理虚实一体化全栈全场景云计算应用实训室解决方案

一、 云计算应用统概述

云计算应用系统是指基于云计算技术构建的应用系统，它将软件、数据、计算和存储资源部署在云服务器上，通过网络根据应用按照一定策略为用户提供相关服务。云计算应用系统广泛应用于各个领域，包括但不限于金融、教育、政府、企业管理、社交网络、电力、医疗健康等社会生活的方方面面，并深刻影响着我们的生活。

以下是一些常见的云计算应用系统：

1. 软件即服务（Software as a Service，SaaS）：SaaS是指通过云平台提供的软件应用服务模式，用户可以通过互联网平台直接访问应用程序，无需在有服务器本地安装和维护应用软件。常见的SaaS应用有管理应用系统软件、移动APP、小程序等。

2. 平台即服务（Platform as a Service，PaaS）：PaaS提供了一个开发环境和运行环境给开发人员，使他们能够开发、测试、部署和管理应用程序，而无需关心底层的硬件基础设施。PaaS可以大大简化应用程序的开发过程，提高开发效率。

3. 基础设施即服务（Infrastructure as a Service，IaaS）：IaaS提供了虚拟化的计算资源，包括虚拟主机、存储空间、网络资源调度，用户可以根据需要弹性地使用这些资源。通过IaaS，用户可以根据业务需求灵活部署和管理应用程序，而无需自己购买硬件，也不用花人力对硬件进行维护。

4. 数据即服务（Data as a Service，DaaS）：DaaS是指通过云平台提供的数据服务模式，用户可以通过网络访问、查询、搜集、清洗、分析、展示大量的数据资源，而无需关心数据的存储、管理和维护。DaaS可以为用户提供具有高可用性和弹性的数据支持，广泛应用于数据分析、数据清洗、数据挖掘、数据可视化等领域。

总之，云计算应用系统通过利用云平台的强大计算、存储能力，为用户提供了更为灵活、可扩展和经济高效的全面应用解决方案。它已经成为当今数字技术发展的重要趋势，对于持续提升企业的竞争力、品牌影响能力发挥越来越重要的作用，同时也是数字化时代重要因素。

二、云计算应用实训室

云计算应用实训室一般建设用于职业院校学生的人才培养，旨在帮助职业院校学生提高云计算应用技能阶段，它一般在云计算应用相关课程中进行实际操作和应用的阶段。它是为了让学生能够亲自实践和体验云计算平台的功能和应用，提升其理论知识的应用能力和实际操作技巧。完整的云计算学习阶段通常包括以下内容：

1. 基础理论学习：学生在实训室阶段前会接受一定的云计算理论知识培训，包括云计算基础概念、云计算基础架构、云服务模型、云计算应用安全等内容。这些理论知识为学生后续的实践操作打下基础。

2. 实践操作学习：学生在实训室中通过云计算平台进行实际操作，他们可以根据实验指导书或教师的教学要求，完成各种云计算环境的搭建、配置、管理任务，例如创建虚拟机实例、搭建网络环境、安装操作系统、部署数据库、安装应用程序等。通过实际操作，学生可以加深对云计算应用平台的理解，并掌握相关的云计算应用实操技巧。

3. 项目实践提高：除了纯粹的实验操作，学生还可能参与一些云计算应用项目实践。这些项目可以是基于真实企业级应用场景的模拟，也可以是真实的工业企业级项目。通过参与项目实践，学生可以将所学的云计算应用知识应用到解决实际问题的过程中，提高他们的实际应用能力和云计算就有和创新能力。

4. 情境化学习：在实训室阶段通过开展企业师徒师开展学习，教师会对学生进行指导和辅导，解答他们在实践过程中遇到的问题，并对他们的实际操作进行评估和反馈。除了教师的指导和评估外，还可以同学之间相关交流、相互配合开展互动学习，现代数字时代，任何工作不可能一人完成，培养团队协作能力变得非常重要，有可能帮助学生以后步入社会更加易。

总之，云计算应用实训室阶段是将云计算理论知识与实际操作相结合的重要环节，通过实际操作和项目实践，培养学生的云计算应用能力和解决问题的能力，为他们未来从事云计算相关工作奠定坚实基础。

三、云计算应用实训室发展阶段

第一阶段：纯理论教学，少量实操作讲解，早期云计算实训室一般在电脑机房安装教学平台，平台内置理论教学与实操作图片。

第二阶段：理论教学+部份实操作模拟，2015年以来，随着云计算技术的发展，职业学院通过多台服务组建集群，通过私有云可以模拟部份云计算应用操作。

第三阶段：混合云理实一体实训模拟，2018年以来，随着混合云技术的发展，职业学院通过搭建混合云进行理论教和实践教学的全面云计算应用操作。

第四阶段理虚实一体化全栈全场景云计算应用实训，近年来随着数据技术的高速发展，以及产教融合新形态不断出现，学校将云计算与教学深度融合，实现了对职业院校教学全场景的覆盖，这些包含“备课、授课、教学、技能大赛、作业、考试”等全流程，并可以进行理论教学、虚拟仿真教学、实践教学进行自动切换，可以极大方便教学，还原真实的企业实践环境。

硬件设施：实训室通常配备了一定数量的计算服务器、存储设备和网络设备，以模拟云计算环境的基础设施。这些设备可以用来搭建私有云、虚拟化环境和容器化集群。

虚拟化技术：实训室可能会提供虚拟化平台，如VMware、Microsoft Hyper-V、KVM等，让学员能够学习和实践虚拟机的创建、管理和迁移。

容器技术：容器化已经成为现代应用部署的重要方式，实训室可以提供Docker、Kubernetes等容器相关的平台和资源，帮助学员掌握容器的使用和管理。

云平台：实训室可以提供公有云平台（如Amazon Web Services、Microsoft Azure、Google Cloud Platform等）的访问权限，让学员可以在真实的云环境中实践创建虚拟机、存储、网络设置、应用部署等操作。

实践项目：实训室通常会设计一些实践项目，涵盖从基本的云资源管理到复杂的应用部署和大数据处理。这些项目可以帮助学员将理论知识应用到实际场景中。

安全性演练：实训室可以模拟安全漏洞和攻击，让学员学习如何保护云环境的安全性，包括访问控制、数据加密、漏洞修复等方面的实践。

实验环境和监控：为了方便学员实践，实训室通常提供了易于使用的实验环境，并且可能有监控工具，让学员能够观察和理解资源的使用情况和性能表现。

总的来说，云计算技术应用实训室是一个理论与实践相结合的学习环境，帮助学员掌握云计算技术，并为他们在实际工作中应用云计算提供了有价值的经验。

四、云计算应用实训室组成

4.1云计算应用教学云平台

平台基于spring cloud微服务架构，提供便捷的SSO单点登录，采用kubernetes进行部署，可支持公有云、混合云、私有云的安装模式，数据层使用MySQL集群和MongoDB集群，实现了全流程EdvOps自动化运维，具有高内聚、松耦合、业务单一、高性能、高并发、高可能、跨平台、跨语言等特点。主要模块有课程制作工具、云盘、共享课、我的课、云优选课、云视频库、3D模型库。

课程制作工具：由平台提供专用的微服务模块进行支撑，采用websocket双向通信技术，底层存储采用三层递进的缓存方式，目的就是为了加快课程资源的加载速度。自主研发视频转码，在线视频剪辑功能。支持由word文档直接导入，并且根据标题类型自动生成目录，方便快捷。同时支持ppt、excel、图片、超链接、视频、音频、3D模型、章节测验等内容的插入，实现多个超文本文件的同屏展示。

共享课：使用订单配发或校内共享的概念，让课程资源更大程度的进行共享。

我的课：支持从共享课资源中直接进行“生成副本”，导入进我的课中，并且同时支持自行创建。所有的课程资源支持导出功能，可导出为本地的离线文件，导出文件为后缀名为wz的加密文件，在使用平台进行二次导入直接生成课程资源，便于线上传播。

云优选课：由行业资深从业人员在互联网上收集整理的学习资源，包括系列类学习视频和知识点类学习视频，供教师和学生进行自主学习。

云视频库：平台提供数百个包含各专业的微课视频，可直接引用到课程资源中。

3D模型库：采用three.js技术，实现在线加载3D模型，提供更加直观形象的教学体验。

平台可与考试模块、作业模块、技能大赛模块、人工智能、云计算、大数据、软件开发等实践模块进行无缝组合，全面完成计算机网络专业群的教学。

4.2云计算应用实训平台

平台采用B/S结构，运用spring cloud微服务技术，构建多个稳定、高效的服务模块，提供SSO单点登录服务，并使用统一的身份认证鉴权。平台基于k8s实现公有云、混合云、私有云多种部署方式，采用MySQL集群和MongoDB集群，可根据教学需求提供KVM、容器满足云计算教学虚拟化要求，还可根据教学需要按需分配CPU、内存资源，为教学实训提供高可靠性、可动态伸缩、广泛的教学服务。主要模块有课程制作工具、作业、活动、云盘、共享课、我的课、云优选课。

多架构的云主机：可提供X86、ARM架构的云主机，可根据用户的需要，给不同的用户配置相应的架构的云主机，满足不同的用户需求。

多种虚拟化技术：底层集成docker和openstack两种虚拟化技术，给用户更多的选择，可根据不同的技术需求选择不同的虚拟化技术。

平台资源自动调度：平台通过后台资源监控，自动将指定时间内未活跃的用户的虚拟化资源进行挂起，待使用时进行恢复，实现虚拟化资源的弹性自动调度，用更少的硬件资源满足更多学生的实训需求。

便捷的实验制作工具：让教师轻松实现pdf、ppt、word、excel等不同格式的文本、图片、音频、视频、超链接等进行混合编排，并自动生成动态实验目录，从而实现不同云计算实训资源同屏展示。

在线问答，及时解答学生疑问：平台提供实验的在线问题，学生在实训过程中，通过在线问答及时与老师进行沟通，提高学习效率。

命令检测，实时的实验进度：平台实现自动对用户在云计算实训时输入的命令进行检测，并且通过与实验文档的比较，从而实现用户对于该实验的实验进度，每输入一个命令，平台就会进行检测，然后实时的展示在实验页面。教师课堂页面也可进行查看学生的每个云计算实验的实验进度，从而对学生整体的学习进度进行把控。

实验报告自动生成：对于用户的实验报告，平台将用户在操作云主机期间的操作进行记录，然后自动生成一份实验报告，教师可直接进行查看，并给出相应的评级。

课堂的资源回收：平台在用户创建课堂进行实训时，会给每一位学生选定配置云主机的相应硬件配置，会占用该机构下资源池内部的CPU资源和内存资源，当实训已经结束时，用户可通过课堂的释放资源来将相应的CPU、内存资源释放，实训数据及记录仍然保存。

可记录学习情况的实验笔记：云平台为用户在实验页面提供实验笔记功能，用户可在实验过程中记录下自己的笔记。

支持公共资源课程，便于老师使用：实训模块可内置在丰富实训资源，其中包括实训文档以及实验镜像，用户可以直接进行使用。

个人云盘，资源不丢失：平台会为用户提供云盘服务，云盘内所有文件都会按照不同的文件类型进行分开，便于用户查看和操作。

平台支持Linux、虚拟化技术、OpenStack、docker、云平台、云数据中心构建与运维、云存储产品配置、大数据平台和大数据分析、云安全产品配置等实验。

平台支持集成在线的软件开发环境，开箱即用，减少用户来回切换的麻烦，提高用户体验感。

平台可与教学模块、考试模块、作业模块、技能大赛模块、人工智能、计算机网络仿真、物联网、Web前端、java与python开发开发等实践模块进行无缝组合，完成全流程的教学。

五、云计算应用专业实训室建设图

理虚实一体化全栈全场景云计算应用实训室

理虚实一体化全栈全场景云计算应用实训室

理虚实一体化全栈全场景云计算应用实训室

理虚实一体化全栈全场景云计算应用实训室

六、云计算应用实训室方案清单

七、云计算技术应用实训室方案价值

7.1 专业教学支撑

7.2 1+X认证服务

7.2.1云计算开发与运维1+X证书

7.2.2云计算应用开发1+X证书

7.3 技能大赛支撑

八、产学研究中心

我们的目标：围绕前沿技术，探索以物联网为代表的跨界融合产业，为高校用户、科研单位、政企部门提供智云物联网、移动互联网+、云计算大数据、智慧农业产品产学研一体化的解决方案。物联网产学研究中心是企业与院校合作进行深度科研合作的平台，通过技术的融合、共享和协作，能够响应国家产教融合战略。

企业与院校共同建设产业研究中心，双方共同推动产教融合的发展：

1）院校选派优秀教师参与项目建设企业技术项目研发、技术难题分析与解决、技术创新孵

化及企业技术人员能力提升，共同举办学术问题研讨与咨询。

2）项目建设企业积极支持、参与高校校内企业创新机构的建设，帮助老师及时跟踪新知识

新技术，提升高校的师资力量。

3）双方合作申报各个层次的科技项目、品牌与渠道合作项目，并共同进行研究。

8.1 产学研项目申报（区级医疗数据中心）

通过专业技术产品创新、教学模式创新，帮助学校进行计算机网络创新技术应用课题申报，协助学校老师进行云数据中心教学领域专业性课题研究与支持。

某区现有各级各类医疗卫生机构801家，其中二级以上医院3家，乡镇卫生院17家，社区卫生服务机构2家，防保所、血防站各1家、行政执法机构2家、疾病预防等公共卫生机构7家；对于黄陂卫计委信息系统的业务连续性要求很高：从政策层面讲，需要满足三级等保的要求；对单位业务本身来说，由于医保、农合、一卡通、健康管理等业务的特殊性，任何人为或自然因素所导致的应用或系统中断，都会造成单位巨大的经济和名誉损失及其它严重后果。当前，为了满足卫计委信息系统7x24小时业务连续性要求。区域平台、健康管理平台、HIS、LIS、PACS、健康数据等核心业务系统，急需建设扩容护，确保业务数据安全存储及保护，提升业务连续性。

8.1.1云数据中心功能示意图

8.1.2项目价值

8.2教材联合开发教材

联合各院校教授专家，开发物联网技术应用专业系列教材，赠送物联网技术应用专业系列教程，为院校专业实验课程开展和教学提供参考。

8.3 产学研支撑平台

8.3.1数字基座

平台采用spring cloud微服务开发架构，各服务模块单独运行并提供服务接口；可提供稳定、快速、高效的服务；平台整体采用前后端分离和分布式微服务的弹性计算架构实现，后端主要基于Java的Spring cloud实现，前端vue实现等，具有高内聚、松耦合、业务单一、高性能、高并发、高可能、跨平台、跨语言等特点。

平台提供SSO单点登录，多个应用系统统一登录，统一的用户管理，一个账户可登录验证教学全场景以及数字技术专业群实践教学等所有应用模块系统。

平台采用kubernetes技术进行部署，支持公有云、私有云、混合云模式安装；平台支持多数据源从而保证技术的一致性；确保服务的稳定、可扩展、弹性扩容；每个独立服务支持分布式集群部署，理论上可以无限横向扩展，提高系统处理能力，支持大规模并发教学全场景和数字化专业群教学实践应用。

基础虚拟化服务由docker和kvm两种虚拟化技术根据学科性质进行选择性支撑，可满足不同的虚拟化需求，提供稳定、可自行配置的虚拟机器。

基于全流程DevOps自动化运维，支持持续集成、分析、服务注册与发现、系统监控、性能监控、日志管理、预警、持续部署(基于docker的镜像仓库，Kubernetes的容器云管理调度平台，在线可视化管理、监控、调度容器)。

基础持久化层支持RDS和NoSQL两种方式，采用MySQL集群和MongoDB集群搭建，支持基于CQRS的分布式事务处理，支持数据自动备份，同时使用于Redis集群对热点数据进行缓存，支持大并发；支持纯本地化数据源。

基础服务层支持在线验证码服务、基础文件服务、消息队列服务、OSS对象存储服务、用户/鉴权服务、个人云盘服务、WebSocket服务等，保证平台的通用性。用户基础信息管理：对订单实行按业务方向进行配置，对班级、教师、学生相关信息进行新增、修改、删除以及数据权限进行配置。

8.3.2三大核心技术

项目建设企业紧密围绕职业院校高水平数字专业群，针对职业教学发展现状，倾力打造以微服务、虚拟化、全栈云三大核心技术为载体，以计算机技术、多媒体技术、网络通信技术、大数据技术、人工智能技术等新一代数字技术手段构建的一种新型教学平台，可以支持院校进行教学研发创新。

01

微服务

传统的软件都是采用单体架构开发，所有的模块都是紧密耦合在一起的。不仅开发代码量大、客户使用维护也十分困难。

微服用架构将单一应用程序划分成一组小的服务，服务之间相互协调、互相配合，为师生提供最终价值。每个服务运行在其独立的进程中，服务和服务之间采用轻量级的通信机制相互沟通。每个服务都围绕着具体的业务进行构建，并且能够被独立的部署到生产环境、类生产环境等，对具体的一个服务而言，可根据业务上下文，选择合适的语言、工具对其进行构建。

项目建设企业云课堂平台采用微服务架构，精准分为公共基础、公共应用、专业应用服务。公共基础服务精确为字典、banner、用户权限、文件、认证、网关、订单、转码、平台运营、学校运营、日志、登录、搜索等；专业应用服务精确为KVM虚拟化、容器虚拟化、代码评测、工具、资源、环境等；公共应用服务精确为课程、考试服务、云盘、云优选、题库、活动、工具等。把不同的微服务方便进行因材施教和按需施教，可以非常方便实施个性化的教学模式、具体的教学内容、针对性的教学流程，精细赋能计算机基础、综合布线、网络搭建与运维、智能化安防、物联网、嵌入式、移动互联、WEB前端开发、软件应用开发、云计算、大数据、人工智能、创客等数字技术专业群教学和实训基地建设，从而营造动态精准高效的好课堂，助力提质培优、增值赋能高水平职业教学。

02

虚拟化

校园传统机房绝大多数采用物理基础架构，电脑硬件配置往往限定了实验环境的建设，这不仅导致了计算机资源浪费、利用效率不高。同时，不可避免的硬件故障致使校方后期运维管理压力增大，成本也居高不下。

虚拟化技术中，可以同时运行多个操作系统，而且每一个操作系统中都有多个程序运行，每一个操作系统都运行在一个虚拟的CPU或者是虚拟主机上。虚拟层会给每个虚拟机模拟一套独立的硬件设备，包含CPU、内存、主板、显卡、网卡等硬件资源，并可用户需要，动态配置资源，还可以在其上安装Windows、Linux等不同操作系统和不同的版本。

项目建设企业云课堂充份利用KVM和容器等多种虚拟化技术可进行精准教学，根据不同的教学内容选用不同的虚拟化技术、不同硬件资源，如GPU、CPU、算力、不同的实验环境，对不同软件开发语言（C、Java、Python、html等）、同一课程的不同阶段开展精细化教学，可广泛应用于物联网、大数据、云计算、软件开发、网络仿真和人工智能等专业教学实训，让教学用户方便构建构建通用型高水平专业群实训基地，极大提高学校计算机机房利用率，教学应用场景轻松切换和软硬件管理维护高效便捷。

03

全栈云

基于开放的、可信的、可靠智能的云厂商公有云，并融合了现代教育的行动导向、情境式、项目式理念具有多种功能的开放式、全流程、理实一体化平台。

单纯的私有云部署会因硬件等原因导致数据丢失或者服务不可用，而公有云部署数据安全性不高，有些服务无法满足。

我们理解全栈云既要有有底层能力，还要有上层平台能力，需要有从硬件到软件，再到应用的完整能力，包括对行业的理解能力，这样，才能给客户提供全栈的能力。具体来讲有四个重要因素，首先是业务承载的连续性和全面性，其次，是围绕业务不同的业务负载，满足客户的云服务。再次是面向各种业务场景需要的资源各层统一，最后是面向未来多云管理，

项目建设企业云课堂可根据用户的需求进行公有云、私有云、混合云等不同方式的部署，可以适应学校各种不同的复杂网络环境和资产入库需求而且性价比高、稳定性强。平台可以满足师生泛在化、个性化、精准化的备课、授课、学习、科研、技能大赛、1+X认证、作业、考试、统计、评价等全流程，还可以无缝衔接各种计算机网络、智能化安防、物联网、人工智能等硬件设备，高效开展理实一体化教学。

九、基于云生态校企共育数字人才行动方案