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云计算在网络工程实验教学的应用

 论文栏目:网络工程论文     更新时间:2019/11/18 9:49:34   

摘要:随着大数据、物联网等新兴技术的迅猛发展,应运而生的云计算给应用型本科院校的教学改革带来了新的方向。针对目前网络工程专业实验教学中设备技术滞后、实验内容创新性不足和课程编排脱节等问题,将云计算技术融入实验室建设与教学设计中,构建基于云计算平台的实验管理、协作、设计教学模式,在大数据时代的新起点上实现网络工程专业实验教学的改革与创新。

关键词:云计算;网络工程;教学改革

1前言

大数据时代的到来,使得大学生能够通过云课堂、慕课等网络教育资源轻松获取和学习专业知识,在新型教学模式产生的同时,也给传统以教室、机房为中心的计算机实验教学带来了巨大的挑战。自教育部于2014年提出了地方本科高校向应用型本科转型发展后,网络工程作为计算机学科中实践和应用性较强的工程类专业,更需要培养具有较强专业技能和符合“新工科”素质的信息应用人才[1]。目前,由于地方本科院校资金不足,专业实验设备、技术和环境陈旧,使得网络工程专业的教学内容和水平相比现有技术严重滞后,出现了教学和市场脱节的现象,难以满足大数据时代下对该专业人才的技术需求[2]。云计算作为一种分布式资源利用方法,能够为使用者提供跨越地域与时间的高效计算能力和服务,从根本上解决在高校实验环境、设备、规模不足,资金短缺等问题[3]。因此,构建基于云计算的实验教学和管理模式,用低廉的价格换取海量的计算资源服务,增强网络工程专业的实验教学能力,是提升大学生创新创业能力、地方本科院校向应用型大学转型发展的突破点。

2存在的问题

网络工程专业旨在培养具有计算机网络、通信技术基础知识,掌握校园网、企业网、大型ISP等多种网络拓扑的设计、配置与调试技术的综合人才[2]。随着大数据时代的到来,网络设备、用户和数据井喷式的增长,以往的网络协议、拓扑结构、实验软硬件已经难以处理大数据所带来的网络问题,导致诸多地方本科院校产学脱节,主要存在以下问题:

2.1实验设施方面

(1)综合实验室较少。虽然办学规模不断扩大,但地方院校受制于经费,难以扩建设备齐全的网络工程实验室[3]。主要包括:构建实验室的工程量庞大、耗资多、建设周期长,而地方本科院校的实验室大多只用于科研与教学,所以难以承担价格昂贵的计算设备,虽然逐步、阶段性建设能够减轻院校的财政负担,但是网络技术的发展瞬息万变,等待意味着落后,使得教学发展事倍功半。(2)实验室设备与技术滞后。分布式计算集群、云计算网络、5G网络等新技术层出不穷,但地方院校的网络工程教学依旧采用思科模拟软件、普通PC机路由器进行教学,大多数实验也都停留在虚拟环境模拟和理论教学上,并未真操实练,导致学习积极性不高。(3)虚拟技术尚未完善。目前,地方高校多采用虚拟仿真软件(虚拟实验室EVE-NG、思科模拟器CPT、网络模拟器gns3)模拟真实网络设备进行实验,但虚拟软件受控于PC机显示操作,网络设备的实际环境、细节与操作问题无法显示,与真实的网络布线、拓扑设计的大相径庭,导致学生的创新、动手能力受到较大限制。

2.2实验教学方面

(1)部分专业实验学时较少,且无法在实验室完成,例如:网络集群部署、网络综合布线调研、无线网络信号勘测等,需要到企业机房、现场进行实验。(2)路由交换、网络安全等实验项目缺乏设计性和创新性,网络技术推陈出新,老师与学生没有转变依赖教材的“教与学”思维模式,在等待新技术教材出版的过程中,该技术可能已经淘汰,导致实验教学始终无法跟上网络技术更新的步伐。

3云计算模式的优势

针对网络工程实验教学所面临的问题,需要依赖以“互联网+”、云计算和大数据为主的新一代信息技术,将传统教学模式与在线课堂教学模式融合。

3.1云计算的概念

云是基于互联网的一种抽象比喻,表示大规模、虚拟化的互联网基础设施资源集合,是新兴的计算与存储模式。云计算通过分布式计算、并行计算与虚拟化技术,将分布在各地的互联网资源整合并共享服务。因此,高校能够通过低廉的价格从云计算服务商中获得大规模、高性能的计算资源[3]。

3.2云计算在实验教学中的优势

(1)规模大、可靠性高云计算服务提供方一般拥有大量服务器,例如腾讯、阿里巴巴等大型互联网企业的“云计算”代表数十万台服务器,能给予高校实验室强大的计算与存储能力。此外,云计算采用数据多副本容错、计算节点同构可互换等方法为学校用户提供了安全可靠的服务,降低了人为误操作引起的损害。(2)成本低、扩展性高云计算资源通常由大量的廉价计算机节点构成,其共享式的资源管理使得高校无需购买价格高昂的设备,便可随时随地使用云计算的资源与服务,节省了购买设备、搭建实验室以及维护管理的成本。(3)高效的虚拟化服务云计算利用虚拟化技术使用户可以通过多种终端设备获取应用服务,且数据资源存储在云服务器中心,用户操作不受时间、空间限制。不仅能够满足高校大型科研项目的实验环境,而且能够支持不间断的访问服务[4]。

4云计算在实验教学中的应用

4.1实验设施方面

(1)利用云计算获取实验教学资源实验环境方面:通过购买云计算服务商的基础设施即服务(IaaS),从而获得完善的计算机基础设施(服务器、企业级路由器、企业级交换机等),然后基于在线资源安装相应实验软件,为网络工程专业提供实验管理平台。通过Telnet远程登录云计算服务器,利用虚拟化技术,使师生在通过本地设备便可操作真实的网络集群。实验安全方面:传统实验课的实验内容均存储在本地,为了防止计算机出现故障导致数据丢失,需要经常进行备份和整理,转移与访问过程较复杂。采用云存储技术保存实验教学内容,通过HDFS分布式文件系统存储,能够保证数据的安全性,节约存储空间,支持随时随地访问和下载实验资源。(2)结合云计算搭建分布式网络实验室设计一种基于云计算的分布式网络工程实验平台建设方案,该实验室平台主要包括:基础设施区,由网络设备(路由器:交换机、防火墙)组成,为云计算服务器稳定、安全的连接提供保障;本地实验区,线下实验教学机房;对外实验区,支持外部网络远程登录分布式的实验室,可通过任意智能设备登录到云计算虚拟机进行实验;综合管理区域,该区域负责管理并维护上述区域的设备、实验教学内容。具体部署分布如图1所示。

4.2实验教学方面

(1)制定云计算网络工程实验计划缩减部分网络工程专业基础课程量和学时,引进大数据与云计算相关专业教师,制定云计算网络工程师实验计划。实验目标:培养能在互联网信息产业从事网络通信、云计算、分布式等工作的高级应用型人才;实验方向:网络工程、云计算技术方向;实验课程内容,如图2课程体系分布所示。(2)结合云计算提供网络课程平台云课堂、慕课等新兴网络课程模式的产生为广大师生提供不受时间、地点限制的教学服务[5]。云计算中心能够为在线实验课堂提供庞大且稳定的实验环境和数据,以及更安全、更高效的网络服务。通过O2O双模式教学,使学生与老师都能够通过云课堂在外地、课余时间,学习感兴趣的实验课程,再结合本地课堂巩固实验项目,进而提升课堂效率。

5总结

网络工程作为未来互联网发展的关键方向与专业,通过结合云计算技术,改进实验室教学与管理水平,构建新型的实验平台和教学体系,能够更好地服务高校进行人才培养。如何进一步改革网络工程专业的课堂教学模式,是未来研究的重点,也是地方本科高校向应用型本科转型的着力点。

参考文献:

[1]夏建国,赵军.新工科建设背景下地方高校工程教育改革发展刍议[J].高等工程教育研究,2017(3):15-19.

[2]刘行兵,徐长通,刘春红.网络工程专业网络实验室建设思考与探索[J].中国教育信息化,2010(6):55-56.

[3]张睿.基于云计算的高校教学改革与应用[J].高教学刊,2016(11):158-159.

[4]陈慧芬,卢庆武.云计算在高校机房管理中的应用[J].实验室研究与探索,2013,32(7).

[5]崔勇,宋健,缪葱葱.移动云计算研究进展与趋势[J].计算机学报,2017,40(2):273-295.

作者:刘旋 单位:信阳农林学院

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