以大数据为背景的高校计算机实验室建设与管理
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[摘 要] 大数据的推广与应用日趋成熟，在此背景下，在高校构建顺应信息化时代发展的计算机实验室，将实验、科研、教学紧密结合，实现了数据的采集、储存、分析和计算。本文不仅分析了目前高校计算机实验室的建设需求，还研究利用大数据、云计算、计算机技术和通信技术，搭建了实验管理平台的整体架构，提出了目前实验室存在问题的建设管理解决方案。
[关键词] 大数据;云计算;实验室
doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 05. 086
[中图分类号] G482 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2019）05- 0218- 02
1 高校大数据计算机实验室建设需求分析
1.1 目前传统的计算机实验室现状
近几年全国各高校均已建设了智慧校园，开展了信息化教育，在实验室的授课过程中共享诸多教育资源，但同时也存在一些不足。
（1）实验室所购置的电脑硬件配置不同，个别实验室设备较为陈旧，个别机型不适应某些教学软件的需求。
（2）高校的计算机实验室往往承担全校的计算机公共课程，利用率高，与此同时，设备的损坏率也高。
（3）学生在计算机实验课上经常会使用U盘、移动硬盘等存储设备，这些存储设备可能会存在木马程序或病毒，导致电脑中毒或是局域网内中毒。即便使用杀毒软件或保护卡的还原功能，个别病毒仍防不胜防。
1.2 利用现代技术手段，确保实验室具备数据挖掘和云计算的能力
高校的计算机实验室，主要功能就是满足课程的基本上机操作，但是在大数据的背景下，实验室需要在网络及数字化教育资源共享的基础之上，充分地利用云计算、通信技术、智能控制等技术，创造智能、环保的计算机实验环境。因此，对于高校计算机实验室的建设与管理还需达到以下几点：
（1）搭建集数据的处理、存储、分析、采集和资源管理能力的服务集群，可以利用大数据和云计算技术进行项目管理。
（2）实验室可以利用大数据技术为学生提供个性化的服务，并提供大数据的实验资源，运用云计算平台来为学生提供一个教学与实践相结合的实验环境。
（3）全方位的围绕计算机的课程特点，在高校计算机实验室可以实现不同课程的相互结合，使实验室具备教学和科研相结合的服务能力。
2 高校计算机实验室的建设方案
建设兼具云计算和大数据处理能力的计算机实验教学环境是现在教学模式亟待发生的一项变革。一项合理的建设解决方案可以推动教学课程的改革，可以推动教学模式和手段的转变。
按照计算机实验课程的特性，我们用物联层、互联层和智能层的三层架构模式来构建计算机实验室。
（1）物联层包括云平台建设和物联网建设两部分。
云平台建设就是将计算机实验室的云终端、云服务器、云系统等实验室的资源虚拟化，所有的教学“云”资源，可以随时来获取，提高了资源利用率。实验室的用户私有云，不仅可以阻止计算机病毒的入侵，还可以更大限度地保护用户的隐私。同时云平台的搭建，还有效减少了实验室的管理人员工作量，降低了终端维护管理的难度。
物联网通过无线互联技术，无线连接传感器、致动器和控制器[1]。利用传感器来捕捉数据，再将视频信息和数字信号进行精密处理。除此以外，物联网还可以针对特定目的进行设计——可以利用摄像头监测学生在实验室的实验情况;可以利用传感器传输并获取实验室的温湿度;可以设置门禁系统来保证实验室的使用安全等等。上述情况只需通过传感设备收集数据，再将数据传输至互联层即可进行处理、集成和管理。
（2）互联层可以通过物联层和实验室管理系统来进行数据处理。
通过Web服务或是某种协议，将物联层捕捉到的数据传输至互联层，再将这些数据统一汇总至数据中心进行集中处理。
实验室管理系统的数据主要包括实验设备的基本信息、实验课程的相关信息（比如排课情况，作业的发送及回收等）、上机的登记和统计、对实验室内每一台机器的登录控制、用户账号信息的维护、统计、查询功能。以上数据的格式不同，来源也不同，但都会映射至系统事件的服务中，再结合存储于学校其他相关系统的信息，对初始数据进一步过滤。将数据建模和数据识别相结合，形成新的数据源，并对其进行优化，以便为实验室提供更为准确的信息服务。
（3）智能层涵盖了环境监测、开放预约、远程监控、电力监测和人员监测功能。
智能层依托互联层提供的数据，融合优化事件管理和规则等应用程序，提高数据的分析和可视化能力。智能层还将提供如自定义管理、预定义触发事件、远程通告、远程处理等模块，对各个类别的对象实施实时的智能化监测[2]。利用相关数据，集成统计工具和数学算法， 在智能层做进一步的扩展。通过面向服务的架构模型来进行数据的转换与分析，再通过分析功能收集相关数据，进行结果预测、数据建模、风险评估与决策。
环境监测模块一方面按照光线的强度和用户位置，运用光线传感器，来对实验室内的照明设施及计算机屏幕自动的调节明亮度。另一方面可以对实验室内的温湿度进行设置，以便自动调节室內的通风和空调温度;根据系统所显示的实验室内的空余位置可以采用开放预约模块进行实验室预约;远程监控模块可以有效地对照明、空调和网络等仪器设备的连接及使用进行监控;为保证实验室内动力系统运行的稳定性，采用对实验室内的电源、UPS、防雷系统等动力设施进行远程的电力监测模块;为保证实验室的安全，可以通过摄像头对实验室内的人员进行监控，制定相关的安全权限，对维护人员实施授权，记录未授权人员，可采用人员监测模块。 3 建设方案总体框架
具有高效、安全、可靠、开放和可扩展性能的面向服务型架构，是计算机实验室所需遵循与搭建的总体框架。综合实验室的硬件设施与软件平台，可以分为四层建设，即应用层、云服务平台层、虚拟资源层和基礎设施层[3]。
（1）应用层主要包括教师和学生在计算机实验课程中的教学活动，以及对教学资源的应用处理。
（2）云服务平台层就是软件的项目管理平台，主要通过云计算服务来进行项目管理、任务管理、代码管理和日志管理。
（3）虚拟资源层包括对网络数据的管理、网络储存设备管理和计算机云资源的虚拟管理。
（4）基础设施层是指实验室的计算机、存储设备、网络设备、分析处理设备和服务器等物理设备。
对上述四层建设进行重点规划，高校的计算机实验室建设才能更为合理，实验室的资源调配和使用才能达到最佳效果，实施统筹规划，实现资源共享，可以极大限度地提高教育教学的成果。建设大数据型计算机实验室，可以促进教学与实践的改革，利用这种新的教学手段和教育模式，可以采集和处理学生的学习行为信息，为学生打造一个更为实用更为完善的实验环境。
4 实验室的管理方案
在大数据的背景下，若需提高计算机实验室的管理水平，应结合实验室的实际情况，规划并完善出从实际情况出发，与时俱进的实验室管理方案。设计实验室管理方案，要充分考虑到实验室的课程、资源调配、用户所具有的资源权限、实验考核等多方面内容。与此同时，也需要建设云服务平台、云资源管理平台和虚拟平台[4]。
（1）云服务平台：可以对云数据进行分析与处理。对实验课程中任务的发布、分解、测试、验收等多方环节实施线下管理，提高了教师的教学与学生的实践能力。
（2）云资源管理平台：该平台可以为计算机的实验教学提供素材和数据资源，也可以重复利用设计素材、设计案例、测试库等过程性资源，提高了资源库的利用率，保障了教育教学活动的顺利展开。
（3）虚拟平台：在云计算数据中心将计算机实验室的数据和存储资源 ，通过虚拟平台，结合数字化技术，由物理资源向虚拟化资源转换，同时按照用户要求提供云桌面服务。虚拟平台可以支持云桌面的基础架构，可以支持云技术的异构模式，使云接入更为稳定，云技术的移动能力更强。对跨学院、跨学科、跨专业的计算机实验课程管理、发布和融合，提供了更为安全可靠的技术支持。
5 结 语
在大数据的背景下，高校的计算机实验室应摒弃以往的管理与建设模式，需要建设具备配套高开放性和高扩展性的管理平台。构建安全可靠的管理平台，可以提高学生的工程意识和实践能力。同时，将云技术与计算机实验室的有机融合，充分发挥了实验室的功效，实现了实验室的智能化，可以为高校的实验教学与科研活动提供最佳的服务。
主要参考文献
[1]杨龙.基于大数据和人工智能的高校信息化服务研究[J].实验技术与管理，2018，35（11）：153-156.
[2]王军号，杜朋，黄娟.大数据、云计算和物联网技术在高校计算机实验室开放建设中的应用研究[J].教育教学论坛，2018（18）：13-14.
[3]廖军，张毅，王成良，等.高校大数据实验室建设体系研究与分析[J].实验技术与管理，2018，35（11）：241-244.
[4]彭一明，范雪松，龙新征.构建物联、互联、智能化的智慧计算机实验室[J].实验技术与管理，2016，33（2）：216-219.
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