CN105160954A

CN105160954A - 一种云计算实验教学系统构建方法及系统

Info

Publication number: CN105160954A
Application number: CN201510633502.2A
Authority: CN
Inventors: 温武少; 吴珊珊; 温木奇
Original assignee: SYSU CMU Shunde International Joint Research Institute
Current assignee: SYSU CMU Shunde International Joint Research Institute
Priority date: 2015-09-28
Filing date: 2015-09-28
Publication date: 2015-12-16

Abstract

本发明提供一种云计算实验教学系统构建方法及系统，采用本发明方法构建的云计算实验教学系统具备了上课监控、学习成果和作业管理、在线教学问答等功能，为实验教学管理带方便。任何网络通畅的地方、任何系统设置时间内，学生通过自己的个人电脑，无需安装实验环境，就可以登录云计算教学实验系统进行远程实验操作。为学生提供一个开放式的实验系统，学生根据自己的学习进度、能力差别、专业兴趣进行自由学习，学习的时间和时长由学生自己控制。在作业和学习成果管理的支持下，在云计算的实验环境支持下，促进教学质量提升。

Description

一种云计算实验教学系统构建方法及系统

技术领域

本发明涉及云计算技术应用领域，更具体地，涉及一种云计算实验教学系统构建方法及系统。

背景技术

云计算技术是一种资源共享的计算模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问。在私有云中，为学校、企业和政府提供资源共享、数据安全、管理方便的计算和存储服务。云计算提供的资源能够被快速提供，优势在于只需投入很少的管理工作和与服务供应商进行很少的交互。

目前多数学校计算机实验室采用传统的PC机(个人计算机)作为学生实验、实训的教学工具。然而采用PC机的实验教学存在诸多问题和难点。高校个人计算机购置投入巨大。每年个人计算机的更新换代，需要淘汰一批个人计算机；由于很多计算机实验室只能针对专业的课程，建设了大量专业计算机实验室，不能资源共享，造成资源浪费。实验室计算机的维护工作量繁重。硬件维护工作量大，数量庞大的个人计算机硬件，不同配置、不同品牌厂家，增大了机房管理员的维护难度；软件维护工作量大。实验室个人计算机的使用管理困难。使用者众多，频繁的文件拷贝，容易导致计算机感染病毒；计算机试验后的环境恢复比较困难，有时需要操作每台计算机；学生使用行为难以管控，IO存储设备管理难。校内个人计算机的资源共用性差，计算机教室固定，无法灵活调配计算机资源，造成闲置资源多。

随着云计算的飞速发展，云计算技术在各行各业的应用日趋成熟。应用在教学领域的云计算产品也不断涌现，采用云计算虚拟机代替原有的PC成为了重要的一种应用形式。然而，多数云计算虚拟机只是简单代替计算机实验室的PC机，没有尽情发挥云计算技术优势。本发明就是利用云计算技术，为学校的计算机实验室的建设开启新思路，构建一个无边界的“开放实验室”。

发明内容

本发明提供一种云计算实验教学系统构建方法，来实现以虚拟机代替现有的PC机，结合教学内容，构建一个随时随地学习、行为可控的、无边界的“开放实验室”。

本发明的又一目的在于提供一种云计算实验教学系统。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种云计算实验教学系统构建方法，包括以下步骤：

S1：云计算系统管理员或者老师根据实验教学课程内容需求，应用云计算管理系统创建虚拟机模板，所述实验教学虚拟模板包括的计算机硬件有GPU、内存、存储空间和网络，包括的计算机软件有操作系统、应用软件、学习工具和学习文，还具有控制USB接口、上网策略、拷贝粘贴功能；

S2：根据虚拟机模板、学生人数、教学需求，云计算管理系统自动生成若干虚拟机，构成虚拟机资源池池；不同的课程，可以建设不同的虚拟机资源池；

S3：云计算管理系统根据学生的用户权限和属性，判断该学生用户是否有获取实验教学虚拟机池资源的权利；若学生用户有获取该资源池的虚拟机的权利，则可以在任何网络通畅的地点获取虚拟机，进行相关的实验学习操作；

S4：学生释放虚拟机资源，释放虚拟机资源的条件包括学生主动退出、学生超过一定时间没有应用虚拟机、云计算管理系统计划的时间结束；云计算管理系统释放虚拟机资源。虚拟机资源释放后，回收到资源库，作为空闲虚拟机给其它学生用户使用。

一种云计算实验教学系统，包括云计算数据中心、通信网络和操作终端；云计算数据中心包括云计算管理系统，实验教学虚拟机模板库和若干个计算节点，云计算的操作终端通过通信网络向云计算数据中心获取云计算虚拟机，用户的实验操作在远程云计算的虚拟机上。

进一步地，所述实验教学虚拟机模板库由若干虚拟机模板组成，每个实验教学课程形成一个或多个虚拟机模板。

进一步地，所述云计算管理系统制作虚拟机模板、管理虚拟机资源池、控制虚拟机的操作权限，同时管理用户信息、提供师生在线信息交流；实验教学虚拟机模板根据实验课程要求，配置相应的操作系统、硬件参数、应用软件和教学课件；云计算管理系统依照实验教学虚拟机模板，生成完全一样的若干虚拟机，形成实验课程的虚拟机资源池；虚拟机的操作权限控制包括操作终端与虚拟机时间的文件拷贝控制、USB接口设备的控制、上网策略的控制；云计算管理系统为教学师生提供在线的信息交互，问和达的互动；也为学生提供个人的存储空间，以及以班级为单位的公共存储空间。

进一步地，一个或多个计算节点，由高性能的服务器组成，云计算管理系统根据教学课程需要，依照虚拟机模板，生成若干虚拟机，形成虚拟机资源池；不同课程，可以生成不同虚拟机资源池，同一虚拟机池的资源，学生可以分时共用，一个学生用户退出使用后，成为一个空间虚拟机释放回虚拟机资源池，其它学生可以应用。

进一步地，所述操作终端通过网络连接云计算数据中心，获取虚拟机进行相应实验操作；操作终端是实验室的个人计算机、电子阅览室计算机、学生个人计算机、瘦终端、平板电脑；学生进行实验操作的地点是任何网络畅通的地方，包括宿舍、教室、实验室。

进一步地，所述云计算管理系统具有管理学生当前上机行为的能力，云计算管理系统监控学生是否登录和操作云计算实验教学系统；系统还具有学生提交学习成果和作业功能并自动评测学习成果和所提交作业的质量，同时还监控虚拟机控制文件的拷贝和粘贴，杜绝作业的抄袭。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明采用云计算技术构建新型的实验教学系统，主要的优势体现在减少建设投资成本、优化教学管理工作、促进教学质量提升等方面。采用了云计算系统的虚拟机代替PC机，可以节省采购成本。现在高校学生几乎每人一台笔记本电脑，可以作为云计算的操作终端，减少机房建设和PC采购数量。如果采用瘦终端，瘦终端的价格比PC便宜，而且能耗小，也能节省投资成本。由于本发明构建云计算实验教学系统具备了上课监控、学习成果和作业管理、在线教学问答等功能，为实验教学管理带方便。任何网络通畅的地方、任何系统设置时间内，学生通过自己的个人电脑，无需安装实验环境，就可以登录云计算教学实验系统进行远程实验操作。为学生提供一个开放式的实验系统，学生根据自己的学习进度、能力差别、专业兴趣进行自由学习，学习的时间和时长由学生自己控制。在作业和学习成果管理的支持下，在云计算的实验环境支持下，促进教学质量提升。

附图说明

图1是云计算实验教学系统的结构示意图；

图2是云计算试验教学系统的实验应用过程示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，云计算实验教学系统包括云计算数据中心(101)、通信网络(201)和操作终端(301)；云计算数据中心包括一个云计算管理系统(401)，一个实验教学虚拟机模板库(501)和若干个计算节点(701)(702)(703)。云计算的操作终端(301)通过通信网络(201)向云计算数据中心(101)获取云计算虚拟机(801)(802)(803)，用户的实验教学操作在远程云计算的虚拟机(801)上。

操作终端(901)(902)(903)可分布在网络通畅的任何地方，包括宿舍、教室、实验室。操作终端的形式可以是实验室的个人计算机、电子阅览室计算机、学生个人计算机、瘦终端、平板电脑。构建一个开发的计算机教学实验室。

云计算管理系统(401)具有制作虚拟机模板(601)(602)(603)的功能。实验教学虚拟机模板(601)是在云计算基础镜像的基础上，根据实验课程要求，安装相应的应用软件和教学课件；若干虚拟机模板(601)(602)(603)组成虚拟机模板库(501)。依照实验教学虚拟机模板(601)，可以在计算节点(701)生成完全一样的若干虚拟机(801)(802)(803)，形成实验课程的虚拟机资源池(1001)(1002)。虚拟机资源池(1001)(1002)可以跨越不同计算节点(701)。

通信网络(201)为校园网络，为学生在校园内的各个地方提供连接云计算数据中心(101)的通信通道，实现远端实验操作。

云计算管理系统(401)具有管理虚拟机(801)(802)(803)上机行为的能力。监控学生是否登录和操作云计算实验教学系统；具有学生提交学习成果和作业功能；系统可以自动评测学习成果和所提交作业的质量；虚拟机控制文件的拷贝和粘贴，杜绝作业的抄袭。

如图2所示，云计算试验教学系统的实验应用过程：

云计算实验教学系统在高校的计算机基础课程教学应用，以C++编程实验课程应用为实例，阐述本发明的应用。

P1：创建实验教学虚拟机模板(1101)。云计算系统管理员或者老师创建虚C++编程课程的拟机模板。定义虚拟机GPU、内存、存储空间、网络、GPU等计算机的硬件参数。定义虚拟机的操作系统为UbuntuLinux操作系统，应用软件为vim编辑器、build-essential编译环境、教学课件等软件参数。

P2：创建实验教学虚拟机资源池(1102)。根据所构建C++编程课程的虚拟机模板、学生人数、教学需求，云计算管理系统自动生成若干与模板一致的虚拟机，构成虚拟机资源池池。

P3：学生获取实验教学虚拟机(1103)。云计算管理系统根据学生的用户权限和属性，判断该学生用户是否有获取实验教学虚拟机池资源的权利。若学生用户有获取C++课程虚拟机的权利，则可以在任何网络通畅的地点获取虚拟机，进行相关的实验学习操作。特别是学生可以在宿舍进行相应的C++编程课程学习，采用自己的个人计算机为操作终端，云计算向学生电脑推动C++实验环境的虚拟机。

P4：学生提交作业和学习成果(1104)。学生可以向老师提供的网址或存储空间提交作业，老师的作业自动化评分标准可以直接评价作业质量。学生的学习成果可以保存资自己的个人存在空间，伴随学生整个课程的学习过程。

P5：学生释放虚拟机资源(1105)。释放虚拟机资源的条件包括学生主动退出、学生超过一定时间没有应用虚拟机、云计算管理系统计划的时间结束；云计算管理系统释放虚拟机资源。虚拟机资源释放后，回收到资源库，作为空闲虚拟机给其它学生用户使用。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种云计算实验教学系统构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.一种应用权利要求1所述的云计算实验教学系统构建方法的云计算实验教学系统，其特征在于，包括云计算数据中心、通信网络和操作终端；云计算数据中心包括云计算管理系统，实验教学虚拟机模板库和若干个计算节点，云计算的操作终端通过通信网络向云计算数据中心获取云计算虚拟机，用户的实验操作在远程云计算的虚拟机上。

3.根据权利要求2所述的云计算实验教学系统，其特征在于，所述实验教学虚拟机模板库由若干虚拟机模板组成，每个实验教学课程形成一个或多个虚拟机模板。

4.根据权利要求2所述的云计算实验教学系统，其特征在于，所述云计算管理系统制作虚拟机模板、管理虚拟机资源池、控制虚拟机的操作权限，同时管理用户信息、提供师生在线信息交流；实验教学虚拟机模板根据实验课程要求，配置相应的操作系统、硬件参数、应用软件和教学课件；云计算管理系统依照实验教学虚拟机模板，生成完全一样的若干虚拟机，形成实验课程的虚拟机资源池；虚拟机的操作权限控制包括操作终端与虚拟机时间的文件拷贝控制、USB接口设备的控制、上网策略的控制；云计算管理系统为教学师生提供在线的信息交互，问和达的互动；也为学生提供个人的存储空间，以及以班级为单位的公共存储空间。

5.根据权利要求2所述的云计算实验教学系统，其特征在于，一个或多个计算节点，由高性能的服务器组成，云计算管理系统根据教学课程需要，依照虚拟机模板，生成若干虚拟机，形成虚拟机资源池；不同课程，可以生成不同虚拟机资源池，同一虚拟机池的资源，学生可以分时共用，一个学生用户退出使用后，成为一个空间虚拟机释放回虚拟机资源池，其它学生可以应用。

6.根据权利要求2所述的云计算实验教学系统，其特征在于，所述操作终端通过网络连接云计算数据中心，获取虚拟机进行相应实验操作；操作终端是实验室的个人计算机、电子阅览室计算机、学生个人计算机、瘦终端、平板电脑；学生进行实验操作的地点是任何网络畅通的地方，包括宿舍、教室、实验室。

7.根据权利要求2所述的云计算实验教学系统，其特征在于，所述云计算管理系统具有管理学生当前上机行为的能力，云计算管理系统监控学生是否登录和操作云计算实验教学系统；系统还具有学生提交学习成果和作业功能并自动评测学习成果和所提交作业的质量，同时还监控虚拟机控制文件的拷贝和粘贴，杜绝作业的抄袭。