新形势下的计算机开放实验室建设与发展

新形势下的计算机开放实验室建设与发展王志军孙天泽王越峰清华大学计算机与信息管理中心，北京，100084E-mail：[e-mail]摘要简要介绍了计算机开放实验室的建设和使用情况，探讨了开放实验室在现代教育中的地位、作用以及今后的发展思路。关键字实验室建设网络辅助教学计算机基础教育前言清华大学计算机开放实验室成立于1996年初，是国内第一个大型的，面向全校师生开放的实验室。该实验室以全自动化的管理模式、高质量的服务在国内高校中取得领先地位。十二年来实验室在上级领导提出的“人无我有，人有我精”的精神指导下，不断探索发展和改革建设思路，为学校培养信息管理人才和计算机基础教育做出贡献。计算机开放实验室的职能是承担全校计算机教学的上机任务，同时为学生课外上机提供了一个开放式的上机环境。在保证日常的教学和学生自由上机之外，实验室还承担学校大规模上机考试、外语学习、学生选课、以及教职员的计算机培训等任务。随着计算机技术的快速发展，计算机日益普及。用户对开放实验室的功能提出了更高的要求。面对新的变化与需求，开放实验室不应仅仅是一个提供使用计算机的机房，而应为全校师生提供一个高水准的教学上机环境，为学生提供多样性、个性化的优质服务，使开放实验室成为学校的计算机实践教学基地，成为学生信息素养的培育基地。在2001年所有学生宿舍楼都以光纤接入校园网，而且在校园内建立了多个无线网络接收站，能同时容纳近千台上网用户，这样大大方便广大学生移动连网通信。随着笔记本电脑性能价格比的日益提高，教师、学生中逐渐普及便携式电脑，学生可以更加自由在校园各处进行网络操作和学习。这种情况使计算机开放实验室的使用率由天天爆满到逐渐减少。这样就给我们实验室的管理者和建设者提出了一个课题，大规模的计算机开放实验室还有没有存在的必要？如果有必要，该怎样去建设和发展。通过近年来的管理与建设，我们认为高校中的大型计算机开放实验室不仅必须存在，而且还将对学生的计算机综合素质培养起到非常重要的作用。一、硬件资源及环境建设建设计算机实验室的首要目标是：建设具有先进的计算机软硬件环境、舒适的学习培训环境、高可靠的运行环境、高质量的服务环境。在计算机开放实验室建设初期，校领导根据本科生按10:1这样一个比例，规划建立1000台微机规模的开放实验室。但是在计算机普及以后，不能单以数量作为建设实验室的标准，衡量计算机实验室的标准应从数量转为质量。这里提出的质量包括服务、环境的质量和管理能力的质量。因为计算机的硬件发展速度很快，在采购设备时，不能有一步到位的想法。采用逐年分批更新设备的方法是比较科学的。例如我们实验室分别在2005年、06年和07年逐批更新设备，所更新的配置在当时都属于主流偏上，从而保证了设备不会过早被淘汰。这样能够最大程度的使实验室始终能有高配置的计算机，不仅节约经费，也更容易满足教学需要。现阶段各校购买机器都采用招标的方式，这要求我们提供详细的需求，从而能够得到满意的计算机。表1是我们购置新计算机时提出的技术指标。2007年采购的微机配置单项目规格CPUIntel或AMD：≧Athlon64X24800+主板芯片组AMD：AMD690、nForce650（680）系列Intel：946、965内存2GDDR2硬盘≧160G(SATA接口；接口速率：SerialATA300；7200转；高速缓存≥8M)显卡独立显卡ATI芯片要求:1650系列以上256M显存。GeForce芯片要求7600系列256M以上显存光驱不做要求保护卡能保护XP、VISTA操作系统，具有增量拷贝功能，能支持清华大学开放实验室计费系统显示器≧17寸液晶声卡集成或独立鼠标、键盘光电,USB接口；防水键盘服务整机现场免费服务三年上表提出的指标是高于当时的主流的配置的，即使到今天也仍然不算过时，也完全能够满足计算机的各项教学任务。需要提出的是我们特别提出了保护卡一项。因为保护卡在计算机实验室的管理中，起到非常重要的作用。在前几年，采用了自主研发的硬盘保护卡进行管理，目前采用了外购专业产品的方式。由于与公司进行了紧密的合作，目前实现了计费系统、硬盘保护功能合二为一。特别是在最近更新的计算机中选取了有增量拷贝功能的保护卡，使实验室的工作效率得到进一步提高，进一步节省了人力资源。网络设备的更新维护也是采取逐年更换和保养的方式。光纤入每个机房，百兆口到客户机。保障了网络畅通。电脑和网络设备是构建计算机实验室的主体部分，但是环境建设也不能忽视。在机房环境建设方面，要特别深入贯彻绿色、环保理念。例如，我们在实验室摆放了绿色植物，以求营造舒适、清新的环境；更换电脑终端桌，使上机同学的个人空间更大；不惜花大笔费用对现有的空调和排风系统进行了整体改造，目的是能使实验室的上机环境更加舒适。二、软件资源建设计算机开放实验室服务的对象是学生和教师，满足他们的需求是实验室发展的一项重要任务。在学校的支持下，实验室经过多年建设，已经建立了比较完善的上机环境，机房达到了一定的规模。在机房自身得到一定程度完善的同时，应更注重了解学生对实验室的需求，要加强对资源的建设。例如学生在实验室内能获得学习课件、视频教程等。实验室要为全校提供几十门课程的教学环境，因此要准备的软件环境非常多。而如果在一个操作系统中安装多个软件的话，势必会减免计算机运行速度。所以计算机实验室要具备提供多操作系统、多资源的能力。我们的实验室的每台机器都安装了4个操作系统：WindowsXP、Windows2003、.Vista以及Linux。每个系统下都安装了不同的应用软件，如文字处理软件、网络工具、媒体工具、编程工具、图像处理工具等等。同学们可以根据需求进入不同的操作系统进行使用。操作系统分类安装，既可以满足不同的需求，又不影响单机运行速度，更利于系统的维护。客户端一般都安装一些常用的软件及工具，而维护的重点是服务器的管理。实验室还配备多台资源服务器，提供了丰富的学习资源和同学们的优秀作业。另外还与清华大学外语系合作，准备了“新时代交互英语”教学服务器，为外语网络教学提供了非常好的环境，也取得了很好的效果。在机房内讲课，学生手中有电脑，可以随时消化课上内容。进行边讲边练的教学模式是当前计算机应用教学发展的趋势。实验室的双向教学机房，采用的是与美龙达公司合作的“MClass多媒体数字教室”管理系统，最多的学生数量是150人。由于有这种双向的教学环境，教学上机逐年上升。加上网上课件的丰富及服务质量的提高，自由上机机时也在逐年提高。在现阶段，计算机实验室还应充分发挥规模大，以及网络便利的优势。为此我们提供网络考试环境，清华大学数学系已经连续5年在实验室进行基础数学网络考试，“全国研究生计算机电子设计大赛”在实验室举办。下一阶段还将网络考试应用面扩大，力争成为教学环境中非常重要的一部分。开放实验室自身的优势和在学校实验室中的独特地位，为同学构建学习计算机的第二课堂提供了条件。实验室通过举办专题讲座及短训班、组织多种形式的实践活动，提高了学生的计算机使用技能，激发了学生的计算机学习兴趣。讲座的内容以辅助计算机文化基础课程为主，包括：操作系统的安装与管理、多媒体格式转换方法、网络搭建、电脑装机、软件工具的快速入门等。根据学生的需求，还将逐步扩大课堂内容，形成了一系列规模化的课程体系。计算机开放实验室将为学生学习知识、提高信息素养搭建一个学习、交流和互助的平台。三、信息化建设在实验室建立初期，研制并使用了“计算机开放实验室综合管理信息系统”软件，保证对实验室能有效地进行监控和管理。该系统包括：门禁子系统、监控子系统、资源管理子系统、数据管理子系统和计费登录子系统。在原有功能的基础上我们不断的进行完善和更新，并且在全国高校推广使用，目前有70多个高校使用。经过多年的验证，采用信息化手段对实验室进行管理能够提高工作效率，确保实验室稳定的运行和发展。该系统能够对实验室进行全自动化的进行管理。由于实验室各个机房的机器在没有上课的时候是可以自由上机的，为更好的避免教学与自主上机的冲突，以及教学上机在门禁处频繁刷卡出入的发生堵塞情况，我们提出了“虚拟教室”的理念，在原系统中增加了虚拟教室子系统。子系统实施了学生上下机全自动化管理，无须人工干预。虚拟教室子系统的功能是将一个大的机房里的微机划分成若干个大小不等的机房，称之为“虚拟教室”，以对整班上课灵活方便地进行控制，上课前后对指定的范围内的“虚拟教室”采用计算机自动注册、注销，提高了处理速度，大大提高了实验室管理的工作效率及管理水平。主控台或服务器可以很方便地对某些微机、某个机房的微机进行发消息、重启、关闭，以达到远程控制的灵活性。学生上下课时，提前一定的时间发消息，以保证学生有充足的时间保存自己的数据文件，以免丢失。该子系统能够为上课学生提供了较大的时间自由度，学生可根据自己的时间进行上机调整，以免上机与其他上课时间发生冲突。并且详细记录了学生在实验室上课情况、为教师提供了有利的考勤数据。四、实验队伍建设在实验室的建设中，队伍的建设也是非常重要的。管理人员是实验室正常运行的直接因素。他们的工作效率也会对学生、教师使用机房产生很大影响。实验室始终对人力资源建设非常重视，不断有高水平的管理人员充实实验队伍，目前以形成了老、中、青梯队，弥补了不同层次人员水平的缺欠。老工程师们对实验室管理有很丰富的经验，年轻同志对计算机系统管理的热情高涨，实验室充满了活力。规范化的管理，使实验室学习秩序井然。为保证实验室的正常运行，实验室制定了一整套管理规章制度，做到了规范化管理，工作有章可循。工作人员做到了人人有岗，岗岗有责，按职责和制度去工作。实验室的管理人员都具备较高的政治素质和爱岗敬业精神，大家都兢兢业业，不计个人得失，努力地做好了服务育人、管理育人的工作。同学们也养成了良好的上机学习习惯，保证了实验室正常的学习环境和秩序。几年来加强了对管理人员的培训力度，从机房管理软件更新的应用到操作系统的安装与优化、机房里常用软件的使用以及各类工具软件的应用等。全面提高了管理人员的整体素质，从而保证了教学和开放的正常进行，保持了机房较高的利用率。积极及时地对实验室的硬件进行了修理，进一步提高了设备的完好率。及时准确地对操作系统打补丁，避免了网络病毒对网络的影响。实验室还组织大家到多个高校进行调研，与同行们共同分析全国高校计算机实验室的特征，总结自身优势和劣势，探讨开放式计算机机房在学校的发展中应有的规模。同时与学校的部分教师讨论，以了解教师对实验教学环境的需求，从而改进实验室的不足，更好的为教学服务。五、启示与展望计算机开放实验室由于它的大规模网络环境，为网络教学和考试提供了很好的条件。由于它采用全自动化管理，可以保证系统的安全稳定运行。全方位式的开放，为学生自主学习提供了宽松的空间，不仅学生的知识面大为开阔，而且还能及时跟踪新技术的学习，这是信息时代对人才培养不可缺少的条件。丰富的本地资源和网上资源，使上机者的需求更容易满足。浓厚的学习气氛，克服了在学生宿舍玩游戏浪费时间带来的不足。在开放实验室中，发挥了学生自主学习和创新精神，提高了学生的整体素质。我们的实践说明，建立计算机开放实验室是一种很好形式，在高校计算机教学中是不可缺少的，在计算机实践教学及人才培养领域占有相当重要的地位。为培养更多更好的人才，应努力保持这种地位，用计算机及网络技术不断地推动教学内容、教学方法的改革。2007年，实验室所在的清华大学计算机实验教学中心被评为计算机实验教学国家级示范中心建设单位，这为我们实验室的发展带来了新的契机，同时也带来了挑战。如何在计算机成为普通工具以后，更好的服务，是我们今后研究的主要课题。一些可行的建设内容包括提供跨平台的软件开发环境、提供高性能的视频处理服务、高性能的数学运算等。个人PC机价格的不断下降，配置不断升高，但管理复杂度却不断上升。下一代计算机实验室应减少在实验室管理上的投资，尽可能提高实验室的运转效率。解决复杂管理的方式之一是在充分了解学生需求的前提下，使用瘦客户端和虚拟化技术。在对学生需求做好分析的基础上，