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[摘 要]本文结合高校计算机实验室的实际，从学科需求、教学目标、培养方案的角度出发，分析了目前计算机实验室面临的问题，提出了开放式的计算机实验教学模式的设想，为创建高效、共享的计算机实验室提供新途径。
[关键词]开放型；计算机；实验室；建设；管理
doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.14.092
[中图分类号]TP399-C1 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2018）14-0-02
越来越多适于培养创新能力的综合性实验、适于培养实践能力的设计型实验在继续增多，实验项目增多直接导致实验资源不足。在矛盾日益突出的情况下，如能充分利用实验资源，满足更多的实验需求，为教学提供良好的实验环境，为实践创新提供更为宽松的服务平台，能够加快开放型实验室的建设进程。
1 高校开放型实验室的建设需求
1.1 开放实验室是培养创新型人才的需要
习近平主席于2014年的APEC峰会上曾指出，要从消费驱动、投资驱动转型到创新驱动上来，高校实验室将在科研、创新和社会服务中起到重要作用。特别是对于工科院校在培养学生创新能力和动手实践能力方面，其重要性将不可替代。高校的人才培养必需适应社会发展转型的需求，而开放型实验室以其包容性的特点为学生提供了更自由、更人性化的实验场所。
1.2 开放实验室是验证性实验转向综合性实验的需要
随着科研手段的不断变革，计算机技术与各学科的融合也不断加深，如电气学科、材料学科、机械学科与计算机技术的交融发展，使实验类型变得日益复杂。传统的验证性实验在创设性与探究性上，已不能满足教学需求，有必要转向综合性实验。这种转变会直接影响传统实验资源和实验环境，而开放型实验室正好可以弥补在资源条件不足的情况下，开设更多的综合性、复杂性实验项目。
1.3 开放型实验室是满足学生自由化、个性化学习的需要
网络技术使授课形式更多样化，高校学生获取知识已不局限于课堂学习一种形式，网络课件、慕课、课程视频点播都可以成为学生获取知识的途径，开放型实验室可以多渠道为学生提供必要的学习场所。同时，学生也可以不受时间、地点的限制，以校园网为媒介，利用虚拟技术实现自主选择学习内容、学习时间，保障个性化的学习要求。
2 开放型计算机实验室的建设构架與特点
2.1 开放型计算机实验室的建设构架
从图1中可以看出，校园网是构架开放型实验室的基础，服务器、管理机、学生机、监视器、交换机、路由器是必备的硬件设备，对有条件的高校也可配备门禁或一卡通等电子设备辅助完成部分管理工作。这些硬件资源要与软件管理平台相结合才能真正实现开放型的实验室。
2.2 开放型计算机实验室的优势
（1）实验室可以24小时使用，提高了资源的利用率。目前，一些机房设备一年中只有几周时间在使用，其余时间设备都处于闲置状态，造成资源严重浪费。开放型实验室正好解决了闲置设备的资源浪费问题，将闲置设备及时投入新需求中，实现实验资源使用最大化。
（2）动态分配机房的使用人群，最大限度地提高机房的使用时长与应用范围。学生上机时间不受限，上机地点也不受限，只要是正常教学以外的时间，学生都可以通过预约系统进入任何一个实验室进行学习，提高了学习的自由度。
（3）学生可以根据自己的需求创建个性化的实验内容。传统性实验多是对教学内容进行验证性操作，而设计性、综合性实验内容很少，导致无法充分发挥学生的创造力、想象力，实践深度与广度受到限制。开放型实验室可以很好地尊重学生的想法，让学生按自己的想法去做实验，为学生的个性化实践提供了服务平台。
（4）实验室的作用不再是单一实验场所，也可作为课后再学习场所。先前学生的课后学习地点多集中在寝室与图书馆，而虚拟技术甚至包括云桌面技术的应用，使学生可以在虚拟端获取各类需要的内容进行再学习。所有课程资源共享，教师可以将各种教学软件上传到服务器端，并通过校园网传送给每个学生，丰富了学习形式，为课后补充学习开辟了新场所。
3 开放型实验室运营与管理方案
3.1 开放型实验室维护维修要点
随着用机人次与时长的增加，导致病毒攻击、死机现象增多，需要维修的设备数量也会增加，所以管理员要具备快速处理各类故障的技能。
（1）硬盘对拷技能也称硬盘对刻技能。这种技术适用于主机配置相同，又缺少系统备份文件的计算机，常见软件如Ghost。
（2）利用PXE快速启动客户端并运行Ghost克隆技术对系统软件进行修复与安装。管理员还可以通过修改Bootloader实现远程PE启动，以及通过远程安装进行管理及维护，两者具有在短时间内快速复原系统。
（3）将虚拟化技术应用在机房建设管理中。虚拟化技术是一种资源管理技术，对硬件配置要求不高，可以在不增加硬件条件的情况下不断扩大硬件容量，从而能够节省设备投入成本。
（4）做好防病毒、防黑客、防外存设备感染工作，为计算机与服务器安装必要的安全防护软件。部分计算机要屏蔽其外设存储接口，学生需要的软件可通过校园网从服务器下载，切断外设病毒、木马软件的传播途径，防止恶意软件的传播与扩散。
（5）设备散热处理。由于开放型实验室设备要长期处于工作状态，设备积热或积灰现象比普通实验室严重，硬件过热也是导致不能正常开机的主要原因，所以要做好设备的散热处理。高温季节要在机房内增设空调，工作人员也要定期做好硬件的清灰与除尘工作。
（6）做好计算机和服务器的系统备份工作，以备修复计算机系统时使用。管理员还要做好硬件设备的储备工作，保证被损坏的计算机部件能及时进行更换。 （7）开放实验室需安装监控设备，用于监控机房人员流动情况，并将收集到的视频文件传输到管理机与监视墙中。管理员就可以通过监视墙同时监管多个实验室的情况，通过管理机了解各实验室的上机、人员预约和流动情况，解决了每个实验室都要安排一个管理员进行监管的状况。
（8）对于有条件的学校，在管理上还可以利用IC卡形式的一卡通技术辅助管理.上机人员只需通过门禁刷卡，即可自动完成身份验证、上机考勤、指定操作设备编号等上机核实任务。
（9）开放实验室必须做好网络安全工作，无论是客户端、服务端都应安装安全防护软件。常用的网络安全软件有很多，如：360安全卫士、电脑管家等。管理员可以利用安全软件采集监控各开放机房的网络流量，对异常情况做到早发现早防控，避免发生设备突发瘫痪的情况。
3.2 建立健全实验室的规章制度
开放型计算机实验室上机项目种类繁多，上机时间灵活多变，因此计算机实验室各时段的上机人员的流动性比普通实验室多，所以要求实验室必须建立健全各项管理制度，并严格贯彻执行各项制度来保障实验室的正常运行。例如，开放型计算机实验室要制定《计算机机房管理制度》《机器设备使用管理制度》《实验室安全操作规范制度》等规章制度，并要求新生在上机前认真阅读及领会相关制度及操作流程的细则。
3.3 完善实验室的安全管理工作
一方面，管理人员要做好防火、防水、防盗安全工作，建立健全安全操作规则，配备安全防护设施，定期检查教室的通风口、采光口、安全出入口的安全防护栏、安装报警监控系统。另一方面，管理人员还要定期对实验室的电源线路进行安全检查，及时发现隐患，避免因线路老旧、损坏而发生火灾。
4 结 语
本文系统地分析了开放型实验室的构架形式，并详细阐述了管理过程中需要掌握的技术要领及常见问题的处理与防御办法。希望可以为上机任务需求多而又缺少资金投入的高校提供借鉴，以此让高校的计算机实验室能真正成为培养创新型人才的实验场所，适应新工科人才培养发展的需要。
注：于莉莉，通讯作者
主要参考文献
[1]张振，王亚青.国外高校计算机实验室建设及其对教学的作用[J].实验室研究与探索，2011（3）.
[2]廖珊.計算机实验室管理与实验教学创新分析[J].无线互联科技.2017（15）.
[3]李以明.地方高校实验室管理信息化建设实践[J].实验技术与管理2015（8）.
[4]梁琨，费荣，段敬红，等.分层次开放式计算机实验教学改革与研究[J].高校实验室工作研究，2017（2）.
[5]蔡晚拴.加快开放实验室建设促进应用型人才培养[J].实验室科学，2016（4）.
[6]陈实，吴根.国家重点实验室的开放与评估机制对部门实验室建设的推动作用[J].实验技术与管理，2011（11）.
[关键词]开放型；计算机；实验室；建设；管理
doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.14.092
[中图分类号]TP399-C1 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2018）14-0-02
越来越多适于培养创新能力的综合性实验、适于培养实践能力的设计型实验在继续增多，实验项目增多直接导致实验资源不足。在矛盾日益突出的情况下，如能充分利用实验资源，满足更多的实验需求，为教学提供良好的实验环境，为实践创新提供更为宽松的服务平台，能够加快开放型实验室的建设进程。
1 高校开放型实验室的建设需求
1.1 开放实验室是培养创新型人才的需要
习近平主席于2014年的APEC峰会上曾指出，要从消费驱动、投资驱动转型到创新驱动上来，高校实验室将在科研、创新和社会服务中起到重要作用。特别是对于工科院校在培养学生创新能力和动手实践能力方面，其重要性将不可替代。高校的人才培养必需适应社会发展转型的需求，而开放型实验室以其包容性的特点为学生提供了更自由、更人性化的实验场所。
1.2 开放实验室是验证性实验转向综合性实验的需要
随着科研手段的不断变革，计算机技术与各学科的融合也不断加深，如电气学科、材料学科、机械学科与计算机技术的交融发展，使实验类型变得日益复杂。传统的验证性实验在创设性与探究性上，已不能满足教学需求，有必要转向综合性实验。这种转变会直接影响传统实验资源和实验环境，而开放型实验室正好可以弥补在资源条件不足的情况下，开设更多的综合性、复杂性实验项目。
1.3 开放型实验室是满足学生自由化、个性化学习的需要
网络技术使授课形式更多样化，高校学生获取知识已不局限于课堂学习一种形式，网络课件、慕课、课程视频点播都可以成为学生获取知识的途径，开放型实验室可以多渠道为学生提供必要的学习场所。同时，学生也可以不受时间、地点的限制，以校园网为媒介，利用虚拟技术实现自主选择学习内容、学习时间，保障个性化的学习要求。
2 开放型计算机实验室的建设构架與特点
2.1 开放型计算机实验室的建设构架
从图1中可以看出，校园网是构架开放型实验室的基础，服务器、管理机、学生机、监视器、交换机、路由器是必备的硬件设备，对有条件的高校也可配备门禁或一卡通等电子设备辅助完成部分管理工作。这些硬件资源要与软件管理平台相结合才能真正实现开放型的实验室。
2.2 开放型计算机实验室的优势
（1）实验室可以24小时使用，提高了资源的利用率。目前，一些机房设备一年中只有几周时间在使用，其余时间设备都处于闲置状态，造成资源严重浪费。开放型实验室正好解决了闲置设备的资源浪费问题，将闲置设备及时投入新需求中，实现实验资源使用最大化。
（2）动态分配机房的使用人群，最大限度地提高机房的使用时长与应用范围。学生上机时间不受限，上机地点也不受限，只要是正常教学以外的时间，学生都可以通过预约系统进入任何一个实验室进行学习，提高了学习的自由度。
（3）学生可以根据自己的需求创建个性化的实验内容。传统性实验多是对教学内容进行验证性操作，而设计性、综合性实验内容很少，导致无法充分发挥学生的创造力、想象力，实践深度与广度受到限制。开放型实验室可以很好地尊重学生的想法，让学生按自己的想法去做实验，为学生的个性化实践提供了服务平台。
（4）实验室的作用不再是单一实验场所，也可作为课后再学习场所。先前学生的课后学习地点多集中在寝室与图书馆，而虚拟技术甚至包括云桌面技术的应用，使学生可以在虚拟端获取各类需要的内容进行再学习。所有课程资源共享，教师可以将各种教学软件上传到服务器端，并通过校园网传送给每个学生，丰富了学习形式，为课后补充学习开辟了新场所。
3 开放型实验室运营与管理方案
3.1 开放型实验室维护维修要点
随着用机人次与时长的增加，导致病毒攻击、死机现象增多，需要维修的设备数量也会增加，所以管理员要具备快速处理各类故障的技能。
（1）硬盘对拷技能也称硬盘对刻技能。这种技术适用于主机配置相同，又缺少系统备份文件的计算机，常见软件如Ghost。
（2）利用PXE快速启动客户端并运行Ghost克隆技术对系统软件进行修复与安装。管理员还可以通过修改Bootloader实现远程PE启动，以及通过远程安装进行管理及维护，两者具有在短时间内快速复原系统。
（3）将虚拟化技术应用在机房建设管理中。虚拟化技术是一种资源管理技术，对硬件配置要求不高，可以在不增加硬件条件的情况下不断扩大硬件容量，从而能够节省设备投入成本。
（4）做好防病毒、防黑客、防外存设备感染工作，为计算机与服务器安装必要的安全防护软件。部分计算机要屏蔽其外设存储接口，学生需要的软件可通过校园网从服务器下载，切断外设病毒、木马软件的传播途径，防止恶意软件的传播与扩散。
（5）设备散热处理。由于开放型实验室设备要长期处于工作状态，设备积热或积灰现象比普通实验室严重，硬件过热也是导致不能正常开机的主要原因，所以要做好设备的散热处理。高温季节要在机房内增设空调，工作人员也要定期做好硬件的清灰与除尘工作。
（6）做好计算机和服务器的系统备份工作，以备修复计算机系统时使用。管理员还要做好硬件设备的储备工作，保证被损坏的计算机部件能及时进行更换。 （7）开放实验室需安装监控设备，用于监控机房人员流动情况，并将收集到的视频文件传输到管理机与监视墙中。管理员就可以通过监视墙同时监管多个实验室的情况，通过管理机了解各实验室的上机、人员预约和流动情况，解决了每个实验室都要安排一个管理员进行监管的状况。
（8）对于有条件的学校，在管理上还可以利用IC卡形式的一卡通技术辅助管理.上机人员只需通过门禁刷卡，即可自动完成身份验证、上机考勤、指定操作设备编号等上机核实任务。
（9）开放实验室必须做好网络安全工作，无论是客户端、服务端都应安装安全防护软件。常用的网络安全软件有很多，如：360安全卫士、电脑管家等。管理员可以利用安全软件采集监控各开放机房的网络流量，对异常情况做到早发现早防控，避免发生设备突发瘫痪的情况。
3.2 建立健全实验室的规章制度
开放型计算机实验室上机项目种类繁多，上机时间灵活多变，因此计算机实验室各时段的上机人员的流动性比普通实验室多，所以要求实验室必须建立健全各项管理制度，并严格贯彻执行各项制度来保障实验室的正常运行。例如，开放型计算机实验室要制定《计算机机房管理制度》《机器设备使用管理制度》《实验室安全操作规范制度》等规章制度，并要求新生在上机前认真阅读及领会相关制度及操作流程的细则。
3.3 完善实验室的安全管理工作
一方面，管理人员要做好防火、防水、防盗安全工作，建立健全安全操作规则，配备安全防护设施，定期检查教室的通风口、采光口、安全出入口的安全防护栏、安装报警监控系统。另一方面，管理人员还要定期对实验室的电源线路进行安全检查，及时发现隐患，避免因线路老旧、损坏而发生火灾。
4 结 语
本文系统地分析了开放型实验室的构架形式，并详细阐述了管理过程中需要掌握的技术要领及常见问题的处理与防御办法。希望可以为上机任务需求多而又缺少资金投入的高校提供借鉴，以此让高校的计算机实验室能真正成为培养创新型人才的实验场所，适应新工科人才培养发展的需要。
注：于莉莉，通讯作者
主要参考文献
[1]张振，王亚青.国外高校计算机实验室建设及其对教学的作用[J].实验室研究与探索，2011（3）.
[2]廖珊.計算机实验室管理与实验教学创新分析[J].无线互联科技.2017（15）.
[3]李以明.地方高校实验室管理信息化建设实践[J].实验技术与管理2015（8）.
[4]梁琨，费荣，段敬红，等.分层次开放式计算机实验教学改革与研究[J].高校实验室工作研究，2017（2）.
[5]蔡晚拴.加快开放实验室建设促进应用型人才培养[J].实验室科学，2016（4）.
[6]陈实，吴根.国家重点实验室的开放与评估机制对部门实验室建设的推动作用[J].实验技术与管理，2011（11）.