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会生产、人类生活、文化娱乐等领域所发挥的作用也越来越大,对社会及经济发展的促进作用也将更为显著。本文通过对计算机科学与技术在工程建设项目中应用的详实阐释,以期更好推进计算机技术在工程建设过程中的顺利有序发展。
关键词:计算机科学 技术工程建设项目应用
中图分类号:O434文献标识码: A
前言:计算机应用技术就是对于不同网络软件的设置属性和不同的功能具备充分的掌握能力与应用能力,能够在不同的环境中通过计算机高效率地为多方面的用户给予服务。工程项目管理是指基于较为系统的方式与理论上,对工程项目实施组织、计划、控制等多种专业化的活动。工程项目管理涉及的部门比较多,包括投资商、开发商、供货商和施工部门、设计部门、工程项目使用期的管理部门的管理。实施工程项目管理是为了可以满足工程建设、增加利润的需求。
一、计算机科学与技术运用到工程建设项目管理的意义
1、实现技术、经济的一体化及资源共享
一直以来,工程建设项目在管理上都采用传统的管理方式进行管理,而传统的管理方式在现如今的工程项目管理中已经不适用。并且,负责建设项目管理的工作人员管理方式落后,既不懂管理也不懂技术,导致管理出现混乱的局面。采用计算机科学与技术进行管理,将各个部门相互联系,在日常工作中交换信息,各部门的人员可以通过网络来进行技术交流,实现了技术与经济一体化。在工程建设项目管理中使用计算机科学技术,可实现资源共享,项目管理需要对信息进行跟踪、收集以及处理等,过程相当复杂,并且信息量大,只是靠人为来处理信息很容易造成信息丢失。而采用计算机处理信息则不同,将建筑工程项目各种信息资料,通过互联网进行整理、归类,以工程数据库为中心,进行科学管理。在建设工程管理中,会有很多资料,例如建议书、施工设计图、工程验收等各阶段所产生的材料,计算机系统根据工程信息的格式、类型等进行一体化管理,并
根据各部门的需要将资料实现共享,使建设工程各个部门联合在一起,形成一个紧密联系的整体,更便于管理。
2、控制物资,实现现代化管理
在建设项目管理中使用计算机可了解到物资管理的情况,并结合项目的实际情况对物质进度进行适当的调整。在工程施工中,常常需要采购工程材料,此时可通过计算机编辑限制条件,可在第一时间里了解到采购量是否满足或是大于请购量,请购量是否与设计量一致等,再采取相关措施,从而降低项目建设成本。使用计算机科学与技术还可有效提高资金的管理水平,工程项目的结算、验工计价等,均在企业内部进行,在计算机的辅助下,资金运作实现了统一管理,合理使用,满足工程需要的同时,更降低了资金的运作成本。就我国目前建设项目管理水平来看,与发达国家还存在很大的差距,我国加入WTO之后,与世界各国的合作机会不断增多,计算机技术是拉小我国项目管理水平与发达国家项目管理水平的有效途径。
二、计算机应用技术在工程项目管理中的应用
1、工程项目管理软件的应用
对工程项目实施科学化的管理即复杂又关键,其波及的工作内容相当复杂。如果工程建设管理仅仅实施人工计算,那么就会十分的浪费资源。通过科学的工程项目管理软件能够进行多方面的操作,比如工程图纸的绘制、各种数据的统计等,操作简单而且快速。工程项目管理软件还能够实现网络进度计划的编制,根据实际的工程进度,可能对建设中的资源进行合理的配置和优化,对工程建设进程给予有力的保障,同时还能够监测工程建设的质量,使整个工程项目管理的质量水平得到提高。
2、办公自动化软件的应用
在工程项目管理的全部过程中,会存在大部分的工程项目文件材料与信息,这为管理作业造成了很大的影响。办公自动化软件是一种基础的管理技能,在工程项目管理作业中,操作人员可以经过A uto C A D软件来完成信息中的图像、文字和言语的处理,然后做出最好方案供给给工程施工部分。需要特别注意一点,项目管理单位的一切人员都必须要经过办公自动化的有关技能学习,才可以真实满意报表、材料的标准化与正规化。
工程项目中的方案计算,可以将建筑工程预算软件与Excel电子表格进行联系,对详细的作业施行科学有用的编制,这样一方面可以很大程度的下降工程项目管理部分的作业量,另一方面还可以有用的下降制造报表的本钱。Excel电子表格具有易操作性的优势,关于一些数据剖析发生的区别,可以轻松修改,不必再次编制新表格。
3、优化工程项目管理的效益与水平
以往的工程项目管理仅仅是经过人工完成,全部信息管理处于关闭状况,各项目管理人员的信息没有得到及时的沟通。计算机使用技能为工程项目管理供给了一个敞开的信息资源管理渠道,可以让各管理人员进行及时、便利的的沟通。一起工程项目内部的信息资源也可以满意同享的需要,工程项目在建造和管理过程中,一切的信息资源都可以充沛的满意多个部分的同享。计算机使用技能赋予工程项目管理更多的时间与空间,有用的加速信息沟通的速度,然后使工程项目管理的功率得到有用的进步,优化工程项目管理的效益和水平。
4、计算机使用技能在工程施工技能和施工质量中的应用
计算机使用技能在工程技能与质量的使用中也具有很大的优势,其可以从全体出发来关注工程施工的进度和质量,凭仗计算机技能的信息回馈,可以及时的找出疑问构成的原因和区别,然后完善施工技能和管理方面的办法,以最大程度的削减本钱、缩短工期和保证质量。经过计算机使用技能可以构建科学的工程质量管理信息系统,对工程项目建造中的一切信息施行搜集、加工、收拾和处理,经过此管理信息系统,可以保证工程项目管理的多个环节的成功完成。
5、在审计与监理中的应用
计算机科学与技术是企业发展不可或缺的一部分,当下,我国计算机科学与技术水平也取得了很大的突破,在各个领域上都得到广泛运用。在工程审计工作中也使用到了计算机科学与技术,工程审计工程一般包括两方面的工作,一方面是投资的检查核对,另一个方面是工程量的检查及核对,工程程序复杂,并且工作量大。在此工作中使用计算机技术可有效提高工作效率,在审计中,计算机主要是充当监督和审查的角色,对已经竣工的工程项目进行审查和监督,并结合国家制度,对已经结束的工程、工期等一一进行审核。另外,在监理工作中亦可使用计算机科学与技术,近年来,我国监理工作逐渐规范,此时,将计算机科学与技术运用到其中,可有效促进监理工作的健康发展。使用计算机技术,主要是在监理过程当中,采用科学的方法来处理各种信息,达到控制监理整个过程的目的。传统的工程监理主要是通过手工的方式来处理,这样的处理方式效率低,极不适应现如今竞争日益激烈的建筑行业需。采用计算机来完成监理工作,取代手工方式,可有效提高工作效率,为企业带来更大的经济效益。审计与监理工作一直以来都是人力来完成,而这两项工作较为复杂,人工完成的过程中常常出现问题,采用计算机来完成,可使监督和审查规范化,更具有科学性,有利于建筑企业的健康发展。
结语:综上所述,我国建筑行业发展的过程当中,常常忽视建设项目管理,而建设项目管理水平与建筑质量息息相关,因此,要提高工程质量,就要做好管理工作,将计算机科学与技术运用到管理当中,促进我国建设行业的快速发展。
参考文献:
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关键词 高等职业教育;云计算专业;课程体系
中图分类号 G718.5 文献标识码 A 文章编号 1008-3219(2017)08-0029-04
一、引言
云计算因其集约化管理、弹性扩展、按需分配、虚拟运算、高性能、低能耗等优势,正深刻地影响着世界经济的发展,已成为世界主要国家抢占新一轮经济和科技发展制高点的重大战略举措。我国云计算产业链正以惊人的速度及影响力快速发展,2015 年我国云计算整体市场规模达378 亿元,整体增速31.7% 。随着智慧城市、工业4.0、中国制造2025、工业互联网等概念的兴起,政务云、城市云、教育云、医疗云、工业云等云平台的快速普及将催化云计算技术应用的落地与推广,云计算产业将面临巨大的市场需求,为云计算产业带来了快速发展的机遇,在未来几年,我国云计算市场规模仍将呈现快速增长趋势。
云计算作为新一代信息技术的核心,突破性地将大数据、大平台、大服务、互联网与传统制造业等深度融合在一起,为云计算市场带来创新活力,改变信息产业发展格局,孕育着极其广阔的产业链与创业机会。云计算新兴产业的崛起及云计算人才的严重缺失,对高职教育信息技术人才培养提出了新的要求。
根据《国务院关于加快发展现代职业教育的决定》(国发[2014]19号)中“服务经济社会发展和人的全面发展,推动专业设置与产业需求对接”的精神,高等职业院校在专业设置、人才培养上要紧密契合社会经济与产业的发展,要主动服务区域经济发展的需要。许多高职院校为契合云计算产业的飞速发展,正在筹划开设云计算技术与应用专业,也有很多学校将原有的计算机应用专业、计算机网络技术专业调整为云计算技术与应用专业。基于现状,高职云计算技术与应用的专业定位、职业岗位、人才培养规格、课程体系等关键要素还在研究与探索中,目前急需落实的事情之一是明确高职云计算专业人才培养目标与人才培养规格,构建课程w系,为高等职业院校开设云计算技术与应用专业提供可靠依据,为培养适应云计算产业发展所需要的创新型技术技能型人才起到推动与促进的作用。
二、云计算产业对人才的需求分析
目前我国许多IT企业已经开展垂直行业的云应用布局,如华为已经对外面向金融、媒资、城市及公共服务、园区、软件开发等多个垂直行业与企业提供云服务解决方案,宣告云服务、云应用将渗透至各行各业,未来云计算与各领域的融合将不断加深,通过构建超大体量的云生态系统,以满足不同传统企业的转型需求,助推行业转型发展。云计算服务商将不断加强与各垂直领域的深度合作,开拓更大的云计算服务空间。
随着云计算这种新兴产业的飞速发展,对传统的IT技术带来了颠覆性的冲击,无论信息化的整体架构设计,还是计算、存储、网络的虚拟化技术,都与传统的IT专业技术存在很大不同,云计算人才严重短缺。云计算产业因其层次丰富、技术新对IT专业人才有了新的要求,从云计算产业链的基础设施即服务(IAAS)、平台即服务(PASS)、软件即服务(SAAS)三层生态体系结构来看,出现一批新的工作岗位,如数据挖掘专家,移动应用开发和测试、算法工程师,商业智能分析师等,与此同时,也会促进原有岗位的更新,比如网络工程师、系统架构师、咨询顾问、数据库管理与开发等。
三、高职云计算技术与应用专业的人才培养定位
云计算产业对人才需求层次十分丰富,既需要高端的云系统分析师、系统设计师、云系统架构师、数据挖掘专家、算法工程师、商业智能分析师等,也需要大量能从事云平台系统基本架构与云计算平台管理、熟悉云产品与服务特点、熟悉在云平台上常规应用的部署、能解决云产品与服务的常见问题与运维的技术技能型人才。通过大量调研与分析,发现云计算产业所需的人才结构中对中高级人才的需求约占云计算产业人才需求总体数量的三成,其他为位于产业链下游的技能型、应用型的信息技术人才,约占总体需求的七成,从而形成产业链上中下游人才需求的“金字塔”分布。
广州科技贸易职业学院是一所地属广东的高等职业院校,在专业建设中根据国家赋予高等职业教育的主要任务――为社会培养适应技术进步和生产方式变革以及社会公共服务需要的高素质技术技能人才的精神,坚持以服务广东区域经济发展与产业发展的需要为宗旨,紧密契合广东及广州云计算产业发展的需要开办云计算技术与应用专业。通过大量企事业单位的调研、分析与专家论证,把广州科技贸易职业学院云计算技术与应用专业人才培养目标定位为:面向云计算产业链中数据中心的管理、维护及运营,面向大数据系统的安装、调试、维护,面向云系统集成及企业终端服务等领域,培养运维工程师、虚拟化工程师、数据分析师、产品及项目经理等技术技能型人才。面向的主要工作岗位集中在技术技能型上,从事以虚拟化技术为基础的重复性操作、维护与服务类工作,为云计算中下游产业链培养技术技能型、应用型的信息技术人才,位于产业链上人才需求的“金字塔”结构的中下游,与本科院校、研究生教育培养的云计算人才形成人才递进式分布状态,如图1所示。
四、高等职业教育云计算技术与应用专业课程体系的构建
(一)构建高职云计算技术与应用专业课程体系的原则
坚持四个“对接”的原则。在充分开展云计算产业调研与人才需求分析的基础上,以《国务院关于加快发展现代职业教育的决定》(国发[2014]19号)文件精神为引领,坚持将专业设置与产业需求对接、课程内容与职业标准对接、教学过程与生产过程对接、毕业证与职业资格证对接,进行高职教育云计算技术与应用专业课程体系构建,充分体现云计算技术与应用课程体系的职业性。
坚持创新创业教育与专业教育“双融合”的原则。认真贯彻落实《国务院办公厅关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》([2015]36号)精神,将创新创业教育与专业教育深度融合,以创新创业为引领、以职业能力为本位、以职业行动为导向进行高职云计算专业课程体系的构建,课程体系既要包括创新思维、科学研究方法、学科前沿、创业基础、就业创业指导等方面的基本素质与素养课程,同时也包括与云计算产业发展高度融合、有机衔接、能力递进、科学合理的专业课程群。既要符合云计算产业因其自身飞速发展所需的创新性以及所带来的创业机遇的特性,同时又要考虑云计算产业对高职人才创新思维、人文素质、专业知识、职业能力等要求。所构建的高职云计算技术与应用专业课程体系,必须符合云计算产业自身发展的创新性、先进性与前瞻性的特性。
(二)职业岗位分析
在充分论证高职业云计算技术与应用专业人才培养定位的基础上,进一步明确高职云计算技术与应用专业人才培养所对应的岗位及岗位群。围绕面向数据中心的管理、维护及运营,面向大数据系统的安装、调试、维护,面向云系统集成及企业终端服务等职业领域,分析得出高职云计算技术与应用专业学生的初始岗位为数据中心管理员、网络管理员、数据系统管理员、云产品经理等。通过在初始岗位上的经验积累与能力提升,相应的发展岗位为云计算系统运维工程师、虚拟化工程师、网络工程师、数据分析师、项目经理、网站设计师等。通过对这些岗位对应的任务进行分析,形成了高职云算技术与应用专业人才培养的职业岗位与典型工作任务对照表,见表1。
(三)确立人才培养规格
针对数据中心管理员、网络管理员、数据系统管理员、云产品经理、云计算系统运维工程师、虚拟化工程师、网络工程师、数据分析师、项目经理、网站设计师等岗位,进行典型工作任务分析,明确高职云计算技术与应用专业人才培养的素质目标、知识目标、能力目标,如表2所示。
(四)构建高职教育云计算技术与应用专业课程体系
在课程体系的构建过程中,首先从职业核心能力、技术创新能力的要求出发,确定专业核心课程,核心课程包括虚拟化技术与应用、SHELL实用技术、云存储实用技术、Hadoop系统搭建及维护、HBase应用与开发、OpenStack设计与实现6门课程,其中HBase应用与开发、OpenStack设计与实现为核心创新课程。根据专业核心课程进一步反推支撑专业核心课程的专业平台课程,专业平台课程包括程序设计基础、数据结构及算法、云设备互联技术、实用操作系统、非关系型数据库系统、web应用与开发、Java程序设计与开发等,其中web应用与开发、Java程序设计与开发为平台创新课程。根据创新思维、创业素养、人文素质、职业能力等关键要素确定通识课程,依据产业发展的趋势与学生职业发展的需要确定专业拓展课程。从而形成了由通识课程、专业平台课程、专业核心课程、专业拓展课程构成的,创新思维、创业素养、职业能力深度融合的知识能力递进式云计算技术与应用课程体系。
关键词:地方本科院校;云计算;网络工程;教学改革
网络工程专业是计算机技术与通信技术相结合的新型专业,教学内容除网络基础和计算机基础类课程外,还加强了网络系统设计与维护、网络互联、网络管理、通信理论等课程的学习,地方本科院校教学上侧重于培养能够从事计算机网络系统规划、设计、管理与维护的高素质工程应用型人才[1],尤其是掌握Web开发服务技术及网络应用开发技术,从事网络系统软件管理和网络应用软件设计的高级工程技术人才。随着国内外处处建网、处处有网的“互联网+”发展,网络管理人才的需求与日俱增,如何利用有限的硬软件资源培养社会急需的网络应用型人才是每个地方本科院校网络工程专业都在思考与探索的问题。近年来,“云计算”已经成为生活中的热门话题。美国《福布斯》双周刊网站2018年2月25日报道:未来十年及以后,“云”将从基础设施、成本控制、数据管理、协同工作、资源共享等多方面影响我们的生活[2]。而云计算在全球的投资和市场规模也迅速增加,2015年全球云计算市场规模达到522.38亿美元,中国云计算市场规模达到14.42亿美元,预计到2020年,全球云计算市场规模有望达到1435.28亿美元,中国云计算市场规模有望达到52.42亿美元,中国云计算市场保持29.45%左右的复合增速发展,高于全球水平(22.10%)[3]。云计算的快速发展致使云平台的运行和管理人才需求急剧增加,但目前高素质、专业性的云计算管理人才数量和质量远远不能满足市场需要。云计算技术依托于网络技术,而地方本科院校传统的网络工程专业培养方案已不能很好地适应云计算时代市场及企事业单位的人才需求。在网络技术迅猛发展的今天,要想把握IT产业发展的人才需求动向,就必须改变网络工程专业发展方向和转变人才培养模式,改进高校网络工程专业教学体系,调整网络工程专业人才培养方案,适应社会对网络工程专业人才发展的需求。
1云计算时代网络工程专业教学存在的不足
网络工程专业自1998年开设以来虽然取得了很大的进步,但在教学内容、组织形式及教学方法上仍存在不足,尤其是云计算等先进网络技术发展应用以来,传统的网络工程专业在教学结构、课程设置、教学条件、师资队伍等方面都不能适应云计算发展的步伐,培养的人才对社会的适应性差,大量毕业生找不到合适的工作,网络工程专业毕业生的专业特色和优势被局限,归纳起来,主要体现在以下几方面。
1.1师资力量欠缺
教学设计没有网络工程专业特色地方本科院校网络工程专业大部分是从计算机科学与技术专业基础上拆分过来的,多数地方本科院校师资欠缺,计算机科学与技术专业与网络工程专业多数采用相同的教师、教材、教学方法实施教学,而网络工程专业的教师不但要对所讲授的课程相当熟悉,还要根据教学知识汇总以前所学的网络方面的知识,引导学生提出问题,激发学生学习知识的热情,并随时回答学生提出的各种网络方面的问题,设计和制订课程相关的网络实践教学项目等,因此,专业的网络工程教师是培养网络专业人才的基础。
1.2课程设置滞后先进网络技术课程太少
目前大部分网络工程专业的课程设置依然是基础网络相关的课程,近年来有部分学校添加一些先进网络技术的选修课程,如云计算、大数据等课程,但通常也只对高年级学生做简单介绍,课时少,更没有涉及应用,这种延续原有教学组织形式的改进很难适应云计算时代社会对网络工程专业人才的需求。如果要让学生学习先进网络技术,需要改进网络工程专业的课程设置,突出网络课程特色,添加云计算等先进网络技术课程的教学,融入云计算技术的应用,让学生在本科阶段就了解云计算的概念。
1.3项目教学欠缺实践教学与市场应用融合程度不够
项目教学法是德国联邦政府教育部职教所发起的,它把学习过程设计为项目,按照项目的行动回路设计教学,项目教学法不仅传授给学生理论知识和操作技能,更注重培养学生的职业能力[4]。项目式教学的前提是项目实施环境,没有适合完成项目的环境,项目设计、项目完成是一纸空谈[5]。所以德国的“项目式”教育大多采用的是学校和企业“双元制”教育模式,学生在学校学习,在企业实践[4]。地方本科院校由于实践设备、课时、场地、安全等方面的考虑,实践教学还只停留在演示性和验证性实验上,尤其是与市场衔接的实际应用型实践教学非常欠缺,实践教学方面与市场实际应用的融合程度不够。
2云计算时代网络工程专业教学模式的改革
随着云计算的发展,国内各大高校、企业逐渐开始建立云平台,开发云应用。云计算将是整个IT行业的发展趋势,也是新一代互联网、物联网、大数据、移动互联的引擎和神经中枢[6]。云计算的需求推动和服务外包思想重新定义了网络架构和网络经营模式。而传统的网络工程专业教学依然采用旧的网络模式进行教学活动,不能适应网络市场的发展步伐,致使大量毕业生就业困难,部分地方本科院校的网络工程专业出现了招生萎缩甚至停招。所以,改革网络工程专业教学模式,适应先进网络技术的发展趋势,培养与市场发展需求相吻合且有较强实践能力、创新能力的合格大学生是网络工程专业亟须解决的问题。
2.1课程体系的改革
地方本科院校网络工程专业课程主要涉及网络方面的基础理论知识和验证性实践,网络前沿知识涉及很少,大多都没有开设云计算等网络前沿知识的课程。在网络技术飞速发展的云计算时代,云计算更新了网络部署,所以在网络工程专业教学中,应开展一些云计算等网络前沿应用方面的课程,从大一到大四,根据学生具体学习情况,低年级课程中安排一些云计算方面的前沿技术讲座和学术报告,高年级开设云计算等前沿技术的必(选)修课程及应用,课程体系制订时兼顾云计算人才的培养,使学生掌握网络技术的最新研究动态,拓宽视野,激发学生的学习积极性。
2.2师资队伍的建设
网络工程专业教学涉及数学、电子信息、计算机基础理论及网络构建、网络管理、网络应用等多方面的知识,这就要求网络工程专业教师既要在专业领域的某一方向有较高的水准,也要了解网络工程专业各方面知识之间的关联性,同时还要顺应时代的发展,适当加入最新的网络前沿技术知识的讲解,这样才能培养出适合时代需求的优秀毕业生。云计算技术引领“互联网+”、物联网、大数据、区块链等先进网络技术的发展推广,同时也对高校网络工程专业教师的知识结构提出新的要求,而地方本科院校一般是指由省市所属、服务于地方经济发展的本科学校,多数处于地市级城镇,若想适应云计算时代网络工程专业的教学改革,就必须加强师资力量的培训,重视教师队伍知识结构的优化和实践技能的培养,笔者认为应从以下几方面考虑。(1)建立云计算及网络专业人才引进、服务机制,支持国内云计算领域的优秀毕业生及科技人才到学校任教。(2)制订教师培养计划,鼓励本校教师外出学习、进修,注重本地教师队伍的整体发展,根据不同教师的特色,发挥所长。(3)建立校企合作机制,从企业聘请有丰富实践经验的优秀网络工作者到学校任教,从实际应用的角度引领学生学习先进的网络技术。师资队伍建设是一个艰难而漫长的过程,它需要长时间的细心培育才能建立一只优质的教学师资队伍。
2.3教学环境和教学方式的改革
了解和学习云计算的最好方式就是实践,目前国内大部分地方本科院校已建立云计划,如果所在学校已建立云平台,教师可以使用云平台与学生互动,如教学信息、将教学资源上传到云平台中等。在网络工程专业高年级的部分课程教学中,教师可以通过云平台创建教学环境,学生可以租赁或通过其他方式申请学校的云空间,将作业提交到云端,也可以在云端完成部分网络虚拟实验,教师可以通过云检查验收学生的作业和实验。对于没有建立云服务的地方本科院校,可以租赁云服务器协助教学。目前,腾讯、华为、京东、阿里、百度、西部数据等多家计算机公司都开始提供云服务器租赁业务,腾讯等多家计算机公司还提供了学生租赁云服务器套餐,年租费更是优惠。对于网络工程专业的学生,教师应在教学过程中鼓励学生申请云服务器,并配置管理自己的云服务器。尝试让学生在云端完成作业,提交作业链接查看学生作业完成情况,这种融入云计算技术的教学方式很好地激发了学生的学习兴趣,且部分学生完成良好。因此,在高年级的网络工程专业课程中直接加入云计算的应用,让学生切身体会并管理自己的云服务器,是网络工程专业教学中可以尝试并非常有效的一种学习云计算的方式。
2.4实践教学的改革
地方本科院校由于经济等方面的原因,实践教学一直是地方本科院校应用型人才培养的难解课题。虚拟实验是通过计算机模拟实验需求的环境进行仿真实验的教学模式,网络虚拟实验可以大量地减少实验资金投入,解决学校因设备欠缺而无法开展实验的问题。网络工程专业可以根据课程性质,对一些当前硬件欠缺的实验项目,设计虚拟实验,并在实验教学中,以学生为主体实施完成“虚拟项目”,使学生在虚拟环境中获得项目实践经验。云计算的本质就是虚拟化,目前,国内外部分高校已经开始设计、建设基于云计算的虚拟实验平台,基于云平台的网络虚拟实验既能简化网络实验环境的搭建,又可以让学生在课程教学中学习应用云知识,具有很好的实用性,将对地方性本科院校开展应用性实践教学产生良好的影响和促进作用。
一、结合智能计算的大数据分析成为热点,包括大数据与神经计算、深度学习、语义计算以及人工智能其他相关技术结合,成为大数据分析领域的热点。大数据分析的核心是从数据中获取价值,价值体现在从大数据中获取更准确、更深层次的知识,而非对数据的简单统计分析。要达到这一目标,需要提升对数据的认知计算能力,让计算系统具备对数据的理解、推理、发现和决策能力,其背后的核心技术就是人工智能。近些年,人工智能的研究和应用又掀起新,这一方面得益于计算机硬件性能的突破,另一方面则依靠以云计算、大数据为代表的计算技术的快速发展,使得信息处理速度和质量大为提高,能够快速、并行处理海量数据。
二、数据科学带动多学科融合,但是数据科学作为新兴的学科,其学科基础问题体系尚不明朗,数据科学自身的发展尚未成体系。在大数据时代,许多学科表面上看来研究的方向大不相同,但是从数据的视角来看,其实是相通的。随着社会的数字化程度逐步加深,越来越来多的学科在数据层面趋于一致。可以采用相似的思想来进行的统一的研究。数据科学作为一个与大数据相关的新兴学科出现,真正支撑大数据发展的学科跨越还没有出现。针对大数据处理的理论研究上,新型的概率和统计模型将是主要的研究工具,学科基础理论的突破还难于在2015年出现。
三、跨学科领域交叉的数据融合分析与应用将成为今后大数据分析应用发展的重大趋势。大数据技术发展的目标是应用落地,因此大数据研究不能仅仅局限于计算技术本身。由于现有的大数据平台易用性差,而垂直应用行业的数据分析又涉及到领域专家知识和领域建模,目前在大数据行业分析应用与通用的大数据技术之间存在很大的鸿沟,缺少相互的交叉融合。因此,迫切需要进行跨学科和跨领域的大数据技术和应用研究,促进和推动大数据在典型和重大行业中的应用和落地。
四、大数据将与物联网、移动互联、云计算、社会计算、等热点技术领域相互交叉融合,产生很多综合性应用。近年来计算机和信息技术发展的趋势是,前端更前伸,后端更强大。物联网与移动计算加强了与物理世界和人的融合,大数据和云计算加强了后端的数据存储管理和计算能力。今后,这几个热点技术领域将相互交叉融合,产生很多综合性应用。
五、大数据多样化处理模式与软硬件基础设施逐步夯实。内存计算将继续成为提高大数据处理性能的主要手段。以Spark为代表的内存计算逐步走向商用,并与Hadoop融合共存,专为大数据处理优化的系统和硬件出现,大数据处理多样化模式并存融合,一体化融合的大数据处理平台逐渐成为趋势。其中有一个观点这种多元化一定程度上成为一体化,未来大数据多样化处理模式并存并且有可能成为一体化的平台。
六、大数据安全和隐私,这是我们第三年关于大数据热点问题趋势的预测,每一年这都是非常靠前关于大数据安全和隐私问题,这个反映我们专家我们用户一种期盼一种理解一种关注度,但是我们在大数据的安全和隐私保护方面,以及大数据涉及到资源国家主权这层面,实际上技术层面没有比较多的,这两年多以来没有比较长足的进步,这方面有一定的问题的,所以说大数据的安全持续令人担忧。
七、新的计算模式讲取得突破,去年前年我们在国内大量的去讲深度学习,今天我们发现一个很有意思的现象,在一些特定的领域发挥了作用,但是我们专家和工业界的人士更关注众包技术,也就是说可能未来不光是大数据讲深度学习。
八、各种可视化技术和工具提升大数据分析。进行分析之前,需要对数据进行探索式地考察。在此过程中,可视化将发挥很大的作用。对大数据进行分析以后,为了方便用户理解结果,也需要把结果展示出来。
九、大数据技术课程体系建设和人才培养是需要高度关注的问题。
电子商务专业课程体系所包含的多门计算机类课程,它们或多或少都与网络技术有着深浅不同的交叉联系。如果不注重和其他课程的衔接,往往会出现重复讲授和跨域基础的深度跳跃讲授,不利于学生的接受和知识体系的完善。
2现代网络技术课程的教学改革思路
2.1提升学生的认识水平,激发学生的学习兴趣学生对网络的认识只停留在自身上网的感性认识的水平,对网络没有深入的专业性理性认识。在教学内容的组织上可以在原来教材的基础上,加入教师自身收集整理计算机网络发展过程中的重大事件以及相关背景人物的资料,可以让学生在全面了解互联网发展的历史脉络的同时提高文化修养。教师有条件应该去国外或国内发达地区进修,把自身所见所闻的最新技术产品成果和最新应用在课堂上介绍传播给学生,从而可以扩大学生的视野,减少学生对相对枯燥的知识理论产生的消极情绪,让学生能够紧跟时代的步伐,为激发学生的创造力积累资本。
2.2加强学生的实际动手能力,解决学生实际问题首先要强化基础的综合型实验,把最新实验设备,如网络打印机、网络交换机等设备搬进学生实验课堂,耐心细心的指导学生遇到的每一处问题,尤其对于基础较差又不愿意开口的学生,教师应该主动多加关心。另外,教师可以通过到实习基地等用人单位实地考察,了解学生未来工作岗位中需要的基本能力,同时结合课程的实际情况,消化整理后添加与就业密切相关的新内容。还要尽量关心学生面临的生活实际问题,如课下学生在宿舍共享上网,局域网联机,旧电脑升级,外接设备驱动等。这样可以拉近教师与学生的心里距离,无形中支持鼓励学生的信心。
2.3以专业整体的高度,帮助学生理解所学知识主讲教师应该利用教研室会议等集会时间主动和本专业相关课程的负责教师进行交流,讨论相关知识的讲授,确立合适的教学内容,避免和其他课程教学内容的重复,并做好衔接铺垫,从而让学生全面系统地把握网络知识。比如,前期的《计算机基础》课程里讲授的相关知识在这门课的某些部分得到深化,后续的《数据库原理与应用》、《电子商务网站建设》、《电子商务网络安全》等课程的相关知识需要在这门课里做引导和铺垫。
2.4改革考核方案,提高实践能力考核的比重以往的考核形式主要笔试卷面为主,平时上机实验为辅。学生在准备考试时主要靠背诵相关专业名词,理解相关理论步骤,大量突击相关习题来应付考试。另外教师在准备考题时也很难全面把握专业的需要度,这样就会偏离课程开设的目的。为了把实践能力的考核地位提升,可以让学生以宿舍为单位分组,将自行完成有线、无线局域网连接,配置简单服务器软件的步骤,以及共享上网,划分子网等试验综合成总结报告,提交作为考核的主要内容。
3结束语
关键词 云计算;私有云数据中心;实验教学
中图分类号:G642.0 文献标识码:B
文章编号:1671-489X(2016)18-0124-05
Abstract In the traditional computer course teaching, the demand ofthe computer is big, the utilization rate of resources is low, the tea-ching cost is high, and cannot fully meet the needs of experimental teaching. This paper puts forward the experimental teaching mode based on the cloud computing, and gives the construction of the cloud data center and the operation and maintenance management program. The scheme optimized computer related courses of mana-gement mode and experimental teaching mode, solve the current high cost of college computer laboratory construction, management and maintenance efficiency, low resource utilization rate is low, greatly enhance the level of experimental teaching.
Key words cloud computing; private cloud data center; experimental
teaching
1 引言
随着信息技术的发展和商业模式的不断创新,云计算以其新的用户体验和业务模式已成为新一代信息技术变革的重要组成部分。云计算由并行计算、分布式计算和网格计算发展而来,是虚拟化、效用计算、SaaS等技术混合演进的结果。
目前各高校均在建设自己的教学资源平台,但大都存在资源共享不足、存储设备容量有限、运维管理水平不高等问题。基于云计算模式构筑全面共享的私有云数据中心的实验教学平台,可以使实验教学开展更加灵活,实验项目设置能够摆脱基础条件限制,进而提升实验教学质量,特别是增强创新性、研究性实验的教学效果。
2 实验教学中的困难与问题
传统教学模式下,实验教学均在实验室环境下进行,但实验室环境存在以下几方面的不足。
对多样操作系统的支持不够 大部分实验室中的计算机所用的操作系统为Windows操作系统,缺乏对Linux、Unix操作系统的支持,使得大量实验课程的教学内容不能展开,如Linux操作系统课程的实验项目就无法很好地开展。
能够为学生实验学习提供的计算机数量有限 实验室中设备数量固定,当同时需要多台计算机用于某一个实验时,实验室通常无法提供,如MySQL集群实验项目需要为同一学生提供多台Linux服务器等。
实验数据存储受限 实验室为了保证计算机的安全性与稳定性,一般都采用安装硬件保护卡的方式对学生使用过的系统进行还原。这样虽然在一定程度上保护了计算机的安全性,但是在学生进行实验过程中,数据无法保存,打破实验的连续性,很大程度上影响了实验教学效果。而且在进行需要安装的实验项目时,由于计算机安装了保护卡,部分软件安装后如果必须重启,则无法实现。
软件维护与更新困难,稳定性不足 计算机实验室为满足不同专业的实验需求,使实验室对设备的维护与管理变得异常困难。通常情况下,实验室的计算机上都安装多个操作系统以适应不同的实验需求。同时,一个操作系统中安装多个专业软件,造成软件冲突严重,系统反应缓慢。
实验教学内容受限 由于实验环境和实验学时的限制,实验课程的教学内容必须依据实验室环境进行准备,内容不宜太难,扩展性不能太大,课外自主实验也不能过多,不能够很好地激发学生的学习兴趣,也不利于学生的思维拓展,不利于开展研究性学习、探索性教学,如PBL、MOOC、翻转课堂等。
实验教学过程管理空白,教学质量无法很好评估 传统的实验教学中,实验仅仅能够在实验课上进行,教师对学生的辅导局限在实验课堂的几十分钟内,之后的学习过程便无法监督、了解与管理,对于学生在课下实验中遇到的问题也无法及时解决,影响了学生自主实验的积极性和教师对实验的指导与评价。
3 云计算与云计算辅助教学
云计算 云计算由一系列可以动态升级和被虚拟化的资源组成,这些资源被所有云计算用户共享,并且可以方便地通过网络访问,用户无需掌握云计算的技术,只需要按照个人或团体的需要租赁云计算资源。
经过近几年的快速发展,目前云计算技术基本可以概括为公共云、私有云和混合云三种。公共云是由第三方供应商提供给用户使用的云,一般均可通过Internet使用。私有云就是单位或团体自身购买服务器和存储、自行构建机房的数据中心建设模式。混合云是公有云和私有云两种服务相结合的一种云计算模式,既有一定的安全性,又有一定的可扩展性。
笔者使用的云计算模式即为私有云,原因如下:
1)完全自主可控,便于开展多样的实验教学;
2)仅供内部使用,提高了学生在学习过程中使用云数据中心的安全性;
3)网络性能高,基于校园网的万兆主干网络,使得云主机的使用更加流畅,方便开展实验教学;
4)能够实现全体系的运维管理和监控,便于监控学生的学习过程和了解教学效果。
云计算辅助教学 云计算在教学方面的应用正逐步成为研究的热点,使用云计算技术结合具体教学环境,充分发挥出云计算辅助教学的优势,在实现优化教学效果的同时节省硬件资源,提高资源利用率,降低教学成本。在高校的计算机实验教学中,云计算有着显著的优势,具体如下。
1)提升实验教学环境质量。云计算提供一系列可被虚拟化的资源,如计算、存储、平台和服务等,这些资源支持用户共享,方便网络访问,满足了实验教学中设备多样性、操作系统多样性、软件多样性的需求,有利于为实验教学提供良好的实验环境。
2)降低实验教学成本。云计算中对客户端的计算机配置要求较低,教师和学生可以以极低的成本按需获取云服务,有助于减少实验教学中人力、物力、财力的投入。
3)推动教学改革。云计算的教学模式是一种新的教学模式,突破了时间与空间的限制。在该模式下,实验教学的方法、模式也会有所不同。基于云计算的实验教学环境将充分发挥出云计算辅助教学的特点,推动教学改革与教学模式的创新。
4 面向教学的私有云数据中心
云数据中心建设
1)总体架构。笔者构建的面向教学的云数据中心主要由8台虚拟化服务器、2台磁盘阵列、2台FC-SAN交换机、2台以太网交换机组成。其中,8台虚拟化服务器通过FC卡分别接在2台FC-SAN交换机上,实现存储网络的双链路负载;2台磁盘阵列到2台FC-SAN交换机之间,也进行多链路负载,保障业务的高可用性和高性能。云数据中心拓扑如图1所示。
私有云数据中心主要借助VMware vSphere实现服务器的虚拟化,其中包含1个云数据中心、2个虚拟化集群、4个逻辑网络、4个逻辑存储单元。
2)服务器地址规划。8台虚拟化服务器的地址规划如表1所示。
3)集群划分。2个虚拟化集群如表2所示。
4)存储划分。4个逻辑存储单元划分如表3所示。
划分原则如下:
①让学生数据单独存放在SAN-2存储区域,以避免学生的不安全操作对业务数据产生冲击;
②科研等数据存放在SAN-1上,能够更好地为科研工作提供支撑,让科研等业务的存储与教学数据存储分离,提高安全性;
③为了管理方便,给学生团队设置管理权限,只能够访问虚拟主机设备和对应存储单元,以避免学生访问科研数据,保障科研数据的安全;
4)网络划分。划分4个网络,分别为:10.10.1.0/24,
10.10.2.0/24,10.10.3.0/24,10.10.4.0/24。其中,10.
10.1.0/24、10.10.2.0/24网段用于独立的物理服务器,进行服务器等设备管理;10.10.3.0/24、10.10.4.0/24网段用于云集群上的虚拟主机,具体如表4所示。
云数据中心管理 在建设完成私有云数据中心之后,并不意味着它就能够应用于教学,还需要提供与教学相关的各类服务以及管理制度和信息归档。
1)为了方便管理,对私有云上的IP地址进行分组划分,每组都用于实验教学的不同方面,如表5所示。
2)云集群上虚拟机的创建与使用也有相应的使用流程与管理规范,具体如下所示。
①需要使用虚拟机时,首先需要按照规范填写《信息技术开放科研创新平台科研服务云服务器虚拟主机管理登记表》,然后由管理员进行审批。《信息技术开放科研创新平台科研服务云服务器虚拟主机管理登记表》如图2所示。
②审批通过之后,管理员需严格根据登记表内容创建虚拟机,以此填写虚拟机名称,选择虚拟机所在组、所属集群、目标存储、网络,指定磁盘大小。
3)为了虚拟主机的方便管理,在虚拟主机命名方面也有相关的规范,如图3所示:①代表组名称(不加组中间横杠线);②设备使用IP,如有多个IP只写一个;③设备用途,写英文名称;④操作系统类型、版本。
4)在私有云应用于教学之后,会产生各种各样的业务,为了各类业务的方便管理,应对这些业务进行统计和信息归档,包括物理服务器统计与信息归档、Web服务器统计与信息归档、数据库服务统计与信息归档、网站统计与信息归档、文件传输统计与信息归档、域名记录与解析服务统计与信息归档。
以Linux服务器技术课程的实验教学为例,开展教学应用实践方法如下:
①制作教学用的虚拟主机模板,为虚拟主机开启SNMP服务,安装自主研发的数据库管理与性能分析工具“MySQL Smart Tools”,并安装一些其他探针;
②为每位学生开设一台Linux虚拟主机,将账户、SSH管理权限提供给学生,学生在使用虚拟主机学习的同时,还可通过“MySQL Smart Tools”查看本机的运行状态;
③使用运维管理保障系统,通过QS-NSM对所有学生虚拟主机进行监控,同时使用探针收集学生的学习情况;
④做好防火墙等安全配置,仅允许学生在校内访问SSH,提高安全性;
⑤使用OSSIM分析系统,通过NetFlow,对学生虚拟主机的运行情况进行实时监控,发现故障、风险等问题及时响应。
云数据中心运维 为了更好地服务于教学,建设一支以学生为主体的运维管理团队对云平台进行日常运行管理和维护,保障业务的高可用性。
在具体的运维实践中,笔者和运维团队采用商业和开源监控软件相结合,如QS-NSM、QS-WSM、ZBBIX、Nagios、Cacti、SmokePing、Observium等,建立运维管理分析平台,其主要组成部分如下。
1)网络与服务器监控分析系统:对云数据中心的交换机等网络设备实施流量和网络监控,对服务器和云主机实施性能分析,不断优化,提升业务质量。
2)应用系统与软件监控分析系统:对云数据中心的网站、数据库服务、域名解析等服务的状态进行监控与业务分析,为业务的性能优化提供有效的解决方案。
3)云服务器性能测量分析系统:实现对云数据中心网络设备的实时监控和网络流量分析,自动发现网络设备,帮助运维人员准确掌握网络动态流向。
云数据中心安全 为了保障云数据中心的安全,需要对整个云数据中心建立完整的安全保障体系,主要的技术安全措施包括:
1)云数据中心中服务器地址都采用私有地址,降低被外来人员攻击的可能性;
2)通过在云数据中心边界架设防火墙,并设置防火墙规则,只对指定的服务端口对外开放,保障云数据中心的安全;
3)通过开源软件OSSIM建设安全分析系统,实现Net Flow分析,及时发现并修复云数据中心存在的漏洞,增强云数据中心的安全性。
5 私有云数据中心在实验教学中的应用
实验教学实践 在2013级信息管理与信息系统专业Linux操作系统课程实验教学中,充分挖掘云计算的资源与服务,整合现有的Linux资源和服务,为学生创建2套虚拟主机模板、135台云主机,支撑学生日常实验研究,使学生不再拘泥于课堂的学习,激发学生学习兴趣,并得到学生的广泛好评。
实验教学模式探索 基于云计算可以在任何时间、任何地点进行网络访问的特点,创建管理科学与工程学科课程群,教师可将实验课程中的教学文档、电子教案、课件、实验指导书等内容以文章的方式,供学生浏览与下载,方便学生随时了解实验教学的方式与进度,达到学习资源与学习工具的按需使用。如此使实验教学模式从单纯的实验课程教学扩充为课前知识准备、课堂实验教学、课后自主实验的模式,扩展实验教学的宽度与广度。
基于云计算的实验教学资源共享 基于云计算资源获取途径广泛、收集整理方便快捷的优势,建设资源共享平台,师生共同努力,不断充实、动态更新教学资源,实现资源的共享和优化应用。同时,挖掘云计算在效率和节约资源方面的潜力,依靠高校教育资源共享机制,扩展教学资源的覆盖面。总体上,教学资源已经由传统的教材扩充到丰富的网络资源,可利用的教学资源种类繁多,可更有效地支持实践教学活动。
6 存在的问题与下一步计划
目前基于私有云开展实验教学仍然存在一些问题,主要有以下几点。
1)师资力量相对薄弱。尽管云数据中心设施比较完善,但能够熟练使用云平台进行教学的教师相对较少。
2)云平台资源利用不够充分。除了课堂教学、科研项目需求之外,很少有学生申请虚拟主机进行自主实验研究与学习。
3)私有云数据中心仍存在许多安全问题,且对于发生的故障和问题尚不能够快速发现和解决。
针对以上问题,今后在以下方面进行改进。
1)加强师资队伍的建设。通过内部学习交流提高教师的教学能力,并通过多种方式的教研活动,帮助更多的教师能够平滑使用云技术平台开展教学活动。
2)鼓励学生申请云主机,积极开展课外自主实验,加强学生对互联网、云计算、虚拟化的体会,为走入社会、走向工作岗位奠定更好的基础。
3)建设更为全面的云数据中心安全保障系统。建设防火墙和业务映射与机制、云数据中心的安全保障体制,提升业务安全性和可靠性。
4)建设云数据中心性能分析系统。通过建设VMware vRealize Operations Insight,实现性能管理、容量优化和实时日志分析;建设云数据中心的智能预测分析,利用结构化和非结构化数据来主动避免故障发生和提高解决故障的效率;实现包括操作系统、物理服务器、存储和网络连接硬件在内的管理和分析。
7 结语
云计算的出现,不仅解决了当前实验教学中存在的问题,还为实验教学提供了新的可能。本文提出基于私有云数据中心开展实验教学的研究和实践,并系统论述了云数据中心在建设方案、管理模式、制度流程建设和运维保障等方面的工作。云计算技术的应用不仅降低了实验教学成本,也提高了教学质量,激发了学生的学习兴趣,对于教学质量的提升和教学内涵的深化,具有积极的意义。
参考文献
[1]吴捷.基于私有云的计算机类课程教学模式的创新与实践研究[J].电脑知识与技术,2015(16):153-154.
[2]李满玲.基于私有云的计算机课程教学模式的改革[J].牡丹教育学院学报,2013(6):148-149.
1课程建设
目前,英特尔已与国内逾百所大学在课程建设方面形成合作。“教育部―英特尔精品课程”建设项目主要面向普通高等学校的计算机科学与技术、软件工程、电子科学与工程等相关院系,旨在支持高等学校的信息技术课程建设,促进信息产业先进的技术和理念与高校相应课程建设紧密结合,提升信息技术人才的市场竞争力。2007-2009年,该项目的立项课程共41个。其中国防科技大学、清华大学、浙江大学、云南大学的四门课程经推荐被评为国家精品课程。2010年,共有23门课程申请“教育部―英特尔精品课程”,经过由8位高校专家和英特尔资深工程师组成的评审组的严格评审,14门课程被评选为2010年“教育部―英特尔精品课程”,其中与嵌入式技术相关的课程共8门入选,与多核技术相关的课程有6门。英特尔希望通过该项目的建设,帮助高校提高课程建设水平,推进优质教学资源的共享。
2合作研究
目前,英特尔已与逾30家高校开展联合研究项目,分享重要的研究课题,并与国内高校交流技术研究与产品开发经验,每年支持数十个科研立项。合作研究涵盖了集成电路、多核技术、嵌入式等诸多领域。
在“教育部―英特尔信息技术专项科研基金的合作协议”的框架下,从2007年至今,英特尔已提供超过一百万美元的资金,对13所高校共26项科研计划进行资助,涉及的领域包括多核技术、云计算、嵌入式与片上系统等前沿研究方向,有20余位研究员参与到各项科研计划中去。合作成果已初见成效,有12项研究计划已经通过验收结题。就已结题的研究计划来看,项目团队发表了百余篇优秀的学术论文,发明了近30项专利;上百名同学参与到项目的开展中,锻炼了科研能力;项目团队在各类学术交流活动中作了80余场学术报告,展示了科研成果,扩大了项目影响力。2010年,英特尔在云计算、嵌入式与片上系统领域共支持了6所学校的7项科研计划。
3教师计划
英特尔以丰富多彩的学术论坛、专项研讨会、师资培训班等形式,拓宽高校间先进知识的共享渠道,配合高校的师资培养。目前,英特尔师资培训领域包括多核技术、嵌入式系统、大规模集成电路设计、封装测试、技术创业等,有力支持了相关课程的建设和人才培养。此外,英特尔每年还邀请优秀青年教师到公司进行为期数月的学术访问和交流活动。
3.12010英特尔中国大学峰会
以“教育成就创新”为主题的2010英特尔中国大学峰会于8月19-20日在美丽的“天府之国”成都成功举办。来自政府相关部门的领导,国内近百所高校的专家学者,英特尔全球及中国的多位高层主管、技术专家及大学合作团队等193位嘉宾参与本次峰会。作为产业界与高等院校深入对话和经验交流的权威平台,本次峰会旨在全面分享英特尔最新的技术成果及解决方案,集中展示英特尔支持中国高等教育的合作项目,并就产学合作培养创新人才等主题进行充分的交流和探讨,促进产学研的有机结合。
3.2师资培训
MeeGo是由英特尔的Moblin项目和诺基亚的Maemo项目相结合推出的一个开源项目,集成了上述两个著名开发环境的丰富经验和技术,目前针对上网本、入门级台式机、手持计算和通信设备、车载信息设备、互联网电视和多媒体电话等应用环境。为了让高校教师尽早了解相关知识,英特尔公司联合北京大学,于2010年11月6-7日举办了MeeGo高级研修班,促进高校间、学术界和产业界围绕MeeGo前沿技术的交流,寻求长期研发及联合研究项目的机会。共有来自国内20多所大学的40余位教师参与了此次研修班,大家不仅通过学习和上机实验掌握了相关技术,还通过交流讨论,为MeeGo及其在高校教学中的发展提供了许多非常好的建议和反馈。
3.3上海交大―英特尔透明计算及UEFI技术研讨会
为了促进国内高校教师的深入了解、学习,使其掌握透明计算、UEFI及相关新技术的最新进展,使高校教学、科研与当前业界最新技术发展保持同步,上海交通大学信息安全工程学院和英特尔公司联合举办的“2010透明计算与UEFI技术研讨会”于2010年10月21日―22日在上海交通大学成功召开。研讨会作为“产、学、研”各界进行技术和业务交流的平台,特邀中国工程院院士、教育部高等教育司司长张尧学做了题为“透明计算”的主题发言。来自高校以及产业界的技术专家为与会者带来了12场精彩的专题演讲,50余名与会者深入交流了透明计算等平台创新核心技术。
3.4创新人才培养国际研讨会
2010年7月1日,在清华大学和英特尔联合主办的首届“创新人才培养国际研讨会”上,国内外百名教育专家、大中学校校长共同分享了国内外先进的创新教育理念和教育实践,深入探讨了国外创新人才培养的先进经验。与会者从不同角度全面阐述了在中国“如何孕育创新人才所需的环境”以及“如何构建多方协作培养创新人才的模式”两大命题。清华大学党委书记胡和平表示,“清华大学与英特尔公司联合主办首次国际研讨会,迈出了创新人才培养探索性的一步。希望能够打通基础教育、中等教育和高等教育在创新人才培养中的衔接机制,打造系统工程。同时,将创新企业引进教育变革的生态圈,更有利于就业和未来的产业创新”。
4学生支持
英特尔设立了一系列面向高校学生的支持项目,包括学生竞赛、英特尔奖学金、校园演讲活动、实习及联合培养项目和大学生技术创业计划等。
4.1学生竞赛
为激发大学生对前沿技术的探索热情,培养大学生的创新实践能力,促进高校课程体系改革和校际之间的互动交流与经验分享,英特尔发起并支持多项学生竞赛。其中,两年一届的“英特尔杯大学生电子设计竞赛-嵌入式系统专题竞赛”是由教育部高等教育司、工业和信息化部人事司共同主办的,基于英特尔技术、面向高等学校大学生的专项竞赛。2010年,参赛学校已由2002年的15所增加到76所,参赛队也由28个增加到166个。竞赛注重培养大学生的创新、协作精神,以及理论联系实际、自己动手设计制作的实践能力,是目前中国最具规模与声望的学科专项竞赛之一。今年,英特尔公司为了更好地支持本届大赛,不仅提供了相应的软硬件环境和赛前培训,还首次通过英特尔软件网络提供了持续技术支持,并且邀请业界专家参与最后的获奖作品展示与交流,促进产学研紧密结合。经过四个月的激烈角逐,西安电子科技大学代表队提交的作品“皮影艺术,凌动舞台”凭借新颖的设计思路,在众多作品中脱颖而出,获得最高奖项――“英特尔杯”。
获奖参赛队高举“英特尔杯”
4.2英特尔奖学金
英特尔奖学金专用于奖励在信息科学与工程技术领域内表现杰出的优秀学生。在中国,英特尔每年向著名大学的优秀学生颁发英特尔科学技术奖学金。迄今为止,已有近400名学生获得了这一荣誉。英特尔奖学金最大的特色之一,就是不仅仅给获奖学生提供经济上的奖励,更为每一位获奖学生指派了一位英特尔资深工程师或高级经理,作为指导教师,通过指导教师和学生的不断交流,为学生的成才分享经验,指引方向。正如今年英特尔奖学金获奖学生之一、来自上海交通大学的张羽同学所说,“很多自己困惑而思考很久的东西,在指导教师那里往往一点就破”。
4.3大学生技术创业计划
大学生技术创业计划是英特尔在中国专门设立的创业教育项目,为大学创业课程教师研讨会、本地与全球学生间的创业竞赛提供支持,鼓励并培养学生成为未来的技术型企业家。英特尔杯中国大学生技术创业邀请赛是该计划的主要活动之一,大赛的优胜者将由英特尔资助参加“英特尔-伯克利国际大学生科技创业挑战赛”。今年,我们开展了英特尔―清华全国大学生创新创业时间夏令营暨创业教育教师研究班活动,而清华大学队在2010“英特尔―伯克利全球技术创业挑战赛”总决赛中也进入了前8强。
4.4校园讲座
2010年,英特尔校园讲座的脚步已留在了北京大学、清华大学、北京邮电大学、复旦大学、浙江大学、四川大学、电子科技大学、西南交通大学和厦门大学,吸引了众多学子。2010年10-11月,与校园招聘同时,英特尔校园讲座也在如火如荼地举行。英特尔公司高级战略经理陈旭,英特尔公司高级经理、系统架构专家宋青见,英特尔公司高级经理刘云作为主讲嘉宾,从MeeGo的架构到开发环境和开发工具,从独特个性到卓越多彩的用户体验,进行了全面展示。同时还分享了消费电子多应用支持框架,以及基于英特尔消费电子CE Media SOC开放平台的创新与挑战。
4.5实习及联合培养项目
该项目以北京和上海的研发中心为基地,为毕业生提供了一流的实习环境,还特别指定英特尔专业人员负责指导实习生的工程实践和毕业论文,积极配合大学培养实用型、复合型、创新型的人才。2007年6月底,“教育部-英特尔大学生实习实训基地”在上海紫竹高科技园英特尔亚太研发有限公司正式揭幕。该实习实训基地依托英特尔亚太研发有限公司,联合国内重点大学参与共建,协作培养符合产业需求的人才。截止到目前,共有超过1 000名实习生在英特尔公司接受了实践锻炼。
5英特尔多核大学计划
2010年是英特尔多核大学计划的第五个年头。2006年,英特尔与中国教育部签署了关于多核教育的五年备忘录,并启动“英特尔多核大学计划”。该计划通过多核技术大学课程项目以及多核技术联合科研项目等方面的合作,帮助提升中国高校在多核技术领域的教学及科研整体水平,为中国在前沿技术领域的科技创新和人才培养服务。经过5年的发展,已有来自中国250余所高校的500余位教师参与了该计划,并使得6万多学生学习到最新的多核编程知识,从中受益。为了帮助高校老师了解多核及并行计算领域的最新技术,2010年,多核技术高级师资研讨班分别在清华大学和复旦大学围绕多核编程和云计算技术展开。共有来自50余所高校的近百位教师参与了今年的研修班,大家表示今年的新内容对充实多核课程教学内容及相关科研项目大有裨益。
6英特尔嵌入式系统大学计划
2009年,在支持26所中国高校开设基于凌动™平台的嵌入式课程,建立联合实验室并进行师资培训,从而使3900多名学生受益的基础上,2010年,英特尔又加大了对嵌入式系统大学计划的投入和支持力度,又有29所高校加入“英特尔嵌入式系统大学计划”,英特尔与他们共建联合实验室,并向所有加入该计划的55所高校捐赠了最新的英特尔®凌动™嵌入式系统教学平台。英特尔嵌入式高级师资研讨会于2010年10月13-15日在厦门大学举办,英特尔提供了最新的英特尔®凌动™嵌入式系统知识,以帮助高校教师在下学期开设或更新相关课程,与会老师和业界专家们就嵌入式系统课程教学改革展开了深入的讨论。在科研领域,嵌入式的联合科研合作也取得了瞩目成绩。在“教育部-英特尔信息技术专项科研基金项目”中,基于嵌入式系统的研究成果特别体现了对于生产和生活具有的实际应用价值。如英特尔与清华大学合作的“基于凌动™处理器绿色集群服务器探索”备受关注,与武汉大学合作的“基于凌动™平台的无线网状网研究与应用”已经成功应用在鄱阳湖的生态监控系统及金山店铁矿矿井数字通信系统。
关键词:钢结构 实践性课程 教学改革
我国《建筑钢结构产业“十五”计划和2010年发展规划纲要》早在10多年前就已颁布[1],《纲要》明确提出了大力培养钢结构技术人才的要求,但钢结构领域中专门技术人才缺乏的现象至今没有太大的改变,人才问题仍然是我国钢结构发展的一个“瓶颈”。为此,许多高校对土木工程类专业钢结构方向理论性课程的教学进行了改革,有些高校在实践教学方面也做了一些探索研究工作[2~5],文献[6]对机械类钢结构专业方向课程体系改革进行了研究,建立了钢结构方向课程体系的足球队模型,由于受篇幅限制,该文对实践性教学环节方面的改革只作了简单介绍,未展开讨论。本文在文献[6]研究工作的基础上,对机械工程及自动化(简称为机自)专业钢结构方向实践性课程教学改革开展研究,探讨改革的思路,对其它专业方向实践性课程的教学改革提供参考。
1、实践性课程教学的现状分析
实践性课程结构方面,我院钢结构方向设立在机自专业整体平台上,现行教学计划中除大平台课程外,钢结构方向理论教学课程仅开设5门:结构力学、弹性力学与有限元法、起重机械、钢结构原理、钢结构设计,相应的集中实践性教学环节只安排了三门课程:两门课程设计(包括弹性力学与有限元法课程设计、钢结构设计课程设计)和毕业设计[6]。在实践性课程教学内容方面如下:(1)弹性力学与有限元法课程设计:使学生进一步巩固、充实和提高理论知识,并较系统地掌握复杂结构的强度、刚度分析方法;(2)钢结构设计课程设计:完成简单钢结构物(平面钢闸门或普通钢屋架)的设计计算,绘制相应图纸;(3)毕业设计:进行金属结构设计或相应水工、电力机械设计。实践性课程教学方法和教学手段方面,目前仍然沿用传统的指导方法和教学,即教师布置课题任务,学生分别查阅相关资料,开展设计工作,过程中教师指导为辅,学生在规定时间内上交设计内容。考核方法方面,主要根据设计结果给出成绩。
从以上实践性课程教学计划的安排可以看出:目前我院钢结构方向实践性课程的教学存在诸多问题,主要反映在:实践性环节薄弱,实践课程教学内容欠缺,教学内容重理论轻应用,不利于提高学生的动手能力,难以达到培养学生工程观念和创新能力的目标;教学方法和教学手段落后,考核方法不能准确反映学生的知识掌握程度。其结果是学生缺乏钢结构工程观念,创新能力不强,毕业后不能较快适应钢结构行业要求。为了培养钢结构领域高素质应用型专业技术人才,必须对钢结构方向实践性课程教学进行改革。
2、实践性课程教学改革的几个方面
2.1 改革的总体思路
实践性课程是工科高等院校教学体系中的一个重要组成部分,是培养学生动手能力和创新精神的重要教学环节,从这种意义上来讲,它甚至比理论课程更为重要。钢结构工程技术包括设计计算技术、制造安装技术和防护技术等,钢结构方向实践性课程的教学应符合人才知识结构的要求。实践性课程教学改革的总体思路是:在钢结构方向课程体系改革的基础上,结合钢结构工程相关技术,对课程结构和教学内容、教学方法和教学手段、考核方法等几个方面进行全方位、立体化改革。第一:强化实践课程,确保模块化课程体系中实践性教学课程不断线;第二:调整实践性教学内容,加强能力培养;第三:采用多样化教学方法,利用先进的教学手段,提高教学质量;第四:完善考核方法,鼓励创新思维。
2.2 课程结构和教学内容的改革
(1)课程结构方面:文献[6]提出理论教学需增设三门课程:结构振动、焊接技术、钢结构制造与安装。按钢结构领域专门技术人才知识结构的要求,实践性课程也必须强化,建议增设“焊接操作”和“生产实习”两门实践课程,培养学生动手能力和工程观念,同时为学习钢结构设计、钢结构制造与安装这两门专业课程打下基础。以培养应用型人才为目标,集中实践性教学进程调整如下:1)将弹性力学与有限元法课程设计更名为有限元技术应用(1学分,第五学期); 2)在专业方向课程体系中增设焊接技术课程的基础上,增设焊接操作(1学分,第六学期);3)增设生产实习(1学分,第七学期);4)将钢结构设计课程设计更名为钢结构设计技术应用(1学分,第七学期);5)毕业设计(论文)(12学分,第八学期)。通过以上调整,从而保证钢结构方向模块化课程体系中各个学期都有实践性课程,并形成钢结构方向完整的模块化实践性课程体系。
(2)教学内容方面:改变传统的重理论轻应用,调整实践性教学内容,注重应用能力的培养。1)有限元技术应用:作为弹性力学与有限元法的课程设计内容,通过对有限元软件的实际运用,对典型钢结构进行强度、刚度、稳定性进行分析,从而掌握有限元技术的分析方法,培养学生进行工程结构数值分析的初步技能;2)焊接操作:作为焊接技术的实训内容,结合钢结构方向培养目标,通过实际焊接操作,制作简单钢结构模型(如刚架、网架等),培养学生应用焊接技术的基本能力;3)生产实习:主要参观钢结构生产制造单位、在建工程或已建工程现场,使学生了解钢结构生产制造、施工安装过程和防护技术的应用,培养学生的工程观念;4)钢结构设计技术应用:作为钢结构设计的课程设计内容,通过应用钢结构设计软件,培养学生从事钢结构设计的基本技能;5)毕业设计:通过独立地分析、解决钢结构工程实际问题,培养学生综合运用钢结构基础理论、专业知识和基本技能的能力。
2.3 教学方法和教学手段的改革
实践性课程也可以采用多样化教学方法,利用先进的教学手段进行教学。
(1)示范教学法。如前所述,在传统的实践性课程教学过程中,教师的指导作用并不十分明显。例如在两门课程设计的教学中,学生在遇到问题和困难时才会与教师进行交流与沟通,但在课题任务下达后的一段时间内,往往由于不清楚整个设计过程,从而无从下手。焊接操作这门实践性课程主要在现场进行教学,教学方式以指导老师做示范操作,学生观察并学习模仿为主,这种教学方法可称为“示范教学法”。实践表明示范教学法受到广大学生的普遍欢迎,同时提高了学生的学习兴趣和教学质量,效果很好。在新的模块化实践性课程体系基础上,受焊接操作课程教学的启发,可将示范教学法引入到两门课程设计(有限元技术应用、钢结构设计技术应用)的教学中。例如:在有限元技术应用的教学过程中,第一个单元可以安排在机房进行,由指导教师介绍有限元商用软件进行分析计算的整个过程。以ANSYS软件为例,可针对几种基本结构:桁架、刚架、四边简支板等,演示前处理、求解、后处理三个基本过程。重点介绍几何模型的建立、单元类型(杆、梁、板和壳)的选用和单元相关参数的确定、网格划分方法、如何加载(集中载荷和分布载荷)、求解过程中算法的选用、计算结果的获取(应力或位移云图显示、具体结点或单元的数据结果等)。通过近几年的实践表明:这种方法有事半功倍的作用,实践性课程的教学质量明显得到了提高,取得了预期的教学效果。
(2)引导教学法。人们的思维都是从问题开始的。在钢结构方向理论课程(如理论力学、材料力学、钢结构原理等)的教学过程中,经常是从自然现象和工程实际先提出问题,引导学生进行思考,这种教学方法称为“引导教学法”,是一种启发式教学方法。问题的提出犹如在学生平静的“脑海”中投入一粒石子,可以起到“一石激起千层浪”的作用,能提高学生的学习兴趣,激起学生思维的浪花,使学生处于思维的最佳状态,从而能更好地理解和掌握学习内容。将引导教学法运用于钢结构方向各门实践性课程的教学中。指导教师根据课程教学的需要从不同角度、不同层次提出相应问题,引导学生思考,可以使学生在掌握知识的同时发展思维能力,提高思维的积极性、灵活性和创造性。对于生产实习这一实践性教学环节,引导教学法不仅能使学生巩固所学知识,而且能为后继理论和实践课程打下良好基础。在生产制造单位和在建、已建工程现场,首先让学生仔细观察钢结构的结构形式,如城市中体育场馆中屋顶的网架结构和屋面的网壳结构、各类桥梁结构的结构形式(桁架式、悬索式、斜拉式等)、水工钢闸门的板梁结构、起重机械和工业厂房的刚架结构等,在此基础上提出相关问题,例如:为什么采用这类结构形式,有何特点,引导学生思考与分析;其次针对具体钢结构让学生观察构件截面的形状,联系结构力学和钢结构原理知识提出相关问题,例如:构件主要承受哪种内力,引导学生思考所采用的截面和其放置方位是否符合力学基本原理,能否对其设计进行改进,如何改进等;然后让学生观察连接件和构件的连接方式,针对节点板、球铰等具体连接件提出钢结构连接的相关问题,例如:为什么采用焊接(或螺栓连接、铆接),能否用其它连接方式,从而达到巩固钢结构原理知识的目的。教学实践表明:生产实习中采用引导教学法极大地提高教学质量,有效地培养学生的工程观念和创新意识。在有限元技术应用的实践教学中,可以引导学生在建立模型时如何对实际工程钢结构中构件、连接件、约束进行简化,怎样选择单元类型(如工业厂房的梁、柱单元类型,各类闸门的面板、主梁、次梁、隔板的单元类型,载荷如何确定,数值计算结果的分析与处理等。从而使学生全面的掌握好有限元分析软件的应用,达到培养学生进行工程结构数值分析的能力。引导教学法也适用于钢结构设计技术应用和毕业设计这两门实践性课程,这里不再详述。
(3)利用多媒体和网络资源进行教学。对于生产实习,参观钢结构生产制造单位、在建工程或已建工程现场时,由于时间和条件所限,能见到的钢结构类型毕竟有限,不可能面面俱到。可以在实习前后或实习期间安排适当的时间,利用多媒体教学课件进行教学。对于钢结构形式、构件和连接件的掌握,可结合实际工程,用大题的动画、工程图片和视频作介绍;对于钢结构的制造与安装,可以先在生产制造单位与建设单位拍摄录像,然后用视频对钢结构的加工制作过程、焊接工艺、安装施工流程等进行教学。这种形象化教学方式,不仅可增强学生的感性认识、提高学生学习的兴趣,还能调动学生学习的主动性和积极性,从而提高教学效率和质量。多媒体教学也可以应用到焊接操作这一实践性课程。焊接操作在现场进行教学,由于学生人数较多,指导教师有时穷于应付,因此可以在条件允许的情况下,在现场播放焊接操作的图片或视频,使学生掌握焊接方式、工艺和操作规程,在较短时间掌握焊接操作实用技术。网络资源也可用于实践性课程的教学环节中。在建立实践性课程教学网的基础上,学生可以利用教学网进行自学,指导教师可以在网上进行辅导与答疑;另外,指导教师可以在教学过程中,给学生适当布置一些与课程相关的任务,让学生利用网络收集资料并消化吸收。对于21世纪的大学生,这种方法不仅能提高他们的学习兴趣,更能激发他们的激发学习热情。
2.4 考核方法的改革
改革实践性课程的考核方法,全面考核学生学习情况,鼓励创新思维。课程设计传统的考核方法主要是根据设计或计算结果进行评分,而毕业设计(论文)的考核方法由三部分组成,包括指导教师评分、评阅教师评分和答辩成绩等。可将毕业设计(论文)的考核方法引入到各门实践性课程的考核中来,在课程开始时指导教师即下发任务书,明确课程学习的目标和任务。课程结束时,由3至5位教师成立课程学习考核小组,对学生课程学习的各方面综合进行考核,包括工作态度、基本知识和操作(或应用)能力的掌握情况、任务完成情况、创新思维的体现、报告或论文的质量等。指导教师根据学生在教学过程中的工作态度、操作或应用能力和最终任务的完成情况等进行评分;报告或论文评阅教师则根据任务完成的质量、学习报告或论文的规范性和创新情况进行评分;考核小组根据学生在答辩过程中表现出来的知识点掌握情况、表达能力等集体决定答辩成绩;最后考核小组根据课程的类型和性质,将以上3个成绩按一定比例加权平均得到课程学习的总成绩。表1给出了有限元技术应用考核时内容和各项所占的建议比例。
钢结构设计技术应用和毕业设计(论文)的考核可参照表1,焊接操作和生产实习这两门课程的考核可由考核小组对各项比例进行适当调整。
3、保障机制
钢结构实践性课程教学改革是该专业方向教学体系改革的重要内容,在某种意义上它决定了教学改革的成功与否,而教学改革能否顺利开展和进行取决于保障机制是否完善。
(1)领导大力支持。钢结构方向的实践性课程和理论课程共同组成了该方向的教学体系,两个方面都进行教学改革才能满足21世纪钢结构人才培养目标的要求。学校各级领导应充分认识到实践性课程教学改革的重要性,必须高度重视和大力支持,这是进行教学改革的根本保障,可以制定相关政策鼓励和支持教师开展实践性课程教学改革。如果得不到领导的支持,任何教学改革都必将以失败而告终。
(2)教师积极投入。指导教师是实践性课程教学改革的主要实施者,应充分认识到实践性课程教学改革的重要性和必要性,积极投身到改革中来。实践性课程全方位教学改革实施,需要指导教师花更多的时间和精力用于教学过程中,可能还会触及到部分教师的一些利益,指导教师不能过于计较得失,为了改革的顺利开展和人才培养的整体目标实现,其付出是完全值得的。
(3)经费确保到位。实践性课程的教学改革需要一定的经费作保证,首先,实践性课程的教学需要一定的设备,如有限元技术应用和钢结构设计技术应用这两门课程设计,由于计算量大,所用软件需在高性能计算机上运行,因此需要一次性投入用来购置计算机。另外,生产实习或参观实践基地、材料及其加工、聘请专家讲学等都需要一定的经费,指导教师必须做好预算,确保教学时经费到位。
(4)实践基地建设。实践基地是实践性课程教学的最基本、最重要的基础条件,必须将其放在战略高度上予以重视。实践基地需要长期建设,可结合钢结构专业方向特点,充分利用产学研合作关系、校友资源等,与钢结构生产制造单位、建设单位或工程管理单位等建立长期合作关系,共建实践基地。学校或学院可聘请实践基地有丰富工程实际经验的钢结构专家担任兼职教授,在生产实习的教学过程中,可请他们给学生作专题报告,另外,在其它的实践性教学环节中,也可以将他们请到学校来讲学。这样不仅能深化双方的合作关系,又能提高实践性课程的教学质量。
4、结语
钢结构方向实践性课程的教学改革是该方向课程体系改革的重要组成部分,本文探讨了钢结构方向实践性系列课程的教学改革,对实践性课程教学环节相关的几个方面提出了具体的改革措施和建议。改革措施的实施将有利于提高教学质量,有利于培养学生的应用能力和创新意识,从而为实现培养应用型人才这一目标奠定坚实基础。
参考文献
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