计算机人才培育新挑战——建设基于云计算的高校开放教学平台的研究

□文/陆慧娟　刘砚秋　高波涌　中国计量大学　高志刚　杭州电子科技大学

计算机人才培育新挑战——建设基于云计算的高校开放教学平台的研究

□文/陆慧娟刘砚秋高波涌中国计量大学高志刚杭州电子科技大学

云计算和大数据技术的快速发展给高校计算机专业教学带来了更深层次的挑战和要求。

作为一种全新的网络应用模式，云计算的兴起正在逐渐改变着整个计算机产业的发展。当前，Google、Yahoo等知名企业都推出了自己的云计算解决方案。在教育领域，云计算也将在未来几年成为学校的主流技术，深刻影响教师的教学方式和学生的学习方式，再次带来高等教育的巨大变革。

目前，国内高校都广泛开展了信息化教学资源平台的研究和建设工作，但由于传统教学理念和科技手段的限制，绝大多数的高校教学平台仅仅是一个教学资源仓库，缺乏教务管理和协同共建的功能机制。

建设基于云计算的高校计算机专业开放型教学平台，是为了面向专业资源共享共建、创新教学管理、实现多维学习方式的多功能教学平台。开放型教学平台的建设初衷是体现专业特征、丰富教学环境、增进学习积极性和提高学校信息化程度，整个平台依托云计算环境的技术优势而建，能够有效地提高教学质量，提升学生的就业能力。

☆☆计算机人才培育的沉疴

许多计算机人才，都是走上工作岗位以后，还要持续接受培训，刚毕业的高校学生，往往难当大任。我国多数普通高校的计算机专业的人才培养存在以下几个问题：

人才培养目标比较广泛，很难突出专业特色。计算机专业的培养目标基本是一味照搬重点名校的计算机本科专业的教学计划和大纲，培养目标要求拓宽专业口径，培养复合型人才，忽略了学校的自身优势和自身的发展，很难形成自己的专业特色。

教学形式单一，新的教育模式难以有效运用。在传统的计算模式下，作为教学的重要资源之间，如教师、学生、场所等，受到空间、时间、即时性等各种因素的限制，往往在课堂教学时具有可操作性，但在课堂之外部分，如预习、复习、师生交流等往往难以有效进行管理并保证其质量，从而使各种新的教学模式难以得到有效运用。云计算可以提供随时随地的服务，对于终端设备性能要求低，从而能够有效满足各种各样的教学需要。

基础设施利用率低，共享性差，造成资源浪费。据相关统计表明，高校投入了巨大的人力、财力、物力用于信息化基础建设，利用率低于50%，效率低下。

教学资源共享程度低。近年来，各大高校都基本上建立了较好的网络基础设施，使得教学资源在一定范围和程度上得到了整合。但是由于技术和管理等方面的限制，学校之间很难进行优质教学资源的共享。即使在高校内部，各种教学资源之间基本上处于分割状态，相互之间难以进行共享，从而造成软硬件教育资源重复投入，以及各个部门之间教育资源的重用率低。因此，如何将这些教学资源进行最大化的合并利用，成了缩小各大院校教学质量差异并且提高教学质量的最大问题。云计算可以在组织内或者在整个互联网中提供服务，满足用户共享资源的需要。

资源建设技术含量低，造成维护困难，教学资料易混淆、丢失。目前大部分高校的资源均存放在自购的服务器中，由于资源格式不同及容量过大，使服务器负担过重，极容易导致访问困难。维护人员没有专业的软件对庞大的资源进行有效维护，这样就难以最大限度地发挥教学资源平台的作用。

☆☆云计算对计算机专业的影响

如何利用云计算技术来提高学生对课程学习的积极性，并在现有成熟的、可行的计算机应用平台上，部署计算机相关课程的一些学习模块，提高他们的动手能力，一直是计算机专业教学的研究重点。云计算技术能有效助力高校计算机人才培养。

降低硬件经费投入——云计算将使高等学校教育信息化无需大规模的硬件投入，甚至是零投入。云计算可以通过云平台为计算机专业教学提供各种类型的计算服务，这使得学校无需为了满足越来越多的计算需求而不得不经常购买更新基础设施和设备，而改向提供云计算平台的厂商购买服务，可以有效节约高校的购买成本和维护成本。与此同时，学校师生也可以充分利用原有的旧电脑、价格低廉的上网本以及智能手机接入云服务。从理论上讲，云计算可使计算机专业教学做到网络设施和服务设备零投入，客户终端低投入和多样化。

降低软件和人员费用投入——云计算将使高等教育信息化，购买大量的商业软件、单机版软件以及软件许可证或将成为历史。学校可以通过SaaS为计算机专业提供经济的应用软件定制服务，学校接入SaaS云计算服务后，无需再花费大量资金购买商业软件授权。客户端的老师和学生只要能够上网，就可以享受云计算提供的软件服务，不用担心应用软件是否是最新版本，极大地减少了学校为维护和升级操作系统和应用软件投入的费用。

促成优质资源共享——云计算将使计算机专业开展网络教学时，无需自行搭建网络教学平台，就可以做到真正的教学无所不在和学习随时发生。目前大多数高校都通过购买或自主开发的形式搭建了网络教学平台，开展网络教学活动。但是由于受功能、安全和适用范围等因素所限，这种网络教学平台只能在有限的范围内，为一部分人（如只限于本校教师和学生）提供网络教学服务。云计算可以通过公共云服务平台提供完善的网络教学功能和运行环境，在更大的范围内（如面向全球），为更多的人和各级各类教育提供网络教学服务。

优化个人知识管理——云计算将使个人知识（资源）管理无需与任何硬件设备绑定，实现真正的虚拟化、无限制和绝对安全。随着知识的激增，每个人需要掌握、管理和运用的知识都在呈几何级数增加，尽管目前移动存储设备的容量越来越大，使用也比较简单方便，但是总还是存在遗忘、丢失、数据损坏等事情的发生。云计算可以通过将信息资源上传到云服务器，利用云服务器提供的云存储功能有效解决上述问题，而且云存储还可以根据用户的需求随时随地动态扩充存储容量。云计算服务商还可以根据高校的特殊需求，定制打造个性化的博客、空间、论坛等个人知识管理交流平台。高校为全体在校教师和学生统一购买这类服务，无需投入硬件设备和技术管理人员，是高校开展教育信息化新的途径和方式。

☆☆计算机专业教学云平台的设计与需求

基于云计算的开放型计算机专业教学平台（见图1）建设紧紧围绕专业性的人才培养方案，按照“知识+技能+职业素质”三位一体的人才培养方针设计功能结构。开放型教学平台利用云计算服务商提供的资源管理机制来实现功能架构，将教学资源、网络课堂、科研管理、互动交流等功能以服务的形式发布到网上，用户按照不同的权限按需访问。目前云教学平台主要功能模块包括：系统管理模块、网络课堂模块、资源管理模块、科研管理模块和互动社区模块。

系统管理模块用于管理人员对整个教学平台的管理服务，包括对教师用户和学生用户的权限管理。

网络课堂模块包括网络教学和职业指导两部分，其中网络教学模块主要包括教学视频、在线课堂、在线考试、线上习题等功能，这些功能可以满足师生对专业教学活动的需求，教师可以在网上制定教案和教材，学生可以在线自主学习和进行测验。

职业指导部分包括专业指导、招聘信息、就业指导和职业规划等功能。专业指导是对本专业的行业需求和用人标准进行分析，帮助学生明确专业学习和就业方向。招聘信息则是企业用户用来发布企业用人信息，这个功能主要面向即将毕业的学生，很多学生通过使用该功能成功就业。职业规划则是学院面向就业定制的专业方向课程体系，学生可以通过学习一个或多个专业方向课程来掌握定向就业能力。就业指导可以帮助学生在选择工作方面给予一定的帮助。

图1　总体功能架构

资源管理模块包含内部云资源和外部云资源两部分功能，这些教学资源为教师组织教学和学生自主学习提供了丰富的多媒体素材，同时用户还可以把自己的教学资源上传到资源库中。该模块的功能主要是为用户提供资源分类和检索服务，避免教学资源的重复建设，另外通过规范教学资源的存储格式和命名规则保证资源库的可维护性。

科研管理包括实验室管理、科研课题管理和科研竞赛管理三个部分，实验室的管理是通过云平台让实验室管理人员与高校师生相互联系，借用实验室和课程实验安排的流程更简便。科研课题针对老师和研究生，能够更方便地查阅相关课题资料，也能够让老师和学生随时通过网络沟通，增强课题的研究性和高效性。科研竞赛管理能够让学生更积极方便地参与到科技竞赛中，能够极大地提高自身专业技能，为自己以后就业和发展打下良好的基础。

互动社区模块为开放型教学平台的用户提供交流互动的场所。师生交流平台使得教师和学生在课下也可以交流互动；学生交流平台则为所有用户提供一个畅所欲言的平台，论坛的管理员都由学生担当，锻炼了他们的组织能力和计算机操作能力；高校互动平台能够让各个高校之间的沟通和联系更加密切，共享资源和教学，共同提高。

☆☆平台的实现方式

云计算技术的核心思想就是把数据存储和计算逻辑运行在性能强大的集群服务器之上，用户通过网络来调用云上的资源，这种方式的好处在于可以保证最大限度地利用网络环境实现资源共享。图2为基于云计算的高校计算机专业开放型教学平台实现模型图。

基础设施层（IaaS)：把计算、存储、网络以及搭建教学平台所需的一些工具作为服务提供给用户，使用户能够按需获取IT基础设施。通过核心组件将硬件的计算资源、网络资源以及存储资源池化。

平台服务层(PaaS)：把教学平台的开发、测试和部署环境作为服务，基于互联网提供给用户，为用户提供数据库、操作系统、测试开发环境等。为了保证网络教育平台的运算能力和可靠性，使用控制服务器集群来组建云计算体系结构，使得云计算具有超大的数据存储能力和无限扩展的计算能力。云计算环境的服务器集群一般采用购买、租用云服务器的形式构成，云服务器的价格一般比较低，并且不需要使用方投入任何维护资金。

应用系统层：用户并不掌握操作系统、硬件或者云计算平台的网络基础架构，仅仅使用应用程序。这是一种软件服务提供商以租赁的方式提供给用户服务的概念，这种模式通常具有可定制、可配置、多租户效率和可扩展的特性，往往是通过账号密码或者证书的形式提供给用户。云计算服务器提供高可靠性和高效率的数据计算服务，用户只需要根据业务进行定向开发，不需要考虑软硬件环境对系统性能的影响。云服务器构建在网络环境中，用户使用真正意义上的瘦客户端方式访问系统，甚至可以用网页访问操作系统或大型数据库程序。

事实证明，云计算技术的发展，同时也在深刻影响着教育信息化尤其是高校中的教学、科研信息化的发展。云计算时代的到来，给我国高校计算机专业的教育提出了机遇与挑战。要充分应用云计算技术给计算机专业带来的便利，使人才培养目标更具特色，采用丰富多样的的教学形式，提高实验室基础设施的利用率，积极开展教学资源共享共建活动，增强资源建设的技术含量，培养出适应市场需求的计算机专业人才。随着教育改革的推进以及“云计算”技术应用的快速发展，应用“云服务”优化教学资源平台，已经成为高校教学及科研水平提高的一种重要方式，相信将来会产生更加深远的影响。

图2　平台实现方式模型图