关于云计算教学的探索与实践——以嘉兴学院计算机类专业为例

文章来源:数学论文网 发布时间:

  2015年,中国云计算产业已经进入了起飞期,处于产业大规模爆发的前夜.首先,国务院于1月印发了《关于促进云计算创新发展培育信息产业新业态的意见》,部署加快发展云计算,推动传统产业升级和新兴产业成长,以此助力”大众创业、万众创新”;其次,我国百度、阿里云等互联网企业亦紧随亚马逊、谷歌、微软等IT国际巨头之后,投巨资致力云计算技术的研究,布局于云计算产业,云计算作为”互联网+”的基石已成为当今世界各国全力争夺的战略高地.为了满足日益增长的云计算人才需求,国内很多大学计算机类专业都开始重视云计算教学,本文将以嘉兴学院为例,就如何有效开展计算机类专业开始云计算教学进行探讨.

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  1 高校云计算教育发展现状

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  云计算(Cloud Computing)是一种基于互联网的计算方式,它将共享的软硬件资源和信息按需提供给用户.它是分布式计算(distributed computing,DC)、并行计算(parallel computing,PC)、网格计算(grid computing,GC)、虚拟化(virtualization)、效用计算(utility computing)等概念的混合演进与跃升,是这些计算机科学技术的商业实现.云计算描述了一种基于互联网的新的IT服务增加、使用和交付模式,包括以下几个层次的服务:基础设施即服务(Infrastructure as a Service,IaaS)、平台即服务(Platform as a Service,PaaS)和软件即服务(Software as a Service,SaaS).

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  2010年8月,北京航空航天大学软件学院开设了软件工程硕士”移动云计算专业”.同年,中国人民大学、天津大学把虚拟化与云计算课程纳入了”教育部-IBM 精品课程”建设项目.2011年5月,微软协助全国十多所高校开设云计算课程.2015年6月,阿里云在”大学合作计划AUCP(Aliyun university cooperation program)”中联合北京航空航天大学、浙江大学等8所高校开设云计算与数据科学专业,共建”互联网+”教育的新生态.

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  2 高校云计算教学内容体系设计

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  虽然高校培养”互联网+”人才的热情高涨,但毕竟云计算是一个全新技术,因此对把握教学内容体系有一个较高的要求,加之云计算教学处在初步阶段,我们首先要明确教学内容体系,才能制定云计算人才本科培养方案。

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  2.1 云计算教学内容体系的设计原则

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  根据云计算的技术特点、发展现状、应用前景,高校本科云计算教学内容体系的设计应遵从”知识体系的整体性””服务区域市场””层次化、模块化”三个原则。

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  2.1.1 知识体系的整体性原则

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  云计算产业链上各种岗位所需要掌握的应用技术和具体技能有所不同,牵扯到其背后系统构建的一些基础理论.因此,应该从整体上把握云计算的科学定位和概念内涵,形成一个完整的云计算知识体系.

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  2.1.2 服务区域市场原则

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  据高工物联网产业研究所(GIII)统计,目前国内的云计算企业主要集中在北京、长三角和珠三角三个地区,这些地区也是高校云集的地方,高校本科云计算人才培养应与本地云计算产业相结合。

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  2.1.3 层次化、模块化原则

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  云计算对应一个庞大的概念和技术体系,其自身元素还在不断发展和演化,且元素之间的耦合度差异很大.在组织教学时,应该按其内在逻辑,对应相应的知识单元;依据各种岗位的能力要求,调整知识单元组合方式,满足不同学时和不同专业方向对云计算教学内容体系的约束,使教学目的性更强,具有较好的适应性.

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  2.2 高校云计算教学内容

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  根据前述对云计算教学内容体系的设计思路,即”知识体系的整体性原则””服务区域市场原则””层次化、模块化原则”,本文将高校本科云计算教学内容进行划分.

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  2.2.1 技术基础层

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  云计算的3个服务层次IaaS、PaaS、SaaS都具有商用或开源的产品,如使用基于开源技术的云计算平台,则学生必须掌握基本的Linux系统安装方法和操作命令.从应用的角度出发,学生还要掌握一些程序设计语言.对各种IaaS、PaaS、SaaS平台所支持语言的统计结果显示,主要是Java、C++、.Net、JavaScript、Python、Ruby以及数据库开发的常用组合PHP和MySql.

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  2.2.2 核心技术层

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  IaaS的核心技术是数据中心技术和虚拟化技术.通过虚拟化技术可实现软件应用与底层硬件相隔离,它包括将单个资源划分成多个虚拟资源的裂分模式,也包括将多个资源整合成一个虚拟资源的聚合模式.考虑到数据中心的建设正逐步向能源供应充足、土地成本相对较低的地区转移,嘉兴学院把教学重点集中到虚拟化技术上.

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  PaaS是基于硬件基础设施(即IaaS)上提供SaaS需要的中间件、数据库和应用开发工具等应用的运行平台(Application Running Platform).随着数据密集型应用的普及和数据规模的日益庞大,PaaS层需要具备存储与处理海量数据的能力.具体来说,PaaS包括4类关键技术.1)数据存储技术.在现有的云计算数据存储中主要是通过两种技术来进行数据储存,即GoogleFile system (非开源的GFS)和Hadoop Distributed File System (开源的HDFS).以上技术实质上是大型的分布式系统.

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  2)数据管理技术.云计算中的数据管理技术主要是Google的BigTable数据管理技术和Hadoop团队开发的开源数据管理模块HBase,以及为云数据管理提供RDBMS和SQL接口的Hive等.

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  3)数据处理技术与编程模型.云计算采用了一种思想简洁的分布式并行编程模型MapReduce.MapReduce是一种编程模型和任务调度模型,主要用于数据集的并行运算和并行任务的调度处理.

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  4)典型PaaS平台管理和维护技术.典型的商业性云计算平台如Amazon AWS、Microsoft Azure等,国内的有阿里云及安尚云信的MoPaaS平台等,这些平台都基于上述技术搭建,且各具特色.

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  SaaS是通过互联网、以服务的形式交付软件、同时供多个租户租赁使用的业务模式.要成为SaaS应用开发人员需要掌握Web编程语言如Java,轻量级的脚本语言如PHP、Python,WEB前端开发技术JS及其框架如jQuery,另外要掌握WEB Service技术,如通过RESTFul Style形式进行服务调用或服务组合.

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  2.2.3 知识拓展层

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  云计算发展十分迅速,但同时其所面临的安全技术挑战也是前所未有的.云计算环境下最重要的几大关键安全技术包括虚拟化安全技术、数据安全技术、身份认证和访问管理技术等.

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  3 嘉兴学院云计算教学目标与课程设置方案

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  结合地区特色与产业发展模式,确定合理的教学目标,嘉兴学院确定了自己的云计算课程体系,以培养熟悉云计算领域核心技术与应用的人才。

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  3.1 教学目标

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  嘉兴学院地处长三角中心腹地,面向完整的云计算产业链,开展云计算教学、培养服务地方的云计算人才极具必要性,这既是机遇更是挑战。作为地方性应用型高校计算机类专业,在开展云计算教学时也应有所侧重并具有自己的特色。嘉兴学院培养云计算人才的目标是让学生掌握云计算的基本理论、基本方法和基本技术,重点让学生能够运用所学知识和技能去分析解决云计算应用领域内的实际问题.并具体化为:1)学习云计算的核心技术,掌握云计算的实践应用,能够构建简单的云计算环境,并具备云平台管理能力;2)全面掌握使用Hadoop进行MapReduce程序开发,掌握Hive、HBase使用技巧,具备App开发能力.

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  3.2 课程设置方案

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  目前,高校培养云计算人才常见的实施方式一是在不更改本科教学内容的情况下,在工程硕士层面增设云计算专业方向,培养高端云计算人才;二是在本科教学阶段开设云计算基础课程,并在后续阶段吸收学生参与教师的云计算科研项目来推动本科程度云计算人才培养。上述培养方式一般集中在985、211高校开展,因其云计算科研、教学资源丰富。在地方普通高校的本科阶段,由于学生的基础理论不足及学时有限,大多只开设了云计算选修课,离培养云计算人才还存在一定距离。为了解决这个问题,本文作者在这方面做了初步探索,其主导思想可以概括为:依托软件工程专业,保持公共基础课、专业大类平台课不变,将云计算教学内容”化整为零”,把技术基础层教学内容融入现有软件工程专业核心课、专业选修课之中,增设云计算选修课程,讲授核心技术层教学内容,并在工程综合训练环节加以强化。

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  4 嘉兴学院云计算教学的保障措施

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  云计算是一门综合应用技术,具有实践性、工程性、实用性等特征.虽然课程是教学的中心,但只通过理论教学不足以培养出高质量的云计算人才,嘉兴学院加强了相关的实验室建设,并加强了和相关企业的联系.

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  4.1 加强云计算技术实验室建设

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  云计算技术是一门实践技术,”实验驱动教学”更能调动学生的学习积极性.在制定”云计算及其运算”课程大纲时,将理论学时与实验学时设置为1∶2,希望通过实验加深学生对云计算科学内涵的理解.

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  目前,云计算技术实验室已经建设完成,能够提供云计算系列实验,从虚拟化环境构建到云平台的构建,从数据分布式处理平台搭建到云计算平台的应用与开发.云计算技术实验室打造了培养云计算人才的”生产型实训环境”,有助于实现高校培养与企业用人之间的无缝过渡.

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  4.2 与企业合作培养云计算人才

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  云计算最新的技术在企业,最专业的人才还是在企业.所以,地方本科院校开展云计算教学应尽可能地邀请云计算企业参与,使学校的教学更符合市场的需求,保证学生的就业竞争力.嘉兴学院已经与本地云计算企业建立了合作关系,企业为学生提供部分课程实训和岗位见习实训,并为学生、教师提供工程实践锻炼等机会,让学生、教师了解实际工作场景和职业要求.企业同意采用”冠名班”培养模式,培养云计算专业人才.为适应嘉兴人才需求,校企双方将根据企业发展、技术进步需求,探索拓宽应用型人才的培养路径,提高应用型人才的培养质量,为地方经济社会发展服务,走出一条校企合作的特色办学之路.

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  5 结语

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  随着”互联网+”的发展,云计算人才的培养必将成为计算机类专业的教学重点.本文是笔者近半年来在制定软件工程专业人才培养方案过程中对开展云计算教学的思考与探索.所采用的方法能够降低本科学生学习云计算理论与技术的难度.今后,我们将进一步实践本文中的各项措施,并结合该领域的新问题和新技术更新云计算人才的培养模式与方法.