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摘 要 通过分析传统计算机网络教室的弊端，提出云课堂的概念架构，结合延庆县中小学云教室建设方案设计，详细论述云课堂在管理、教学、环保、应用等方面的价值。
关键词 云课堂；计算机；云教室
中图分类号：G434 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2015）07-0020-03
教育云因其运维简单、资源丰富、扩展灵活、数据可靠、节约成本、节能环保等多种特性，目前正在快速进入应用。以往大多数计算机网络教室的建设，大都采用教师机和学生机单独享用各自PC机的模式，这种模式耗电量大，安全性差，而且大量PC机硬件资源闲置浪费，因此，如何利用“云”计算技术完善计算机教室应用便成为现实问题。
1 传统计算机网络教室的不足之处
目前，延庆县中小学校网络教室共有70多个，多媒体网络机房已经普及全县。这些计算机网络教室的建设，大都采用教师和学生单独享用各自PC机的模式，随着数字校园建设迅速发展，PC终端需要配合学校的应用进行系统的升级和更新，无形中增加了终端维护的工作量。学生可以随意安装各类软件，致使系统越来越庞大，运行缓慢。师生之间传递材料需要使用移动存储设备，容易感染病毒。此外，PC机发热多，机体辐射以及噪音干扰较为严重。再者，PC机升级换代快，可利用配件少，投资保护差。因此，如何能够构建一个低成本、易于管理、安全性高的计算机网络教室，是教育信息化建设发展中需要解决的重要问题。
2 关于中小学“云课堂”
云课堂是基于云计算技术打造的新一代计算机教室解决方案，可根据教学需要灵活地提供多种教学系统镜像，并可进行实时切换。云课堂将云计算技术和教学场景紧密结合，实现管理集中化、教学智能化、校园绿色化、部署简捷化的全新教学体验。它提供了教学环境、教学资源共享平台，定义了计算机教室新的建设模式。云课堂由服务器、终端、云一体机、教学管理软件和集中管理平台组成，图1为云课堂架构拓扑图。
云终端之间相互隔离，通过TCP/IP协议和标准的局域网架构，与能够运行多用户的服务器进行通信，他们可以同时登录到服务器上，利用服务器的海量处理能力对云终端进行管理、存储、运行、配置。这种架构使每台云终端都有可能具有服务器级的运算能力，图2为云教室终端拓扑图。
3 延庆县中小学云教室建设方案设计
根据云课堂设计思路，延庆县从本县中小学校的实际情况出发，每个教学机房从终端入手，分为三个部分，即终端区、云课堂主机区和校园网链路（数据通信及管理区），三个区域用千兆接入式连接起来，如图3所示。
适用方式：首先从教师端发起请求，连接至云课堂主
机，通过制作好的课程镜像批量生成虚拟桌面，云课堂主机将生成的虚拟桌面推送到云课堂终端，进行电子教学管理，如屏幕广播、视频广播等操作；学生可以直接访问校园网系统或使用虚拟机上课；教师可以通过点击“下课”按钮，云课堂主机回收计算资源，依次删除所有虚拟机，结束课程。如此循环，教师和学生即可轻松获得一节节生动的云主机教学课程。
云课堂主机建设方案设计 云课堂主机解决方案由客户端层、云主机层和管理层组成，贯彻这些层面的是接入控制和安全。
在客户端层，针对新、旧不同机房教学环境设计终端，新环境搭建可采用云课堂终端，旧机房改造可采用旧PC安装客户端的方式。
在云主机层，主要分别对各种教学场景、考试场景做镜像定制，通过云课堂主机来为客户端层提供接入。之所以在该层提供多种镜像类型，主要是不同的课程有不同的教学应用需求：云课堂主机能提供功能强大的智能镜像管理系统，为避免在同一镜像封装过多应用导致过度臃肿或应用兼容性问题，一课一镜像的方式效率更高，管理更容易，问题出现几率也大大降低。
管理层通过为学校部署应用及云课堂集中管理平台，可同时对所有教室内的云主机进行集中的统一管理。贯穿云课堂管理方面还包括安全，安全涵盖范围较广，主要包括用户管理、权限管理和系统监控等方面内容。
云课堂终端建设方案设计 根据学校情况，延庆县中小学云课堂终端有以下几种情况。
1）专用云课堂终端。基于工业标准设计的教育行业专用终端设计，采用高运算功能、低功耗的嵌入式处理器，用于存储操作系统的小型本地闪存以及精简版的操作系统。包含网络适配器、显卡和其他外设的标配输入/输出选件。
专用云课堂终端优化了系统的扩展、维护、升级等一系列环节，最大限度地节省了投入到系统中的各种费用，系统TCO的减少会随着时间的延续越来越明显。
2）普通PC机。由于云课堂主机方案对终端的处理能力要求不高，所以，可以利用现有的、旧的甚至是曾经淘汰的PC机终端，也不会出现性能不足的问题。
3）外设支持。允许用户将外设连接到终端上，然后像在本地桌面使用外设一样使用这些连接在终端上的外设。设备支持类型包括USB设备、串并口设备、摄像头等。
4 云课堂的应用价值
延庆县通过对各中小学传统计算机多媒体网络教室的改造，使计算机网络教室变成了“云教室”，这种“云教室”无论是在管理、环保方面，还是在教学、应用方面的价值都有极大提升和改善。
简管理——更多轻松，创新管理价值 每间云课堂部署时间比PC机房节省50%以上，比传统的桌面虚拟化方案节省90%以上。不需要强电改造、分区配置、同传等，一次镜像更新，可同步所有机房，云课堂教学环境软件更新效率比传统PC机房方式提高10倍。单教室通过 Web管理界面管理，多教室通过Center进行集中管理，可大幅度提升管理效率。云课堂使用情况实时统计，历史信息查询，为进一步的信息化投资提供数据支撑，避免投资浪费。
促教学——创新技术，带来最佳教学体验 服务器开机90秒即可获得可用的桌面，在服务器已开启的情况下，从开启终端到获得可用桌面仅需30多秒。云课堂比物理PC机更快的IO访问速度，启动软件速度更快教学软件运行流畅。120秒完成60个桌面的教学镜像切换，可以更灵活地进行教学设计，更快速地完成不同课程场景的切换。每台云课堂主机能够支持60个桌面并发教学应用，提供流畅的屏幕广播、视频教学、3D软件、应用软件操作体验。EST协议支持视频加速处理，支持并发720P、1080P高清视频播放。云课堂通过IO Cache技术和融合计算技术，彻底解决了传统虚拟化技术的IO瓶颈问题和富媒体体验问题，通过软硬件的完美结合带给用户良好的使用体验。
更环保——节能省钱，创造社会效益 电力成本节约80%，一间60台机器的机房6年共可以节约4万元电费，10间机房6年可以节约电费40万元，如图4、图5所示。
服务器可以通过升级配置和平滑扩展。终端循环使用，保护用户投资，减少电子垃圾（表1）。
创未来——全新模式，引领教学未来
1）进入云课堂，每天都是新的。云服务中心软件新功能推送，RCDOS在线升级。
2）备课不再困难，素材随需可得。统一提供标准化的教学课程环境，消除地区资源差异，教学应用软件及课件在线发布，云课堂用户论坛方便交流使用经验及教学方法创新。
3）云课堂延展了学习空间：在校园内的每个角落，随时连接云课堂继续学习。
云课堂竞争对比分析（表2）
总之，“云教室”通过网络引导、虚拟硬盘、设备驱动等多项技术实现网络数据集中管理存储、操作系统统一分发、统一升级、软件统一安装等，实现了简便管理、促进教学发展、节约费用的新的教学应用模式。
关键词 云课堂；计算机；云教室
中图分类号：G434 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2015）07-0020-03
教育云因其运维简单、资源丰富、扩展灵活、数据可靠、节约成本、节能环保等多种特性，目前正在快速进入应用。以往大多数计算机网络教室的建设，大都采用教师机和学生机单独享用各自PC机的模式，这种模式耗电量大，安全性差，而且大量PC机硬件资源闲置浪费，因此，如何利用“云”计算技术完善计算机教室应用便成为现实问题。
1 传统计算机网络教室的不足之处
目前，延庆县中小学校网络教室共有70多个，多媒体网络机房已经普及全县。这些计算机网络教室的建设，大都采用教师和学生单独享用各自PC机的模式，随着数字校园建设迅速发展，PC终端需要配合学校的应用进行系统的升级和更新，无形中增加了终端维护的工作量。学生可以随意安装各类软件，致使系统越来越庞大，运行缓慢。师生之间传递材料需要使用移动存储设备，容易感染病毒。此外，PC机发热多，机体辐射以及噪音干扰较为严重。再者，PC机升级换代快，可利用配件少，投资保护差。因此，如何能够构建一个低成本、易于管理、安全性高的计算机网络教室，是教育信息化建设发展中需要解决的重要问题。
2 关于中小学“云课堂”
云课堂是基于云计算技术打造的新一代计算机教室解决方案，可根据教学需要灵活地提供多种教学系统镜像，并可进行实时切换。云课堂将云计算技术和教学场景紧密结合，实现管理集中化、教学智能化、校园绿色化、部署简捷化的全新教学体验。它提供了教学环境、教学资源共享平台，定义了计算机教室新的建设模式。云课堂由服务器、终端、云一体机、教学管理软件和集中管理平台组成，图1为云课堂架构拓扑图。
云终端之间相互隔离，通过TCP/IP协议和标准的局域网架构，与能够运行多用户的服务器进行通信，他们可以同时登录到服务器上，利用服务器的海量处理能力对云终端进行管理、存储、运行、配置。这种架构使每台云终端都有可能具有服务器级的运算能力，图2为云教室终端拓扑图。
3 延庆县中小学云教室建设方案设计
根据云课堂设计思路，延庆县从本县中小学校的实际情况出发，每个教学机房从终端入手，分为三个部分，即终端区、云课堂主机区和校园网链路（数据通信及管理区），三个区域用千兆接入式连接起来，如图3所示。
适用方式：首先从教师端发起请求，连接至云课堂主
机，通过制作好的课程镜像批量生成虚拟桌面，云课堂主机将生成的虚拟桌面推送到云课堂终端，进行电子教学管理，如屏幕广播、视频广播等操作；学生可以直接访问校园网系统或使用虚拟机上课；教师可以通过点击“下课”按钮，云课堂主机回收计算资源，依次删除所有虚拟机，结束课程。如此循环，教师和学生即可轻松获得一节节生动的云主机教学课程。
云课堂主机建设方案设计 云课堂主机解决方案由客户端层、云主机层和管理层组成，贯彻这些层面的是接入控制和安全。
在客户端层，针对新、旧不同机房教学环境设计终端，新环境搭建可采用云课堂终端，旧机房改造可采用旧PC安装客户端的方式。
在云主机层，主要分别对各种教学场景、考试场景做镜像定制，通过云课堂主机来为客户端层提供接入。之所以在该层提供多种镜像类型，主要是不同的课程有不同的教学应用需求：云课堂主机能提供功能强大的智能镜像管理系统，为避免在同一镜像封装过多应用导致过度臃肿或应用兼容性问题，一课一镜像的方式效率更高，管理更容易，问题出现几率也大大降低。
管理层通过为学校部署应用及云课堂集中管理平台，可同时对所有教室内的云主机进行集中的统一管理。贯穿云课堂管理方面还包括安全，安全涵盖范围较广，主要包括用户管理、权限管理和系统监控等方面内容。
云课堂终端建设方案设计 根据学校情况，延庆县中小学云课堂终端有以下几种情况。
1）专用云课堂终端。基于工业标准设计的教育行业专用终端设计，采用高运算功能、低功耗的嵌入式处理器，用于存储操作系统的小型本地闪存以及精简版的操作系统。包含网络适配器、显卡和其他外设的标配输入/输出选件。
专用云课堂终端优化了系统的扩展、维护、升级等一系列环节，最大限度地节省了投入到系统中的各种费用，系统TCO的减少会随着时间的延续越来越明显。
2）普通PC机。由于云课堂主机方案对终端的处理能力要求不高，所以，可以利用现有的、旧的甚至是曾经淘汰的PC机终端，也不会出现性能不足的问题。
3）外设支持。允许用户将外设连接到终端上，然后像在本地桌面使用外设一样使用这些连接在终端上的外设。设备支持类型包括USB设备、串并口设备、摄像头等。
4 云课堂的应用价值
延庆县通过对各中小学传统计算机多媒体网络教室的改造，使计算机网络教室变成了“云教室”，这种“云教室”无论是在管理、环保方面，还是在教学、应用方面的价值都有极大提升和改善。
简管理——更多轻松，创新管理价值 每间云课堂部署时间比PC机房节省50%以上，比传统的桌面虚拟化方案节省90%以上。不需要强电改造、分区配置、同传等，一次镜像更新，可同步所有机房，云课堂教学环境软件更新效率比传统PC机房方式提高10倍。单教室通过 Web管理界面管理，多教室通过Center进行集中管理，可大幅度提升管理效率。云课堂使用情况实时统计，历史信息查询，为进一步的信息化投资提供数据支撑，避免投资浪费。
促教学——创新技术，带来最佳教学体验 服务器开机90秒即可获得可用的桌面，在服务器已开启的情况下，从开启终端到获得可用桌面仅需30多秒。云课堂比物理PC机更快的IO访问速度，启动软件速度更快教学软件运行流畅。120秒完成60个桌面的教学镜像切换，可以更灵活地进行教学设计，更快速地完成不同课程场景的切换。每台云课堂主机能够支持60个桌面并发教学应用，提供流畅的屏幕广播、视频教学、3D软件、应用软件操作体验。EST协议支持视频加速处理，支持并发720P、1080P高清视频播放。云课堂通过IO Cache技术和融合计算技术，彻底解决了传统虚拟化技术的IO瓶颈问题和富媒体体验问题，通过软硬件的完美结合带给用户良好的使用体验。
更环保——节能省钱，创造社会效益 电力成本节约80%，一间60台机器的机房6年共可以节约4万元电费，10间机房6年可以节约电费40万元，如图4、图5所示。
服务器可以通过升级配置和平滑扩展。终端循环使用，保护用户投资，减少电子垃圾（表1）。
创未来——全新模式，引领教学未来
1）进入云课堂，每天都是新的。云服务中心软件新功能推送，RCDOS在线升级。
2）备课不再困难，素材随需可得。统一提供标准化的教学课程环境，消除地区资源差异，教学应用软件及课件在线发布，云课堂用户论坛方便交流使用经验及教学方法创新。
3）云课堂延展了学习空间：在校园内的每个角落，随时连接云课堂继续学习。
云课堂竞争对比分析（表2）
总之，“云教室”通过网络引导、虚拟硬盘、设备驱动等多项技术实现网络数据集中管理存储、操作系统统一分发、统一升级、软件统一安装等，实现了简便管理、促进教学发展、节约费用的新的教学应用模式。