué)管理的應(yīng)用中具有較高的可行性。

三、虛擬桌面技術(shù)在多媒體教學(xué)管理中的應(yīng)用

鑒于VOI具有支持客戶端斷網(wǎng)脫機(jī)離線運(yùn)行、對(duì)網(wǎng)絡(luò)和云端服務(wù)器依賴小等優(yōu)勢(shì)，因而將VOI技術(shù)應(yīng)用于高校多媒體教學(xué)管理是最符合需求、性價(jià)比最高且用戶體驗(yàn)最好的選擇。筆者以中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)為例，介紹虛擬桌面技術(shù)在多媒體教學(xué)管理中的建設(shè)方案、部署實(shí)施和應(yīng)用場(chǎng)景。

1.建設(shè)方案設(shè)計(jì)

本次建設(shè)范圍包括第二教學(xué)樓、第三教學(xué)樓和第五教學(xué)樓內(nèi)的公用多媒體教室，分別位于東西兩個(gè)校區(qū)。由于參與建設(shè)的多媒體教室分布在不同教學(xué)樓和不同校區(qū)，相互間跨越了多個(gè)虛擬網(wǎng)段，且需途徑多個(gè)聚類交換機(jī)和路由器才可建立聯(lián)系，因此與服務(wù)器之間的通信不適用于通過(guò)PXE協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)的方式，采用的是生成本地菜單進(jìn)而與服務(wù)器進(jìn)行連接，具體建設(shè)方案如圖1所示。

在客戶端，將引導(dǎo)菜單img文件寫(xiě)入本地磁盤(pán)后生成本地菜單，通過(guò)本地菜單可連接服務(wù)端的Boot服務(wù)，客戶端便能夠進(jìn)入啟動(dòng)鏡像配置界面，配置服務(wù)器網(wǎng)段信息，從而連接至服務(wù)端的IO服務(wù)，因而服務(wù)器端的操作系統(tǒng)和各類軟件則通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以文件流的方式傳輸至客戶端并保存下來(lái)。經(jīng)緩存鏡像文件后的客戶端在下次啟動(dòng)時(shí)便可以本地緩存的方式啟動(dòng)或與服務(wù)器間僅進(jìn)行必要的增量通信。該方案不僅降低了多媒體教學(xué)對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的依賴，還降低了與服務(wù)端的耦合性，保障了教學(xué)活動(dòng)安全而穩(wěn)定地運(yùn)行。

2.部署與實(shí)施

服務(wù)端采用主從機(jī)制，部署主服務(wù)器的同時(shí)還需從服務(wù)器作為備份，主服務(wù)發(fā)生數(shù)據(jù)變更時(shí)從服務(wù)器自動(dòng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步，不僅能夠在主服務(wù)意外宕機(jī)的情況下從服務(wù)器能夠作為援手繼續(xù)與客戶端進(jìn)行通信，還能通過(guò)負(fù)載均衡的機(jī)制分解客戶機(jī)對(duì)于主服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的壓力[5]，如圖2所示。主從服務(wù)器均以x86服務(wù)器、千兆網(wǎng)絡(luò)和Server 2008 R2 SP1操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，保留200G以上空間為數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)區(qū)，將其分為基礎(chǔ)盤(pán)目錄、匯出盤(pán)目錄和存儲(chǔ)盤(pán)目錄三個(gè)部分，分別用于群集文件的生成、更新和備份。

客戶端在保障基礎(chǔ)配置的前提下，通過(guò)使用PE系統(tǒng)對(duì)客戶端磁盤(pán)進(jìn)行格式化，再在其本地磁盤(pán)上寫(xiě)入引導(dǎo)菜單并生成本地菜單，隨后將BIOS設(shè)置為本地硬盤(pán)啟動(dòng)，進(jìn)入啟動(dòng)鏡像配置界面，對(duì)客戶端名稱、本機(jī)IP地址、主從服務(wù)器IP地址等網(wǎng)段信息進(jìn)行配置，再?gòu)目蛻舳吮镜匾龑?dǎo)，通過(guò)選擇“網(wǎng)絡(luò)磁盤(pán)啟動(dòng)”連接到服務(wù)端。

在管理端創(chuàng)建多種適用于多媒體教學(xué)的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，將其作為客戶機(jī)的鏡像模板，并根據(jù)系統(tǒng)類型進(jìn)行分類，目前主要分為XP、Win 7 和Win 10三種類型。此外，根據(jù)公用多媒體教室的地理位置，管理端對(duì)參與本次建設(shè)的客戶機(jī)進(jìn)行了如下分組：第二教學(xué)樓、第三教學(xué)樓和第五教學(xué)樓。在每個(gè)分組下創(chuàng)建與各教學(xué)樓多媒體教室數(shù)量相等的客戶端節(jié)點(diǎn)，并對(duì)客戶端的網(wǎng)段信息、數(shù)據(jù)盤(pán)分區(qū)以及啟動(dòng)菜單等參數(shù)作統(tǒng)一配置，如圖3所示。

3.教學(xué)應(yīng)用場(chǎng)景

虛擬桌面技術(shù)為多媒體教學(xué)管理提供了多種應(yīng)用場(chǎng)景，在保證統(tǒng)一管理的同時(shí)還能滿足師生的個(gè)性化需求，目前使用較多的是還原模式、更新模式和學(xué)習(xí)模式。

在多媒體教學(xué)中，隨來(lái)隨用、隨走隨關(guān)已成為多媒體設(shè)備的使用常態(tài)，加之多媒體教室的公用性，保障教學(xué)過(guò)程中師生數(shù)據(jù)私密無(wú)痕以及減少不同學(xué)科在使用過(guò)程中的相互干擾已成為多媒體教學(xué)管理中的重點(diǎn)工作。因此，在正常的教學(xué)運(yùn)行中，大多數(shù)客戶端采用了系統(tǒng)還原模式，即每次使用中產(chǎn)生的各類設(shè)置和數(shù)據(jù)既不會(huì)被保存在本地，也不會(huì)同步更新至服務(wù)端，計(jì)算機(jī)在每次啟動(dòng)后便會(huì)還原成最初始的系統(tǒng)環(huán)境。

由于各種操作系統(tǒng)面臨著發(fā)布更新和修補(bǔ)漏洞等問(wèn)題，對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行定期升級(jí)以及補(bǔ)丁安裝也是日常維護(hù)工作的重點(diǎn)之一。此外，各類教學(xué)軟件更新迭代，新增、刪除和替換更是常態(tài)。此時(shí)，還原模式已不能滿足管理工作的需求，需要在服務(wù)端對(duì)系統(tǒng)模板和鏡像文件進(jìn)行更新，即更新模式。選取一臺(tái)客戶機(jī)修改為更新模式后，便可在該機(jī)器上做更新升級(jí)工作，并且所有操作會(huì)同步保存至服務(wù)端，之后服務(wù)器便會(huì)將該次更新分發(fā)至與之相連的客戶機(jī)，實(shí)現(xiàn)所有客戶端的同步更新。

公用多媒體教室的用戶對(duì)象是全校師生，因此在保障基本教學(xué)需求的基礎(chǔ)上還要滿足不同學(xué)科和不同教師對(duì)多媒體教學(xué)的個(gè)性化需求。比如，特定操作系統(tǒng)的切換、相關(guān)教學(xué)軟件的安裝以及部分教學(xué)資源的共享等。在這些情況下，需要采用虛擬桌面提供的學(xué)習(xí)模式，可以單獨(dú)對(duì)某個(gè)客戶端進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置為學(xué)習(xí)模式的客戶端可以在本機(jī)保留所有的個(gè)性化操作，包括系統(tǒng)軟件的更改和磁盤(pán)數(shù)據(jù)的保存，且每次重新啟動(dòng)后不會(huì)被還原。若想再恢復(fù)到客戶端的初始設(shè)置，在管理界面將該客戶端的緩存清空即可。

四、虛擬桌面技術(shù)在多媒體教學(xué)管理中的應(yīng)用效果

1.統(tǒng)一集中化管理，運(yùn)維效率大大提升

傳統(tǒng)的多媒體教學(xué)管理方式只能以單個(gè)教室為單位進(jìn)行管理和維護(hù)，不僅繁瑣還費(fèi)時(shí)費(fèi)力。通過(guò)使用虛擬桌面技術(shù)，管理人員可以通過(guò)可視化的界面操作對(duì)一個(gè)分組下的所有客戶端進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)置和集中管理，也可以通過(guò)部署一臺(tái)客戶端實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備的更新，將地理位置分散的多媒體教室進(jìn)行歸一化和集中化。即使在遇到多個(gè)客戶端發(fā)生故障的情況下，管理人員也只需要遠(yuǎn)程協(xié)助解決，縮短了響應(yīng)時(shí)間，保障了教學(xué)平穩(wěn)有序地運(yùn)行。

2.滿足個(gè)性化需求，改善用戶體驗(yàn)

將虛擬桌面技術(shù)應(yīng)用到多媒體教學(xué)管理中，不僅實(shí)現(xiàn)了多個(gè)操作系統(tǒng)的按需切換，還可根據(jù)不同學(xué)科、不同師生的教學(xué)需求安裝教學(xué)軟件以及進(jìn)行個(gè)性化配置，提升了系統(tǒng)的可用性和用戶的體驗(yàn)感，為實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)提供了平臺(tái)。

3.教學(xué)數(shù)據(jù)更安全，容錯(cuò)機(jī)制更健全

虛擬桌面技術(shù)提供的還原模式，能夠清空用戶的使用痕跡，保證個(gè)人信息的私密性和教學(xué)數(shù)據(jù)的安全性，另外，即使在遇到病毒入侵時(shí)，也能快速地恢復(fù)到系統(tǒng)的初始狀態(tài)，無(wú)法造成系統(tǒng)的損傷和破壞。由于客戶端本地磁盤(pán)保留有系統(tǒng)鏡像緩存，在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障的情況下，客戶端可以采用離線模式運(yùn)行本地操作系統(tǒng)，從而不影響正常的教學(xué)活動(dòng)。除此以外，如果本地鏡像文件遭到破壞無(wú)法啟動(dòng)，清空緩存的機(jī)制可快速地從服務(wù)端重新載入系統(tǒng)鏡像，大大減少了教學(xué)事故的發(fā)生[6]。

虛擬桌面作為一項(xiàng)新興技術(shù)，為多媒體教學(xué)的管理提供了一種新的思想理念和解決方案，一定程度上整合了教學(xué)資源，提高了管理水平，增強(qiáng)了教學(xué)活動(dòng)的靈活性和安全性，在高校的多媒體教學(xué)管理中得到了廣泛應(yīng)用，對(duì)高校的教育信息化建設(shè)和發(fā)展有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

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（編輯：魯利瑞）