张晓辉:国家级示范的云端课堂如何炼成

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从2012年开始，一种“虚拟化”解决方案开始被西安理工大学工程训练中心应用，该中心的张晓辉主任将云计算教学引入高校，仅需一个账号，学生通过一个普通配置的上网本，在校园网环境下就能随时随地进行一般的计算机二维设计应用，甚至能hold住三维实体设计及模型渲染方面的需求。通过对信息技术的有效应用，教与学都发生着重大改变。

云计算走进高校

在信息化时代，知识内容本身在贬值，运用知识的能力要求则越来越高，由此给大学教学综合改革的压力也越来越大。如何实现既不课上“满堂灌”，又不课下“放羊”？尤其在对动手能力要求高的工程训练中心，这两个难题更加突出。

对于工科院校来说，工程训练中心是一个不可缺少的教学单位，它所承载的是众多学子的动手实践环节。按照传统模式来看，学校需要建设众多的学生机房来承载这些工程实践需求，而且这些机房背后的数据中心也都是一笔必须承担的开支。同时，这些机房的维护成本也非常高，每一个学生用完之后就走了，不会想着把系统维护得很好，所以机房的计算机系统会面临着越用越慢的难题，导致机房的利用率很低。同时传统机房只能在开放了之后，才能让学生进去，时间和空间上都是受限的；在教学资源日益紧张的今天，任何学校对于教学资源特别是教室资源都特别看重，而学生机房的应用效率只能体现在日常的教学中，许多时间均处于闲置的状态，这无疑形成了巨大的浪费。这些传统机房存在的问题一直都很困扰张晓晖主任。

“云计算平台解决了传统机房的时间和空间限制。在校园网的环境中，实现了学生随时随地的登录，为学生提供更多的灵活性，同时提升了设备利用率。”张晓晖主任谈到。

据了解，被教育部评定为国家级实验教学示范中心的西安理工大学工程训练中心，每年能完成6000余人的计划内实践教学任务，实验人时数70余万，同时为各级学生科技竞赛、大学生创新实验计划等提供指导与服务。作为国内高校中首家实现云计算的工程训练中心，在这里你看不到一间传统的电教室或者学生机房，取而代之的则是全中心范围的300Mbps WiFi覆盖和短焦投影教室。在高校信息化圈内，西安理工大学工程训练中心的云计算教学形式得到了同行专家及兄弟院校充分肯定，被国内多所高校的实验中心负责人组织学习参观并借鉴与推广。

图形工作站的教学需求

在西安理工大学工程训练中心负责的教学课程中，CAD是众多工科学科学生都需要掌握的内容之一，计算机已经成为了学生必不可少的学习与应用工具。过去，大家只能通过具体的课程在机房开展CAD实验课操作，但是在使用云计算解决方案之后，在工程训练中心进行实践环节的（任何）学生都可以向中心申请一台虚拟计算机。申请成功之后，在校园网的整个环境里，不管是在宿舍还是在教室，学生都可以通过网络登录所属的虚拟机上使用计算资源。这台虚拟机也由学生自主管理和维护，在申请期结束或者完成作业之后，系统会将虚拟机的资源再分配给下一位需要的同学。“对于每个学生来说，这台虚机是属于他自己的，他就会特别仔细的维护虚机，这对过去做机房维护的老师来说也是一种解放。”张晓晖主任表示，从2012年开始应用到现在，使用2年的时间证明了云计算解决方案在教学中的优越性，从占地面积、设备投入、日常维护、应用便捷性等多个角度来说，云计算方案彻底改变了传统的机房模式，大大提升了软硬件利用率。

据了解，在西安理工大学工程训练中心的各类实验室中，云计算高校示范中心配置也是很特别的，这个中心内包括了62台惠普瘦客户机作为云计算客户端，以及20台惠普Z820工作站作为后端云计算设备，通过这些工作站可以虚拟出160台二维虚拟机和60台三维虚拟机。

在谈到为何选用工作站作为计算设备的时候，张晓晖主任认为这主要是与工程训练中心的教学需求有关。学生申请虚拟机进行一般的二维设计应用之外，对三维实体设计及模型渲染方面也有迫切的需求，如3d CAD应用和3dMax、Maya等软件应用，这就要求后端必须有强劲的专业图形工作站作为支撑。惠普Z820是目前业界最高端的桌面图形工作站，而且针对工程训练中心的应用需求还特别配置了3块图形专业卡，保证了性能的高效与稳定，实现了顺畅的3D虚拟化应用。

教与学的两相宜

“现在的学生做工程设计，以及大规模计算的需求越来越多，比如说学工业设计的、学动画的学生经常会做一些图形的渲染，但是对于学生来讲，他不是时时刻刻都有一台图形工作站是可以用的，一般家里情况不太好的学生基本上就是有一个上网本，甚至只是1000元以内块的杂牌上网本。即使他只有这样一台上网本，但只要登录到他的虚机，就等同于有了一台虚拟的图形工作站，可以做动画的渲染，时时刻刻可以享受到计算资源的服务。这个也是对学生学习来说是非常好的一个促进。”张晓晖主任谈到。以前学生要使用这种大规模的计算资源，可能还需要申请机房，但是现在只要在网上提出申请，就可以把学习资源全部交给学生，移动学习带给教学的变化，让学生们获益匪浅。

他们的感受就是比以前方便多了，以前大家为了到机房上课，大家都在那挤破头，现在我们所有的实训室都有网络，我们每个桌面上都有有线和无线，就是任何地方都可以给学生开展这样一个教室活动。

张晓晖主任也谈到，从任课教师的角度上来讲，因为学生们只是用虚拟机，学生来了教他怎么登录就可以了，所以培训上的任务比较轻，教师们也很高兴。

高校校园云计算的建设是校园信息化发展的趋势， 有利于促进师生形成灵活多样的教学和学习方式，有利于培养高素质人才，有利于提高办学水平和优化学校管理，能够适应新时期网络技术的发展、社会的需要以及学校管理和教学改革等方面的需要。在谈到未来发展的时候，张晓晖主任表示，学生的计算资源需求越来越多，工程训练中心信息化建设二期规划也在进行中，初步确定了400台二维虚拟机和100台三维虚拟机的规模。与此同时，工程训练中心的建设经验也为学校数据中心的建设规划提供了良好的思路。