虛擬化技術(shù)在實驗教學(xué)中的應(yīng)用

陶媛　高洪皓　王萍

摘 要： 實驗教學(xué)以能力培養(yǎng)為核心，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新實踐能力。將新興技術(shù)應(yīng)用于實驗教學(xué)中有利于促進教育的創(chuàng)新，使教學(xué)質(zhì)量和管理水平日益提高，有效地彌補傳統(tǒng)實驗教學(xué)中的設(shè)備資源不足等實際問題，創(chuàng)建更適合培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的實驗環(huán)境。本文概述了虛擬化技術(shù)基本概念及特點，結(jié)合虛擬機、云計算等實例闡述了虛擬化技術(shù)在實驗教學(xué)中應(yīng)用的潛在優(yōu)勢，和取得的較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞： 虛擬化技術(shù)； 實驗教學(xué)； 云計算； 虛擬機

中圖分類號：G421 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2016）03-15-03

Application of virtualization technology in experiment teaching

Tao Yuan， Gao Honghao， Wang Ping

（Computation Center， Shanghai University， Shanghai 200444， China）

Abstract： The core of experiment teaching is ability training. Experiment teaching is helpful to cultivate innovation spirit and practice ability of students. The application of new technology in experiment teaching is beneficial for promoting the innovation of education. It helps improving the teaching quality and management level and finding the solutions to the lack of experimental equipment in traditional experiment teaching. It creates an experimental environment which is more suitable for cultivating innovative talents. This paper summarizes the basic concepts and characteristics of virtualization technology， and expounds the potential advantages of virtualization technology in the applications of experiment teaching in combination with the instances such as virtual machine and cloud computing， and the better teaching effect obtained.

Key words： virtualization technology； experiment teaching； cloud computing； virtual machine

0 引言

創(chuàng)新是一個國家興旺發(fā)達的不竭動力。21世紀是創(chuàng)新性人才的創(chuàng)新速度和創(chuàng)新效率競爭的世紀。世界各國都非常重視創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)。《中華人民共和國高等教育法》明確規(guī)定：“高等教育的任務(wù)是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實驗?zāi)芰Φ母呒墝ｉT人才。”

實驗教學(xué)以能力培養(yǎng)為核心，推進學(xué)生自主學(xué)習、合作學(xué)習、研究性學(xué)習，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新實踐能力，是高等教育的一個重要組成部分。實驗教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生能力方面起著理論教學(xué)不可替代的作用。

突破實驗教學(xué)在時間和空間上的限制，創(chuàng)建更符合人才培養(yǎng)的實驗教學(xué)模式的方法，在先進性和效率方面取得更大的突破，是目前實驗教學(xué)改革的重點。虛擬化技術(shù)為實驗教學(xué)改革提供了新的思路[1]。

1 虛擬化技術(shù)在實驗教學(xué)中應(yīng)用的特征

就教育理論而言，虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)了人的臨場化，參與者與虛擬環(huán)境是互相作用、互相影響的一個整體的兩個方面，它營造了“自主學(xué)習”的環(huán)境，由傳統(tǒng)的“以教促學(xué)”的學(xué)習方式代之以學(xué)習者通過自身與信息和環(huán)境的相互作用來得到知識、技能的新型學(xué)習方式[1]。虛擬化技術(shù)充分利用了計算機技術(shù)，完善了數(shù)據(jù)傳輸、交換、模式識別、語言處理、智能技術(shù)等性能，對實驗系統(tǒng)的運行進行仿真。將虛擬化技術(shù)應(yīng)用到實驗教學(xué)中具有以下特性。

1.1 延伸性

課堂實驗教學(xué)內(nèi)容得到延伸。虛擬化技術(shù)應(yīng)用在課堂教學(xué)中，能有效延伸課堂實驗教學(xué)內(nèi)容，需要在實驗室完成的實驗在課堂展示，有利于將抽象的概念和理論更直觀、真實的效果展示給學(xué)生。

1.2 開放性

突破時間和空間的束縛。虛擬化技術(shù)打破過去受時空限制的實驗環(huán)境，實現(xiàn)學(xué)生在任何時間、任何地點可以多次反復(fù)實驗，充分利用一切資源。使實驗教學(xué)資源得到最大限度的優(yōu)化和利用。

1.3 創(chuàng)新性

培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。學(xué)習過程中提出的各種假設(shè)進行虛擬并能直觀地觀察到這一假設(shè)所產(chǎn)生的結(jié)果， 這種探索式的學(xué)習方式有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維， 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[2]。

1.4 主動性

使學(xué)生從被動學(xué)習到主動學(xué)習。虛擬化技術(shù)為學(xué)生構(gòu)建一個能充分發(fā)揮主觀能動性的實驗環(huán)境。在這種學(xué)習環(huán)境中，學(xué)生為主體，這既有助于充分調(diào)動學(xué)生實驗的積極性，也有助于激發(fā)學(xué)生的聰明才智進行有創(chuàng)意的設(shè)計。

1.5 多層次性

解決“共性”與“個性”問題。基于虛擬化技術(shù)的實驗可以結(jié)合學(xué)生層次特點，構(gòu)建基礎(chǔ)型實驗、設(shè)計綜合型實驗、創(chuàng)新型實驗等多層次的實驗結(jié)構(gòu)體系，滿足學(xué)生不同層次的需求。學(xué)生可以根據(jù)自己的實際情況選擇和設(shè)計實驗。

1.6 大規(guī)模性

擴大實驗的承載能力。虛擬化技術(shù)相當于為學(xué)生提供了一個可移動的實驗教學(xué)平臺，學(xué)生不必擔心實驗室設(shè)備不足、新的實驗技術(shù)不能實施而造成的無法滿足學(xué)生的整體實驗要求等困難。這使實驗教學(xué)不再局限于實驗室，擺脫設(shè)備不足、人員同一時間過于擁擠的缺陷。

2 虛擬化技術(shù)在實驗教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)勢

虛擬化技術(shù)能將不可視的結(jié)構(gòu)原理或是不可重組的精密設(shè)備操作以更直觀、真實的效果展示。一方面培養(yǎng)學(xué)生自我訓(xùn)練的意識和創(chuàng)新能力，另一方面培養(yǎng)學(xué)生操作能力。虛擬化技術(shù)為實驗教學(xué)開發(fā)提供了有效地的創(chuàng)新思路。

2.1 虛擬化技術(shù)在課堂實驗教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)勢

虛擬化技術(shù)應(yīng)用到課堂實驗教學(xué)中，相當于將實驗室搬到課堂或是考場。以下是兩個應(yīng)用案例。

⑴ 路由模擬器

以華為路由模擬器v3.0為例。華為路由模擬器v3.0的界面，它模擬華為交換機、路由器和三層交換機運行，全真VRP操作系統(tǒng)；可隨意組網(wǎng)絡(luò)拓撲圖；支持摸擬Serial，Ethernet網(wǎng)絡(luò)接口，支持Console口，可添加主機PC；隨模擬器附帶12個基本實驗，簡明扼要，對照實驗教程輸命令，讓你迅速成為TCP/IP網(wǎng)絡(luò)高手；隨模擬器附帶TCP/IP理論學(xué)習教程，介紹TCP/IP基礎(chǔ)、交換機和路由器原理及應(yīng)用，動態(tài)路由協(xié)議。

如圖1所示，利用華為路由模擬器v3.0，課上教師可以更直觀地講解路由器、交換機的配置和組網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)；課后學(xué)生可以進行動態(tài)路由、地址轉(zhuǎn)換配置等實驗開發(fā)。如圖2所示，在考試中，可以根據(jù)圖示在模擬器中完成配置。

⑵ 虛擬機

虛擬化技術(shù)虛擬機（Virtual Machine）指通過軟件模擬的具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運行在一個完全隔離環(huán)境中的完整計算機系統(tǒng)。虛擬機在學(xué)習技術(shù)方面能夠發(fā)揮很大的作用。

以VirtualBox為例。VirtualBox是一款開源虛擬機軟件。VirtualBox號稱是最強的免費虛擬機軟件，它不僅具有豐富的特色，而且性能也很優(yōu)異。 利用VirtualBox，可以進行多種實驗開發(fā)。可以在一臺計算機上虛擬出多臺計算機系統(tǒng)，并且可虛擬Windows、Mac OS X、Linux、OpenBSD、Solaris、IBM OS2，甚至Android 4.0系統(tǒng)等操作系統(tǒng)。如圖3所示，實現(xiàn)一臺計算機系統(tǒng)上安裝不同的操作系統(tǒng)，學(xué)習操作不同的操作系統(tǒng)，很好地解決硬件不足的問題。通過VirtualBox，我們也可以在一臺電腦上練習組網(wǎng)技術(shù)、架設(shè)Web 服務(wù)并檢測服務(wù)、測試開發(fā)的軟件在各個操作系統(tǒng)平臺下的效果和可靠性、安裝不可靠的軟件、測試病毒等等。

2.2 虛擬化技術(shù)在在線實驗教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)勢

隨著計算機信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，在線教育中使用虛擬化技術(shù)的頻率和程度越來越高。虛擬化技術(shù)的發(fā)展使得遠程學(xué)習者獲得真實教學(xué)環(huán)境成為可能[3]。云計算重要的特征之一即虛擬化[4]。云計算服務(wù)以開放為基礎(chǔ)，將眾多分散的資源整合在一起，用戶以簡單的硬件設(shè)備就可以方便地共享這些資源[5]。

如圖4所示，利用云計算可以在現(xiàn)有的VLAN和實驗設(shè)備等資源的基礎(chǔ)上，對資源進行重構(gòu)，建立具有交互性和個性化的虛擬實驗教學(xué)平臺。虛擬實驗教學(xué)平臺充分利用云平臺提供的計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源等功能，實現(xiàn)對實驗教學(xué)資源的整體管控，為學(xué)生提供一個交互和自主的實驗教學(xué)平臺。

3 結(jié)束語

本文針對實驗教學(xué)存在的問題，通過分析虛擬化技術(shù)在實驗教學(xué)中的潛在優(yōu)勢，提出了將虛擬化技術(shù)應(yīng)用到實驗教學(xué)的教學(xué)思路。虛擬化技術(shù)為實驗教學(xué)的創(chuàng)新提供了新的空間和平臺，有效地彌補了傳統(tǒng)實驗教學(xué)中的設(shè)備資源不足等實際問題。基于虛擬化技術(shù)的實驗教學(xué)為學(xué)生提供了一個交互和自主的學(xué)習環(huán)境，也為學(xué)生提供了多層次的實驗體系，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

參考文獻（References）：

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