第1章云计算和大数据基础教案

《云计算与大数据技术》教案（20**—20**学年第*学期）开课单位:专业班级:授课教师:教研室/团队:审核人:教研室主任或团队负责人手签*********学院20年月教案首页（第1次课）课序第次学时周次第教学周课程描述课程概况：本课程面向计算机上科学与技术、数据科学与大数据技术、物联网、大数据管理及应用、软件工程等专业，系统地介绍云计算和大数据的基础理论知识、技术架构、关键技术、常用平台以及典型应用，由浅入深，帮助学生全面掌握云计算与大数据的知识体系、技术架构、关键技术、常用平台以及典型应用。本书共8章，分为基础、云计算技术、大数据技术、应用、案例5个部分总学时理论教学实践教学其他学时周学时学分48321643课程教学目标结合新工科应用型人才培养要求，以价值塑造、能力培养、知识传授“三位一体”的人才培养目标为导向，针对基本理论抽象、工程实践复杂的问题，融入课程思政元素，通过翻转课堂和项目/案例化教学使学生达到以下目标：素质目标：培养学生创新应用意识、大国工匠精神、鲁班精神，具备民族自信心、自豪感，具有一定的法制精神和科学素养。知识目标：经过该课程的学习，使学生理解云计算基本概念，了解云计算与大数据、物联网、人工智能的关系，了解当前云计算和大数据的岗位及需求、学习路线；使学生认识目前主流的云计算系统，理解阿里、腾讯、华为、谷歌、微软等虚拟化系统的体系架构和核心技术，尤其是其底层文件系统，分布式计算框架，分布式数据库，以及存储、监控、分析等工具。熟练掌握云计算虚拟化平台和大数据Hadoop平台的部署过程，使学生熟练搭建云计算虚拟化服务器，掌握云平台和大数据平台的创建、管理等操作。掌握OpenStack云平台的基本概念及其基础服务部署，使学生理解OpenStack云平台三个核心服务认证服务KeyStone、镜像服务Glance、计算服务Nova的运行机制，掌握大数据平台的搭建，并了解其简单应用。了解云计算和大数据数据中心的特征、网络部署模式、节能技术、容灾备份，使学生理解云计算数据中心的实际应用场景。了解中国国产云计算和大数据技术，包括云存储技术、大数据库技术、云视频监控技术以及云服务，着重介绍阿里、华为、腾讯等企业的相关技术，使学生了解现实生活中的应用场景。最后使学生了解现今主流的云计算和大数据技术解决方案、主流开源云计算和大数据系统，明确云计算和大数据未来的发展趋势。能力目标：本课程围绕“构建知识体系、阐明基本原理、引导初级实践、了解相关应用”的指导思想，着重让学生通过云计算和大数据技术的基本原理、架构、基本方法、技术工具和相关应用学习，帮助学生构建完整的云计算和大数据技术知识体系，使学生了解云计算和大数据应用的整个生命周期，能够熟练使用VMware、OpenStack、Hadoop等主流云计算平台及其技术工具完成基本的云计算和大数据应用闭环操作，达到知行合一、以用促学的目的。教学资源教材：于长青刘宝宝张善文徐鲁辉.《云计算与大数据技术》[M].北京:人民邮电出版社,2023参考资料：[1]王伟,郭栋,张礼庆,等.云计算原理与实践[M].北京:人民邮电出版社,2018.[2]IBMdeveloperworks云计算频道/developerworks/cn/cloud/index.html[3]CSND云计算频道/[4]NIST-CloudComputingReferenceArchitecture[5]IBM-CloudComputingReferenceArchitecturev3[6]iCAP_Labs_UserGuide，2013[7]《虚拟化与云计算》小组.《虚拟化与云计算》./196105[8]M.TimJones.虚拟Linux-虚拟化方法、架构和实现概述./developerworks/cn/linux/l-linuxvirt/[9]加州大学伯克利分校云计算课程/~istoica/classes/cs294/11/[10]康奈尔大学云计算课程/Courses/CS5412/2012sp/[11]中国人民大学分布式系统与云计算/xnh/index.html[12]徐小龙.云计算与大数据[M].北京:电子工业出版社,2021.[13]朝乐门.数据科学理论与实践[M].2版.北京:清华大学出版社,2019.[14]黑马程序员.大数据项目实战[M].北京:清华大学出版社,2020.[15]赵德宝,钟小平,涂刚,等.OpenStack云计算平台实战(微课版)[M].北京:人民邮电出版社,2021.[16]数据科学导论MOOC./course/xijing08091004556/12426370目的要求1.了解本课程整体知识架构和课程要求；2.了解云计算与大数据的基本概念与特征、产生与发展以及它们与其他技术的关系；3.掌握云计算架构、虚拟化技术以及云计算技术。云计算架构基本概念、云计算架构设计与部署、云计算架构优化以及几种典型的云计算架构等；虚拟化基础、CPU虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化、应用程序虚拟化、几种典型的虚拟化软件等；云计算技术、分布式存储技术、云计算网络、云计算安全、云操作系统、云开发、云计算运维等。4.掌握大数据技术架构和大数据技术。大数据技术架构的概念以及设计，Hadoop生态架构、Spark、生态架构、Flink生态架构等；大数据基本流程，先后介绍大数据采集与预处理、大数据存储与管理、大数据计算技术、数据挖掘与可视化分析等。5.了解并能够运用云计算与大数据技术，云计算与大数据在数字政府、工业领域、医疗健康、教育行业以及金融领域中的应用。6.掌握结合某出行公司的客户案例详细介绍搭建云平台、搭建大数据平台以及大数据采集与预处理、大数据实时分析和用户行为可视化。教学内容1.课程介绍2.基础部分为第1章介绍云计算与大数据的基本概念与特征、产生与发展以及它们与其他技术的关系。3.云计算技术部分为包括第2～4章，主要介绍云计算架构、虚拟化技术以及云计算技术。其中，第2章详细介绍云计算架构基本概念、云计算架构设计与部署、云计算架构优化以及几种典型的云计算架构等；第3章具体阐述虚拟化基础、CPU虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化、应用程序虚拟化、几种典型的虚拟化软件等；第4章全面介绍云计算技术、分布式存储技术、云计算网络、云计算安全、云操作系统、云开发、云计算运维等。4.大数据技术部分包括第5～第6章，主要介绍大数据技术架构和大数据技术。其中，第5章介绍大数据技术架构的概念以及设计，然后循序渐进地介绍Hadoop生态架构、Spark生态架构、Flink生态架构等；第6章按照大数据基本流程，先后介绍大数据采集与预处理、大数据存储与管理、大数据计算技术、数据挖掘与可视化分析等。5.应用部分为第7章，介绍云计算与大数据在数字政府、工业领域、医疗健康、教育行业以及金融领域中的应用。6.案例部分为第8章，结合某出行公司的客户案例详细介绍搭建云平台、搭建大数据平台以及大数据采集与预处理、大数据实时分析和用户行为可视化。教学重点云计算、大数据技术。教学难点云计算、大数据技术。教学方法手段采用课堂互动讲解+研讨分析+实践操作，线下提供学习资源多媒体+上机练习+课后作业其他环节课后作业查阅资料了解云计算和大数据相关技术课后反思（课后手写）课序第次学时周次第教学周教学题目云计算和大数据基础教学目标知识了解大数据与云计算的关系，了解云计算和大数据技术的概念与特点、发展现状及优势。能力掌握本课程的知识体系架构，能够讲述云计算与大数据的发展历程，掌握云计算和大数据技术的基本概念、特点和关键技术的内容。情感通过中国云计算和大数据技术的发展，激发学生的自豪感；阿里云的发展介绍王坚院士的事迹，激发学生坚忍不拔的创新理念和精神。教学重点云计算、大数据的概念、基本特征和关键技术。教学难点云计算、大数据的概念、基本特征和关键技术。教学方法手段采用课堂互动讲解+研讨分析，线下提供学习资源多媒体+课后作业教学组织方式1.讲解2.互动3.练习4.课后作业5.预习课后反思（课后手写）教学环节课程引入新课讲解课堂讨论每课小结布置作业时间分配(以分钟计算)575532ADDINCNKISM.UserStyle教案首页教学内容课堂组织开场课一、自我介绍教育背景、任职经历、研究领域、联系方式二、课程体系介绍课程性质、定位和目标教材及参考资源课程内容、课时和学分安排课程内容：课时：48课时=32理论+16实验学分：3学分（理论2学分，实验1学分）考核方法及学习要求：1.按时上课，不准无故旷课、迟到或早退，按时完成作业或课内实践；“学生考勤无故旷课6学时以上或缺交作业达1/3者，该课程平时成绩以零分记”“因缺课1/3以上或作业、课内实践缺做1/2以上无正常考核资格”2.课前看一遍书本，标注重点以及不理解的地方3.认真听讲，不做与上课无关的事情4.课上要求做笔记，每章节结束要求提交章节总结（建议采用思维导图模式）5.认真完成课后作业并及时提交6.对课程有任何问题及时与老师沟通如何学好这门课记录(Record)简化(Reduce)背诵(Recite)思考(Reflect)复习(Review)【5分钟】通过自我介绍让学生了解自己。重点介绍自己所做项目中与课程有关联的部分，对大家提出希望，一起把这门课程学好！【新课导入】问题引入：生活中云计算和大数据技术有哪些？通过学生的发言结合课件中给出的应用让学生体会云计算和大数据的作用。同时进行课程思政，引导学生体会我国制度优越性，祖国的伟大。给大家加油打气。从几方面分析强调网云计算和大数据课程的重要性。介绍课程性质、内容、目标、课时、学分、教材及参考资源。结合教材体系结构图帮助学生理清课程体系结构。强调线上线下混合式教学法。针对学习，提出要求和考核方式强调沟通的重要性！给出学习建议分享：忍别人所不能忍的痛，吃别人所别人所不能吃的苦，是为了收获得不到的收获。做一个决定，并不难，难的是付诸行动，并且坚持到底。教学设计【教学进程安排】课程引入：1.从云盘引入阿里云及其应用2.提问什么是云计算？都有哪些关键技术？3.提问什么是大数据？都有哪些关键技术？4.提问云大物移智是什么?一、云计算概述1.云计算发展历程1965年克里斯托弗·斯特雷奇发表的一篇论文，论文中正式提出了“虚拟化”的概念。而虚拟化正是云计算基础架构的核心，是云计算发展的基础。介绍传统IDC谷歌云计算亚马逊云计算云计算在中国四个阶段：引入阶段、成长阶段、成熟阶段、高速增长新基建介绍2.云计算基本概念NIST对云计算的定义：云计算是一种按使用量付费的模式。这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问，以及可配置的计算资源共享池（资源包括网络、服务器、存储、应用软件、服务），这些资源能够被快速提供，且只需要投入很少的管理工作，或与服务供应商进行很少的交互。3.云计算基本特征云计算是一种按需付费的、典型的自助服务模式云计算需要无处不在的网络接入云计算需要位置透明的资源池云计算需要快速而弹性云计算采用按使用量计费的服务4.云计算关键技术云计算体系结构（1）核心服务层（2）服务管理层（3）用户访问接口层云计算服务模式IaaS、PaaS、SaaS云计算部署模式公有云、私有云和混合云二、大数据概述1.大数据发展历程萌芽期、发展期、成熟期和大规模应用期2.大数据基本概念大数据是指具有体量巨大、来源多样、生成极快且多变等特征并且难以用传统数据体系结构有效处理的包含大量数据集的数据。3.大数据基本特征规模庞大（Volume）、种类繁多（Variety）、变化频繁（Velocity）、价值大但价值密度低（Value）4.大数据关键技术大数据关键技术一般包括大数据采集、大数据预处理、大数据存储及管理、大数据分析及挖掘、大数据展现和应用（如大数据检索、大数据可视化、大数据应用、大数据安全等）。三、云计算、大数据、物联网、5G、移动通信和区块链之间的关系云计算、大数据、物联网、人工智能、5G和区块链这些领域相辅相成，谁都离不开谁。物联网、云计算和5G是大数据的底层架构，大数据依赖云计算来处理大数据，人工智能是大数据的应用场景。5G发展落地物联网才能发展，而物联网和云计算的发展是大数据快速发展的主要原因，进而使机器学习、计算机视觉、自然