李海胜 张明真

摘  要：在“双高”建设背景下，建设智慧教室是高职院校改善教学环境、提升教学质量的必然选择。以郑州铁路职业技术学院人工智能学院智慧教室建设为例，总结传统多媒体教室存在的问题，指出采用云桌面技术建设智慧教室计算机系统的新路径，总结云桌面技术建设的技术优势。智慧教室的应用可以促进教师教育教学理念的变革，提升教学质量，助推高职院校“双高”建设。

关键词：智慧教室;云桌面;高职院校

中图分类号：G434;TP311.5     文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）04-0158-03

Abstract：Under the background of “double high” construction，the construction of smart classroom is the inevitable choice for higher vocational colleges to improve the teaching environment and quality. Taking the intelligent classroom construction of Institute of Artificial Intelligence，Zhengzhou Railway Vocational and Technical College as an example，this paper summarizes the existing problems of traditional multimedia classroom，points out the new path of using cloud desktop technology to build intelligent classroom computer system，and summarizes the technical advantages of cloud desktop technology construction. The application of smart classroom promotes the reform of teacherseducation and teaching ideas，improves the quality of teaching，and promotes the construction of “double high” in higher vocational colleges.

Keywords：smart classroom;cloud desktop;vocational college

0  引  言

2017年，习近平总书记在党的十九大报告中指出，要增强改革创新本领，善于结合实际创造性推动工作，善于运用互联网技术和信息化手段开展工作。2019年，在国家“双一流”建设背景下，职业教育推出高职“双高计划”，服务产业转型升级培养高素质技术技能人才的时代需求[1]。

党中央、国务院相关政策以及“智慧校园”“智慧教室”等概念的提出，给高等职业院校信息化建设指引了方向、开辟了更加广阔的空间，并由此带来了教育、教学理念的深刻变革[2]。建设新型智慧教室是 建设高职院校智慧校园的核心工作，亦是提升高职智慧教育水平、建设“双高”职业院校的硬件基础与内在要求。智慧教室的设计、建设与应用，成为了教育技术领域研究的主题之一，并且是各类院校和科研院所教育研究人员、教学多媒体建设人员关注的热点[3]。越来越多的高校开始新建智慧教室或者改造传统多媒体教室。在此过程中，如何建设计算机系统，成为建设过程中首要解决的问题。基于此，以郑州铁路职业技术学院人工智能学院为例，探讨智慧教室计算机系统的建设方案，使计算机系统更加有效地促进教师教学、学生认知方式的转变，从而支撑新型教育教学模式，最终实现技术与教育教学的完美融合。

1  传统多媒体教室存在的问题

1.1  承载各类软件，管理难度大

多媒体教室承载着学校信息化教学任务，需要安装各类课程软件、平台，即使是通过机房管理软件进行安装、管理，亦需要耗费大量的人力物力。随着软件的快速迭代更新，计算机软件对硬件的要求逐年提升，传统模式下无法对教室内所有机器进行硬件更新。此外，机房用户众多，用户的上机行为难以管控，也对机房的管理造成了很大的压力。

1.2  易受攻击，安全性差

目前传统多媒体教室存在如下安全问题：

（1）难以防止非法接入。多媒体教室配置大量计算机主机，存在主机接口众多，管理人员难以处理非法外联、非授权外设接入以及第三方或临时雇员安全接入等问题。

（2）难以保证数据安全。数据均在本地存储，难以防范数据泄露与丢失。同时部署多种安全产品面临软件冲突且牺牲系统性能。若机房局域网某台主机被病毒感染，很有可能造成大规模的机器中毒以及用户信息泄露，给信息安全带来极大挑战。

（3）缺乏有效的安全防护手段。机房一般采取安装单机杀毒软件的方式进行安全防范，安全防范手段单一，缺乏综合防护手段。

1.3  占用空间大，环境卫生难保持

为保护计算机主机不受损坏，多媒体教室一般配置电脑桌用于摆放主机。多媒体教室用户涵盖全校，学生在机房内乱丢垃圾的现象时有发生，某些学生将垃圾放置到电脑桌内部，难以清理，这给多媒体教室环境卫生带来了极大的挑战。

1.4  建设、维护成本高

（1）硬件成本高。采用传统方案（单台主机、局域网联通）建设多媒体或智慧教室硬件成本高、采购成本高[4]。此外，传统方案机房主机损耗较高，特别是随着使用时间的增加，损坏率加速上升，需要不斷更新、替换硬件，加剧了硬件成本的上升，这也在一定程度上影响了日常教学工作。

（2）能耗成本高。每台主机功率约在200 W左右，每年机房的电力消耗是一笔很大的支出[4]。夏季高温时节，机房亦是火灾防范的重点，随着使用时间的增加，电力线路老化，更加大了火灾发生的危险性。

鉴于传统多媒体教室的诸多弊端，而云机房可以在一定程度上克服传统多媒体教室的不足，所以当前越来越多的学校开始使用云桌面进行办公和教学。

2  云桌面技术建设智慧教室技术路径

云桌面技术，即虚拟桌面系统，是通过在数据中心的服务器运行操作系统，用户通过来自终端设备（传统终端设备和移动智能终端）的客户计算协议与后台服务器进行连接，将用户桌面虚拟化，使用户访问终端桌面就像是访问传统的本地安装桌面一样[5]。云桌面将个人计算机（Personal Computer，简称PC）上的操作系统、应用程序和数据全部集中放置于数据中心，并且提供与个人计算机一样的使用体验，从而不再需要传统计算主机。云桌面技术在前端客户无差别应用的前提下，为机房管理运维提供了全新的方式。

目前建设云桌面机房主要采用两种技术路径，一是虚拟机技术，二是Docker容器技术。虚拟机（Virtual Machine）是指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。Docker是一个软件平台，可以快速构建、测试和部署应用程序。Docker将软件打包成名为容器的标准化单元，这些单元具有运行软件所需的所有功能，包括库、系统工具、代码和运行时。Docker设计精巧、部署快速、运行高效，应用之间相互独立、隔离，管理人员可以看到所有容器的内容。

虚拟机用于虚拟化服务器硬件，而容器用于虚拟化服务器的操作系统，虚拟机与Docker适用于不同的应用场景。虚拟机的优势在于能够彻底隔离整个运行环境。例如，云计算服务提供商通常采用虚拟机技术隔离不同的用户，而Docker通常用于应用的隔离，如Web前端，Apache服务器以及MySQL数据库。虚拟机与Docker技术原理对比，如图1所示。

在智慧教室建设中，针对需求采用虚拟机或Docker技术建设云桌面系统。

面向公共课程的机房，需支撑课程较多，采用虚拟机技术，具备通用性的特征。利用虚拟机后台管理系统创设Windows 7、Windows 10、Ubuntu等操作系统镜像，在镜像中安装专业软件，某一个镜像的更新不影响其他镜像的使用，做到系统之间互不干扰兼具安全的优点。

面向专业课程的机房，需求单一，可采用Docker容器技术，能够快速响应，具备高性能的优势。在统一系统镜像下，安装应用软件，应用之间相互隔离，做到应用隔离兼具快速响应的优势。

采用虚拟机或Docker技术建设云桌面系统，其系统架构基本一致，如图2所示。系统包含服务器、后台管理端以及多台客户机。服务器用于提供硬件资源，后台管理端用于云桌面系统管理、镜像管理以及资源分配，客户机显示服务器上开辟的虚拟机或Docker。云桌面系统是典型的胖服务器、瘦客户机的架构。

3  云桌面技术建设智慧教室的优势

3.1  动态扩展、集中管理

云桌面系统管理集中于服务器端，由后台统一管理。在云桌面系统后台，可基于教学需求创建多种不同类型的操作系统镜像（Windows 7、Windows 10、Linux等），定制“系统+专业软件”的镜像。镜像下的专业软件需要更新时，只需修改该镜像，用户即可获得更新后的镜像，无需传统模式下的系统同传等操作。

云桌面管理系统根据前端用户需要动态划分、释放镜像所占用的物理资源。有用户需求时，则分配对应镜像资源;有用户注销时，则释放其所占用的系统资源，从而实现资源的弹性供应。

3.2  安全性好

云桌面系统安全性由位于云端的安全云软件、硬件平台以及位于用户端的瘦客户端构成。位于云端的安全云、硬件能够快速更新，瘦客户端接口统一，极大地提升了云桌面的安全防范能力。

3.3  教室环境易保持

传统PC与云桌面PC相比，如图3所示，传统PC双人台包含电脑桌、主机柜、凳子等，主机柜占用了电脑桌下部近50%的空间，并且成为机房“藏污纳垢”的主要位置。而云桌面机器仅在桌面放置显示屏、客户机与鼠标键盘，解放了电脑桌下部空间，并且无卫生死角，教室环境卫生极易打扫、保持。

3.4  节约成本

本文以郑州铁路职业技术学院人工智能学院多媒体教室（同等硬件性能配置、40台位）为例，对比上述两种方案所需成本。

（1）硬件成本。如表1所示，采用传统PC方案与桌面云的方式建设50台位的智慧教室，两种方式建设成本几乎一致。

（2）能耗成本。如表2所示，假设工作日每天使用6节课（约5个小时），全年工作日260天计算，桌面云较传统PC方案可节约72%的电力。

（3）TCO（Total Cost of Ownership）对比。TCO即总拥有成本，包括产品采购到后期使用、维护的成本。综合表1、表2，采用传统PC方案与桌面云的方式建设50台位智慧教室机房系统，桌面云TCO约占传统PC方案TCO的70%，节约了大量建设经费。

4  结  论

党中央、国务院相关政策以及智慧教室概念的提出，为高职信息化建设指引了方向。传统PC方案存在管理难度大、安全性差、环境卫生难保持等问题。云桌面计算机模式凭借动态扩展集中管理、安全性好、環境易保持与成本低的优点正逐步取代传统PC方案，成为建设智慧教室计算机系统的新模式。目前，越来越多的学校开始建设智慧教室替代传统多媒体教室。智慧教室的应用促进了教师教育理念的变革、教学方法的转变，助力高职院校提升教学质量，推进“双高”建设。

参考文献：

[1] 周勇.把握时代脉搏  打造特色高水平信息高职 [N].中国教育报，2019-12-17（7）.

[2] 李黎波.数字中国建设的教育方案——基于“互联网+”的视角 [J].东北师大学报（哲学社会科学版），2018（5）：190-194.

[3] 张亚珍，张宝辉，韩云霞.国内外智慧教室研究评论及展望 [J].开放教育研究，2014，20（1）：81-91.

[4] 黄长江，詹柳春.高校云机房建设方案研究 [J].信息与电脑（理论版），2019，31（21）：202-203.

[5] 赵文静，曹忠.计算机实验室虚拟云桌面的设计与建构 [J].实验技术与管理，2019，36（4）：40-44.

作者简介：李海胜（1984-），男，汉族，河南郑州人，硕士，讲师，研究方向：计算机教育。