齊倩倩 羅躍逸 楊展

摘 ?要：當(dāng)今，社會(huì)已進(jìn)入信息化和智能化時(shí)代，為適應(yīng)時(shí)代發(fā)展，探索智慧教育創(chuàng)新，采用云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)云平臺(tái)、物聯(lián)感知平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)資源平臺(tái)，研發(fā)符合計(jì)算機(jī)學(xué)科發(fā)展和計(jì)算機(jī)人才培養(yǎng)的開(kāi)放式智能化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐管理的軟硬件資源整合和協(xié)同優(yōu)化，持續(xù)推進(jìn)計(jì)算機(jī)系列課程的教學(xué)改革。

關(guān)鍵詞：智能化；開(kāi)放式；實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；人才培養(yǎng)

中圖分類號(hào)：TP39；G434 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? 文章編號(hào)：2096-4706（2023）16-0185-05

The Construction of Open Intelligent Experimental Platform for the Cultivation of Computer Talents

QI Qianqian1， LUO Yueyi2， YANG Zhan1

（1.Big Data Institute， Central South University， Changsha ?410083， China;

2.School of Mathematics and Statistics， Central South University， Changsha 410083， China）

Abstract： Today， the society has entered the era of informatization and intelligence. In order to adapt to the development of the times and explore the innovation of intelligent education， use cloud computing， mobile Internet， big data and other advanced technologies to build an experimental cloud platform， an IOT awareness platform， and experimental resource platform. Develop an open intelligent experimental platform that conforms to the development of computer science and the cultivation of computer talents， and achieve the integration and collaborative optimization of software and hardware resources for the management of undergraduate experimental teaching practice， continuously promote the teaching reform of computer series courses.

Keywords： intelligence; open type; experimental platform; talent training

0 ?引 ?言

《教育部教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》等文件中提出要充分發(fā)揮信息化在教育改革與創(chuàng)新中的積極作用，不斷豐富我國(guó)教育服務(wù)供給模式，支撐和引領(lǐng)教育現(xiàn)代化。計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心是大學(xué)計(jì)算機(jī)系列課程教學(xué)改革的實(shí)踐實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[1]，在鞏固和應(yīng)用本科學(xué)生計(jì)算機(jī)理論知識(shí)以及提升本科學(xué)生專業(yè)創(chuàng)新能力的過(guò)程中，積極研發(fā)面向計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)的開(kāi)放式智能化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，旨在不斷優(yōu)化本科計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件和創(chuàng)新本科計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，積極開(kāi)展和落實(shí)計(jì)算機(jī)專業(yè)建設(shè)和計(jì)算機(jī)人才培養(yǎng)。

物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云技術(shù)、人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展，為高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革創(chuàng)新提出更高的要求。論文結(jié)合中南大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)科建設(shè)的需要和本科計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)的教學(xué)改革要求，在認(rèn)真梳理和研究計(jì)算機(jī)本科人才培養(yǎng)方案并結(jié)合已有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，聚焦計(jì)算機(jī)專業(yè)中關(guān)于算法與模型、計(jì)算與統(tǒng)計(jì)、理論與實(shí)踐的關(guān)鍵要素[2]，積極探索符合計(jì)算機(jī)專業(yè)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)特性需求的開(kāi)放式智能化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，促進(jìn)計(jì)算機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心的管理，使資源配置在計(jì)算機(jī)專業(yè)的人才培養(yǎng)過(guò)程中發(fā)揮更有效的作用[3]。

計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的改革創(chuàng)新立足于國(guó)家新工科人才培養(yǎng)戰(zhàn)略，籍此實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)愛(ài)計(jì)算機(jī)、學(xué)計(jì)算機(jī)、立志獻(xiàn)身計(jì)算機(jī)的創(chuàng)新人才[4]。論文聚焦提高計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生熱愛(ài)計(jì)算機(jī)的內(nèi)生動(dòng)力，激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的求知心和好奇心，培養(yǎng)學(xué)生鍥而不舍的勇氣和毅力，塑造學(xué)生正確的人生觀和價(jià)值觀，積極探索建設(shè)符合計(jì)算機(jī)類優(yōu)秀人才培養(yǎng)所需的智能化計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[5]，使計(jì)算機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心成為計(jì)算機(jī)類優(yōu)秀人才的實(shí)踐實(shí)訓(xùn)基地，建設(shè)一流的硬件基礎(chǔ)聚集地，提升科學(xué)研究水平。

一流人才培養(yǎng)是計(jì)算機(jī)一流學(xué)科建設(shè)的重要任務(wù)，專業(yè)實(shí)踐教學(xué)基地是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要陣地，但計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的相對(duì)薄弱已成為影響計(jì)算機(jī)一流專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)的瓶頸。為適應(yīng)新形勢(shì)下創(chuàng)新人才培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)需求，構(gòu)建計(jì)算機(jī)一流學(xué)科教學(xué)所承載的培養(yǎng)一流人才所需的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[6]，積極開(kāi)展計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)新模式的探索和實(shí)踐，持續(xù)推進(jìn)計(jì)算機(jī)系列課程的教學(xué)改革。

1 ?開(kāi)放式智能化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

計(jì)算機(jī)人才培養(yǎng)的開(kāi)放式智能化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是基于云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等多種先進(jìn)技術(shù)研發(fā)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)硬件設(shè)備和軟件資源協(xié)同優(yōu)化的教學(xué)實(shí)踐和管理，平臺(tái)框架如圖1所示。

1.1 ?計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)云平臺(tái)

計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)云平臺(tái)是基于虛擬化技術(shù)提供的底層框架和虛擬云桌面資源，該平臺(tái)由計(jì)算集群、存儲(chǔ)集群、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、終端設(shè)備等組成，架構(gòu)如圖2所示。

計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)云平臺(tái)使用VDX桌面?zhèn)鬏攨f(xié)議為用戶提供獨(dú)享桌面，核心組件如下：

1）虛擬機(jī)管理平臺(tái)。構(gòu)建服務(wù)器資源動(dòng)態(tài)調(diào)度的集群環(huán)境，以虛擬機(jī)的方式為教師和學(xué)生提供Linux和Windows操作系統(tǒng)環(huán)境，可統(tǒng)一管理和監(jiān)控所有桌面池。

2）虛擬桌面控制器。提供集中式的桌面用戶認(rèn)證、自動(dòng)化的桌面管理，創(chuàng)建、更新、還原虛擬桌面等。

3）云終端。平臺(tái)可配置瘦終端，老師和學(xué)生也可以使用自己的筆記本、PC機(jī)等智能終端作為軟件載體接入，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地接入并使用虛擬桌面。

計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)云平臺(tái)可以搭建多種實(shí)驗(yàn)環(huán)境，包含數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)環(huán)境、程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境、算法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境和人工智能實(shí)驗(yàn)環(huán)境。學(xué)生可以通過(guò)各種不同類型的終端設(shè)備（如云終端、筆記本、手機(jī)及平板等）隨時(shí)隨地接入使用，平臺(tái)框架如圖3所示。通過(guò)存儲(chǔ)集群構(gòu)建教學(xué)資料庫(kù)，方便師生移動(dòng)訪問(wèn)、協(xié)作共享；通過(guò)搭建更為靈活的資源池，讓桌面云平臺(tái)性能更好，更可靠；通過(guò)云管理平臺(tái)對(duì)所有云桌面進(jìn)行統(tǒng)一的運(yùn)維管理。采用跨不同應(yīng)用場(chǎng)景的超融合集群，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室、多媒體教室、辦公室的云桌面計(jì)算和存儲(chǔ)資源融合、彈性分配。集群中某臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障，云桌面可動(dòng)態(tài)遷移到正常的服務(wù)器中，保障云桌面的高可用，實(shí)現(xiàn)不同場(chǎng)景下的云桌面漫游。

采用上述方式可以實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：

1）存儲(chǔ)集群。統(tǒng)一平臺(tái)集中存儲(chǔ)個(gè)人資料，支持多終端接入，隨時(shí)隨地訪問(wèn)和移動(dòng)辦公，集中存儲(chǔ)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，滿足優(yōu)質(zhì)資料的共享，提高資料利用率。

2）統(tǒng)一的運(yùn)維管理。以圖形化界面展示所有接入設(shè)備的運(yùn)行情況、在離線狀態(tài)、CPU和內(nèi)存等使用情況。

3）虛擬機(jī)管理。可以直接跳轉(zhuǎn)到節(jié)點(diǎn)的管理界面，對(duì)虛擬機(jī)進(jìn)行用戶創(chuàng)建、系統(tǒng)安裝、軟件更新等遠(yuǎn)程運(yùn)維操作。

4）數(shù)據(jù)智能分析。對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，得出整體情況評(píng)分，對(duì)評(píng)分較低的分支做進(jìn)一步的分析，查出問(wèn)題所在。

5）提供告警管理。各分支出現(xiàn)的任何錯(cuò)誤和警告信息均可通過(guò)郵件通知給管理員。告警信息包括超過(guò)閾值告警、重大事件告警、重點(diǎn)關(guān)注操作行為的警告等。

6）動(dòng)態(tài)添加資源池。當(dāng)新建校區(qū)或教室資源不足時(shí)，學(xué)校只需新加超融合一體機(jī)到集群中，實(shí)現(xiàn)計(jì)算性能和存儲(chǔ)資源的同步線性增加。同時(shí)支持盤(pán)級(jí)在線擴(kuò)容，添加磁盤(pán)到集群中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)均衡。

1.2 ?物聯(lián)感知平臺(tái)

物聯(lián)感知平臺(tái)由接入傳感層、物聯(lián)傳輸層和物聯(lián)開(kāi)放平臺(tái)三部分組成，如圖4所示。

接入傳感層對(duì)應(yīng)溫濕度、智能空氣開(kāi)關(guān)、通用數(shù)據(jù)采集器等各類底層傳感終端；物聯(lián)傳輸層主要由智能物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)組成，負(fù)責(zé)聯(lián)網(wǎng)信號(hào)與TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的對(duì)接，控制指令的下發(fā)和設(shè)備狀況的上傳；物聯(lián)開(kāi)放平臺(tái)負(fù)責(zé)將實(shí)驗(yàn)室安防報(bào)警、環(huán)境監(jiān)測(cè)、設(shè)備管控、智能巡檢等功能融合實(shí)現(xiàn)集中管控，如圖5所示。通過(guò)與教學(xué)管理系統(tǒng)、校園一卡通管理平臺(tái)、統(tǒng)一身份認(rèn)證進(jìn)行無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)中心的全天候預(yù)約開(kāi)放。

1.3 ?計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)資源平臺(tái)

為加快推進(jìn)信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的融合與深化，不斷強(qiáng)化計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，具體包括公共/專業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)課程資源系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)金課系統(tǒng)。

1.3.1 ?公共/專業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)

公共計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)主要面向高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、普通物理、離散數(shù)學(xué)五門(mén)公共基礎(chǔ)課程開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)資源庫(kù)，專業(yè)計(jì)算機(jī)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)面向計(jì)算機(jī)專業(yè)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)組成原理、C語(yǔ)言及程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理六門(mén)核心公共基礎(chǔ)課開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)資源庫(kù)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測(cè)試發(fā)布、作業(yè)發(fā)布、在線測(cè)試、在線作業(yè)、成績(jī)管理、成績(jī)分析、試卷分析與比較分析等過(guò)程，如圖6所示。

1.3.2 ?計(jì)算機(jī)課程資源平臺(tái)

結(jié)合圖像自動(dòng)跟蹤技術(shù)將整個(gè)教學(xué)過(guò)程多角度完整地記錄下來(lái)，并自動(dòng)上傳到資源平臺(tái)，為后期開(kāi)展教學(xué)評(píng)課、曬課、教研互動(dòng)、微課、直播點(diǎn)播提供本地化的優(yōu)質(zhì)資源，如圖7所示。

1.3.3 ?計(jì)算機(jī)金課系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的在線課程采取翻轉(zhuǎn)課堂、線上線下混合式教學(xué)模式，教師可以根據(jù)自己的偏好和學(xué)生的需求設(shè)置和調(diào)控課程的進(jìn)度、節(jié)奏和評(píng)分系統(tǒng)。學(xué)生在課外通過(guò)在線課程自主學(xué)習(xí)探究，在課堂上探討交流并深入學(xué)習(xí)，如圖8所示。

2 ?開(kāi)放式智能化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)

開(kāi)放式智能化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)圍繞教學(xué)科研工作建設(shè)新空間、新環(huán)境，為教學(xué)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展帶來(lái)了新途徑、新模式，具有以下優(yōu)勢(shì)：

1）加大“網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)”推進(jìn)力度，構(gòu)建了多屏互動(dòng)的交互式實(shí)驗(yàn)教學(xué)新空間。開(kāi)放式智能化計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)將云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新型信息技術(shù)融入實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，升級(jí)了傳統(tǒng)教育硬件，加大了人、知識(shí)、數(shù)據(jù)與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)聯(lián)力度，重新構(gòu)建了多屏互動(dòng)的研討式學(xué)習(xí)新空間。多屏互動(dòng)搭配了智慧實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)多樣化投屏模式解決多屏信息展示與小組活動(dòng)的智能化同步，讓教師主屏、小組分屏、學(xué)生小屏的高清畫(huà)面融合在應(yīng)用中多向傳送，最終實(shí)現(xiàn)多元立體化互動(dòng)教學(xué)，能夠在很大程度上使學(xué)生和教師得到新的教學(xué)體驗(yàn)，學(xué)生交流更方便、更自由，著力提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

2）優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室智能管理，營(yíng)造了無(wú)人值守的全天候開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)新環(huán)境。加大實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放力度，首先管理先行，解決好安全，控制好風(fēng)險(xiǎn)，制定相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)入機(jī)制、實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范以及“量身打造”的應(yīng)急預(yù)案。在此前提下，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與教學(xué)管理系統(tǒng)、校園一卡通管理平臺(tái)、統(tǒng)一身份認(rèn)證進(jìn)行無(wú)縫對(duì)接。開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室智能化管理系統(tǒng)建設(shè)，在不增加人力成本的前提下，能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心的全天候預(yù)約開(kāi)放。學(xué)生可隨時(shí)根據(jù)需要使用實(shí)驗(yàn)室資源，極大地提升了學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，推動(dòng)了學(xué)生積極學(xué)習(xí)和探索的動(dòng)力，強(qiáng)化了學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。

3）構(gòu)建計(jì)算機(jī)資源平臺(tái)，創(chuàng)建了線上線下有機(jī)融合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新途徑。開(kāi)發(fā)適合計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的在線課程，打造計(jì)算機(jī)課程資源平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)線上教學(xué)與線下教學(xué)的有機(jī)融合。教師可根據(jù)課程的要求和學(xué)生的需求，在計(jì)算機(jī)資源平臺(tái)中自由設(shè)置和調(diào)控實(shí)驗(yàn)教學(xué)的節(jié)奏、進(jìn)度并設(shè)置相應(yīng)的評(píng)分系統(tǒng)，以制定科學(xué)合理的教學(xué)方案。學(xué)生可通過(guò)計(jì)算機(jī)資源平臺(tái)加強(qiáng)線上預(yù)習(xí)，積極主動(dòng)地參與學(xué)習(xí)，著力提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)參與度。

4）利用科研反哺實(shí)驗(yàn)教學(xué)，打造教學(xué)科研相互促進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式。智能化計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使教學(xué)科研平臺(tái)與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)相融合，開(kāi)辟了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和教學(xué)科研相互促進(jìn)的新局面。學(xué)生和教師可以有效利用開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的資源，學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)有創(chuàng)意的項(xiàng)目，指導(dǎo)教師在實(shí)驗(yàn)室對(duì)學(xué)生進(jìn)行高效的指導(dǎo)，從而使學(xué)生在文獻(xiàn)檢索、實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)據(jù)分析等方面的科研能力得到鍛煉和提高，著力推進(jìn)計(jì)算機(jī)類實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新發(fā)展。

3 ?結(jié) ?論

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，教育模式正面臨變革和生態(tài)重構(gòu)。本文研究一種面向計(jì)算機(jī)人才培養(yǎng)的開(kāi)放式智能化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該平臺(tái)可有效提高實(shí)驗(yàn)室管理維護(hù)效率，解決計(jì)算機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心日常管理運(yùn)行中存在的問(wèn)題，從而提升計(jì)算機(jī)專業(yè)本科教學(xué)效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量。

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[6] 盧娟娟.智能化高校實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) [D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2019.

作者簡(jiǎn)介：齊倩倩（1997—），女，漢族，湖南衡陽(yáng)

人，實(shí)驗(yàn)員，碩士研究生，研究方向：軟件工程與信息系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)；羅躍逸（1986—），男，漢族，廣西柳州人，實(shí)驗(yàn)師，博士研究生，研究方向：軟件工程與信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)資源管理與服務(wù)；通訊作者：楊展（1990—），男，漢族，湖南衡陽(yáng)人，講師，博士研究生，研究方向：多模態(tài)信息檢索、計(jì)算機(jī)視覺(jué)和模式識(shí)別。