基于虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)的云計(jì)算技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

李洪亮, 李 想,崔浩龍, 蔣一川, 胡成全, 魏曉輝, 李 翔, 王迎祥

(1. 吉林大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 吉林 長(zhǎng)春 130012; 2. 吉林大學(xué) 物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,吉林 長(zhǎng)春 130012; 3. 吉林育信科技有限公司,吉林 長(zhǎng)春 130012)

?

基于虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)的云計(jì)算技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

李洪亮1,2, 李 想1,崔浩龍1, 蔣一川3, 胡成全1,2, 魏曉輝1,2, 李 翔1, 王迎祥3

(1. 吉林大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 吉林 長(zhǎng)春 130012; 2. 吉林大學(xué) 物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,吉林 長(zhǎng)春 130012; 3. 吉林育信科技有限公司,吉林 長(zhǎng)春 130012)

基于物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的虛擬仿真教學(xué)平臺(tái),開展了云計(jì)算技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)工作,完成了從傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)向虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的遷移。目前開設(shè)了包括虛擬化技術(shù)、集群技術(shù)和Hadoop平臺(tái)3方面共12門虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程,并對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)際用時(shí)有所減少、實(shí)驗(yàn)效率有很大提高；學(xué)生的實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)不再集中在軟件實(shí)驗(yàn)室,而且學(xué)習(xí)效果顯著提升。

云計(jì)算技術(shù)實(shí)驗(yàn)； 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)； 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

近年來(lái),云計(jì)算技術(shù)成為受廣泛關(guān)注的熱門技術(shù)?！霸朴?jì)算技術(shù)”課程是吉林大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心首批建設(shè)課程之一。該課程不僅要求學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論,更要求學(xué)生有較強(qiáng)的實(shí)踐能力。因此,該課程需要通過(guò)理論學(xué)習(xí)與實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的模式增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐訓(xùn)練。

吉林大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為云計(jì)算技術(shù)課程提供了完整的技術(shù)支撐。與傳統(tǒng)的教學(xué)方案相比，虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)在于：(1)區(qū)別于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)模式，學(xué)生可以自行選擇實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)，教學(xué)模式也更加開放；(2)云服務(wù)平臺(tái)能夠整合教學(xué)信息化資源，以云資源庫(kù)的形式為學(xué)生提供廣泛的云教學(xué)服務(wù)；(3)所有的實(shí)驗(yàn)操作均在瀏覽器頁(yè)面內(nèi)進(jìn)行，通過(guò)身份驗(yàn)證保證每個(gè)學(xué)生唯一對(duì)應(yīng)申請(qǐng)的虛擬機(jī)，不但保證實(shí)驗(yàn)環(huán)境的安全，也使實(shí)驗(yàn)操作更加簡(jiǎn)單；(4)極大地減輕了實(shí)驗(yàn)室管理人員的工作負(fù)擔(dān)；(5)減輕教師授課前的平臺(tái)準(zhǔn)備時(shí)間，使教師能夠用更多的精力進(jìn)行課程內(nèi)容建設(shè)；(6)提供完整的教學(xué)活動(dòng)記錄，方便教師有針對(duì)性地改進(jìn)教學(xué)工作。

該平臺(tái)能夠在時(shí)間安排上賦予學(xué)生更多的自主權(quán),在云端整合教學(xué)資源，方便了教師的教學(xué)和管理工作,通過(guò)后臺(tái)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),能夠遠(yuǎn)程為所有遇到相同問(wèn)題的學(xué)生答疑解惑,教學(xué)效果得到明顯改善,教學(xué)質(zhì)量顯著提升。

1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

1.1 平臺(tái)架構(gòu)

吉林大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)采用校企合作模式,由吉林育信科技有限公司為中心提供技術(shù)支持和日常維護(hù)服務(wù),任課教師負(fù)責(zé)課程內(nèi)容建設(shè)和課程安排。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件平臺(tái)采用育信實(shí)踐教育私有云平臺(tái)[1],采用瘦客戶端/云服務(wù)器的云計(jì)算架構(gòu)。硬件系統(tǒng)包含云服務(wù)中心、云組件、系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器、資源服務(wù)器、高性能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等；軟件系統(tǒng)包含實(shí)踐云管理系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)/實(shí)訓(xùn)管理系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)/實(shí)訓(xùn)演練平臺(tái)等3個(gè)應(yīng)用服務(wù)。平臺(tái)架構(gòu)如圖1所示:

圖1 育信實(shí)踐教育私有云平臺(tái)架構(gòu)

實(shí)踐云管理系統(tǒng)是集成云服務(wù)中心、云組件設(shè)備、云實(shí)踐節(jié)點(diǎn)、系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器、應(yīng)用資源庫(kù)、路由器、交換機(jī)的統(tǒng)一管理服務(wù)平臺(tái)。該平臺(tái)既包含硬件提供的功能和資源,也包括在硬件功能和資源的基礎(chǔ)上提供的更多服務(wù),目的是節(jié)省管理成本、增強(qiáng)信息安全、擴(kuò)展管理、便于第三方軟件嵌入和軟件升級(jí)等,增強(qiáng)平臺(tái)的兼容性,提高資源共享率。

實(shí)驗(yàn)/實(shí)訓(xùn)管理系統(tǒng)可對(duì)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行評(píng)測(cè)和管理。教師可以對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督,掌握學(xué)生課前預(yù)習(xí)情況、課中操作問(wèn)題與課后掌握程度；可通過(guò)自動(dòng)評(píng)測(cè)系統(tǒng)直接查看學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果,調(diào)整課程教學(xué)的重點(diǎn),提高教學(xué)效率；可以將定制的教學(xué)課件、教學(xué)項(xiàng)目發(fā)送給學(xué)生,讓學(xué)生通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)演練；可一鍵快速部署、還原操作環(huán)境和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

實(shí)驗(yàn)/實(shí)訓(xùn)演練平臺(tái)是學(xué)生實(shí)踐的“私人空間”。它既可以提供教學(xué)所需的應(yīng)用和操作環(huán)境,也可以模擬實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)環(huán)境或者設(shè)備,將這些軟硬件資源虛擬化成資源池,并對(duì)這些虛擬資源進(jìn)行智能的、自動(dòng)化的管理并按需分配,實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的最大共享和潛力挖掘。該平臺(tái)可以提供文字、圖片、flash等實(shí)驗(yàn)步驟的指導(dǎo),以及操作視頻、教學(xué)視頻、原理型flash、互動(dòng)型考核、教學(xué)程序/腳本、項(xiàng)目/案例資料、實(shí)驗(yàn)環(huán)境模擬的輔助,使學(xué)生完成課程/案例的演練,達(dá)到技能學(xué)習(xí)的環(huán)境真實(shí)、真學(xué)真練。系統(tǒng)可以為每個(gè)實(shí)驗(yàn)的配置結(jié)果自動(dòng)評(píng)測(cè),學(xué)生能夠查看自己的學(xué)習(xí)結(jié)果、學(xué)習(xí)效率以及學(xué)習(xí)能力,教師可以據(jù)此因材施教。

1.2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)具有云端整合教學(xué)資源、集中管理與分配資源的功能。利用該平臺(tái),吉林大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心逐步開展了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)等專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程的建設(shè)工作[2],共開設(shè)12門虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程。

(1) 感知層-基礎(chǔ)型課程:包括RFID標(biāo)簽設(shè)計(jì)與應(yīng)用場(chǎng)景虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)；

(2) 網(wǎng)絡(luò)層-設(shè)計(jì)型課程:包括計(jì)算機(jī)組網(wǎng)模擬仿真實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)故障分析模擬仿真實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析仿真實(shí)驗(yàn)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)；

(3) 安全層-研究型課程:包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)安全虛擬實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)安全虛擬實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)取證技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)；

(4) 應(yīng)用層-綜合型課程:包括分布交互仿真技術(shù)實(shí)驗(yàn)、云計(jì)算技術(shù)實(shí)驗(yàn)、物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)。

物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心能夠?qū)τ?jì)算機(jī)領(lǐng)域內(nèi)的各分支學(xué)科提供實(shí)驗(yàn)教學(xué)支持,根據(jù)教學(xué)任務(wù)的變更進(jìn)行擴(kuò)展,在教學(xué)內(nèi)容方面覆蓋軟、硬件的不同層面,實(shí)現(xiàn)在一個(gè)平臺(tái)環(huán)境下開設(shè)多門課程。由企業(yè)開發(fā)平臺(tái)并提供維護(hù)技術(shù)支持,能夠有效減少實(shí)驗(yàn)室的維護(hù)成本,利用企業(yè)的先進(jìn)技術(shù)提供優(yōu)良的實(shí)驗(yàn)操作體驗(yàn)。

云計(jì)算技術(shù)課程是應(yīng)用層課程之一,是一門側(cè)重于實(shí)踐教學(xué)的課程,教學(xué)內(nèi)容包括虛擬化技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)兩個(gè)方面。經(jīng)過(guò)實(shí)踐學(xué)習(xí),學(xué)生能夠掌握云計(jì)算的基礎(chǔ)技術(shù)、自行配置Hadoop平臺(tái)、編寫MapReduce程序,為進(jìn)一步的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2 云計(jì)算技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)

2.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境遷移

傳統(tǒng)的云計(jì)算實(shí)驗(yàn)教學(xué)是在計(jì)算機(jī)軟件實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的,使用KVM虛擬化技術(shù)在物理主機(jī)上建立并啟動(dòng)虛擬機(jī),利用命令行工具配置虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,遠(yuǎn)程登錄到虛擬機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。由于這一環(huán)境搭建過(guò)程比較復(fù)雜,往往會(huì)占較多的課時(shí),從而放慢了實(shí)驗(yàn)課進(jìn)度；另外,囿于實(shí)驗(yàn)室的硬件資源限制,物理主機(jī)的性能不能滿足云計(jì)算實(shí)驗(yàn)的硬件需求,造成云計(jì)算實(shí)驗(yàn)環(huán)境下軟件運(yùn)行不流暢、Hadoop平臺(tái)計(jì)算速度慢甚至作業(yè)無(wú)法提交等問(wèn)題,降低了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效率。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)使用虛擬化技術(shù)[3-5],能夠快速在高性能計(jì)算中心的節(jié)點(diǎn)上創(chuàng)建虛擬機(jī),并為虛擬機(jī)分配同一網(wǎng)段的IP地址[6-7]。因此，遷移到物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心平臺(tái)上的云計(jì)算技術(shù)實(shí)驗(yàn)摒棄了KVM虛擬機(jī)的教學(xué)方式[8],根據(jù)上課學(xué)生人數(shù)在云服務(wù)平臺(tái)上為每位學(xué)生申請(qǐng)資源,創(chuàng)建已經(jīng)配置好基礎(chǔ)環(huán)境的虛擬設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

與傳統(tǒng)教學(xué)方案相比,基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的云計(jì)算技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程無(wú)論是在實(shí)驗(yàn)環(huán)境建設(shè)還是教學(xué)效果上都有明顯的優(yōu)勢(shì)[9-10]:

(1) 傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式需要百臺(tái)物理節(jié)點(diǎn),而虛擬仿真平臺(tái)只需少量物理節(jié)點(diǎn)(9臺(tái))即可創(chuàng)建出近百臺(tái)虛擬機(jī),充分滿足各學(xué)科的實(shí)驗(yàn)需求,大大減少實(shí)驗(yàn)室硬件投入；

(2) 所有虛擬機(jī)都在同一子網(wǎng)內(nèi),無(wú)需重復(fù)配置虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,減少了實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段的工作量；

(3) 教學(xué)資源在云端得到統(tǒng)一整合,新增的實(shí)驗(yàn)工具經(jīng)管理員上傳到云端后即可為每臺(tái)虛擬機(jī)使用,為實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供高效的技術(shù)支持；

(4) 學(xué)生可以隨時(shí)隨地訪問(wèn)教學(xué)中心進(jìn)行實(shí)驗(yàn),有利于課前預(yù)習(xí)和課后鞏固,顯著提升學(xué)習(xí)效果。

2.2 課程內(nèi)容建設(shè)

作為物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心首批開設(shè)的課程之一,云計(jì)算技術(shù)課程內(nèi)容涵蓋高性能計(jì)算導(dǎo)論、并行計(jì)算環(huán)境和模型工具、集群計(jì)算系統(tǒng)、虛擬化技術(shù)和大規(guī)模數(shù)據(jù)處理等理論知識(shí),隨之配套的云計(jì)算技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程著重提高學(xué)生的云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用能力。使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)開設(shè)共計(jì)32學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課程,包括虛擬化技術(shù)、集群技術(shù)和Hadoop平臺(tái)等3方面。

依托虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行了以下改革:

(1) 通過(guò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的自動(dòng)部署與高效的管理,提高了實(shí)驗(yàn)效率,減少了實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的時(shí)間,降低了實(shí)驗(yàn)部署的復(fù)雜性；

(2) 采用云計(jì)算和虛擬化技術(shù),為開放式實(shí)驗(yàn)室提供了技術(shù)支撐,采用多地點(diǎn)同時(shí)實(shí)驗(yàn)和課后自主實(shí)驗(yàn)的模式,學(xué)生可通過(guò)任一平臺(tái)終端訪問(wèn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境；

(3) 系統(tǒng)平臺(tái)提供了IaaS平臺(tái)、PaaS平臺(tái)以及SaaS平臺(tái)等實(shí)驗(yàn)環(huán)境,為提前完成教學(xué)任務(wù)的學(xué)生進(jìn)行課外練習(xí)提供更加多樣化的選擇,促使學(xué)生通過(guò)課外實(shí)驗(yàn)鞏固所學(xué)知識(shí)、提升技術(shù)水平；

(4) 系統(tǒng)具有身份認(rèn)證、輔助完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告、成績(jī)測(cè)評(píng)等功能,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)學(xué)生出勤、實(shí)驗(yàn)完成質(zhì)量情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì),為教師綜合評(píng)定成績(jī)提供客觀依據(jù)。

綜上所述,基于虛擬仿真平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅能夠節(jié)約實(shí)驗(yàn)環(huán)境部署時(shí)間、降低實(shí)驗(yàn)成本、簡(jiǎn)化教師對(duì)實(shí)驗(yàn)課的管理,還能方便學(xué)生隨時(shí)隨地實(shí)驗(yàn)和進(jìn)行課外擴(kuò)展學(xué)習(xí),提高學(xué)生的專業(yè)技能和學(xué)習(xí)興趣。

3 教學(xué)效果分析

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的日志能詳細(xì)記錄實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程,方便對(duì)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行分析。以下從實(shí)驗(yàn)效率、操作方式和資源使用3方面對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果進(jìn)行分析。

3.1 實(shí)驗(yàn)效率分析

實(shí)驗(yàn)效率體現(xiàn)在減少學(xué)生實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)間方面。根據(jù)平臺(tái)的活動(dòng)記錄,對(duì)每名學(xué)生的實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)間進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),并與教學(xué)大綱規(guī)定的實(shí)驗(yàn)課時(shí)進(jìn)行對(duì)比(見表1)。

表1 實(shí)驗(yàn)效率統(tǒng)計(jì)

可以看出:在使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心學(xué)習(xí)之后,實(shí)際上課的時(shí)間會(huì)明顯縮短,實(shí)驗(yàn)效率顯著提升。主要原因是:

(1) 學(xué)生訪問(wèn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的時(shí)間不再局限于實(shí)驗(yàn)課期間,而是可以充分利用課余時(shí)間進(jìn)行課前預(yù)習(xí),減少了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的錯(cuò)誤；

(2) 教師無(wú)需頻繁部署學(xué)生的上機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)境,大大提高了時(shí)間利用率；

(3) 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中鼓勵(lì)學(xué)生互相交流,借助互聯(lián)網(wǎng)等多渠道解決問(wèn)題,提高獨(dú)立思考能力；

(4) 云平臺(tái)中的虛擬機(jī)性能比物理機(jī)有了明顯提升,使用故障容錯(cuò)系統(tǒng)保證了實(shí)驗(yàn)環(huán)境穩(wěn)定,節(jié)省了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

3.2 實(shí)驗(yàn)操作地點(diǎn)與完成率分析

為分析虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心對(duì)學(xué)生選擇實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)完成情況的影響,體現(xiàn)教學(xué)中心在減少軟件實(shí)驗(yàn)室資源需求方面的作用,根據(jù)平臺(tái)中的活動(dòng)記錄對(duì)學(xué)生的登錄地點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)完成進(jìn)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(見表2和表3)。

表2 實(shí)驗(yàn)操作地點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

注:每教學(xué)周總實(shí)驗(yàn)人數(shù)均為89人

表3 實(shí)驗(yàn)完成率分析

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明:由于教學(xué)中心支持開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué),學(xué)生的實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)不再集中于軟件實(shí)驗(yàn)室,對(duì)實(shí)驗(yàn)室的硬件資源需求減少,顯著提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效率。大多數(shù)學(xué)生都能在第一時(shí)間完成實(shí)驗(yàn),少數(shù)學(xué)生可根據(jù)實(shí)際情況安排時(shí)間繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這種教學(xué)模式賦予學(xué)生更大的自主權(quán),提升了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)興趣,總體實(shí)驗(yàn)完成率達(dá)到100%。

3.3 平臺(tái)時(shí)間資源使用分析

為了分析虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心平臺(tái)的時(shí)間資源使用情況,體現(xiàn)教學(xué)中心在分散平臺(tái)負(fù)載方面的作用,論證多門實(shí)驗(yàn)課程并行教學(xué)的可能性,根據(jù)平臺(tái)中的活動(dòng)記錄對(duì)學(xué)生使用平臺(tái)的時(shí)間段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(見表4)。

表4 平臺(tái)時(shí)間使用統(tǒng)計(jì) (人)

得益于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的高效性能和便利的實(shí)驗(yàn)條件,大部分學(xué)生能夠在實(shí)驗(yàn)課當(dāng)天完成實(shí)驗(yàn),少部分學(xué)生靈活選擇空閑時(shí)間繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)課當(dāng)天學(xué)生自主選擇不同時(shí)間段進(jìn)行實(shí)驗(yàn),上課時(shí)間分散,平臺(tái)能夠根據(jù)各節(jié)點(diǎn)性能合理地分配負(fù)載,實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的資源需求壓力減小,有很大一部分資源空閑,可以承載更多的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。因此,實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)多實(shí)驗(yàn)課程并行授課。

4 云計(jì)算技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

云計(jì)算虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)在簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)環(huán)境部署、提升實(shí)驗(yàn)效率、提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和實(shí)驗(yàn)成績(jī)等方面效果顯著[11-13]。相對(duì)于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)模式,這種利用虛擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)的開放實(shí)驗(yàn)室在云計(jì)算實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有如下優(yōu)勢(shì):

(1) 學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)不再局限于教學(xué)安排的時(shí)間之內(nèi),而是根據(jù)自己的計(jì)劃,合理、靈活支配時(shí)間。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心還為學(xué)生提供教學(xué)大綱以外的多種擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)環(huán)境,充分培養(yǎng)學(xué)生對(duì)不同研究領(lǐng)域的興趣,提高學(xué)生的專業(yè)技能水平,使他們?cè)谖磥?lái)發(fā)展中更有競(jìng)爭(zhēng)力。

(2) 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的硬件資源能利用虛擬化技術(shù)提供多門課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,大大減少了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中硬件設(shè)備的投入成本,在云端整合教學(xué)資源,允許不同實(shí)驗(yàn)課程布置特有的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,分時(shí)使用系統(tǒng)資源,提高了資源利用率。

(3) 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心由企業(yè)提供技術(shù)支持和維護(hù)服務(wù),減少了教師的工作量；平臺(tái)內(nèi)置的實(shí)驗(yàn)環(huán)境支持一鍵切換和還原操作,簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段工作；平臺(tái)擁有良好的可擴(kuò)展性,方便教師隨時(shí)根據(jù)需要對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整；平臺(tái)的評(píng)測(cè)系統(tǒng)記錄學(xué)生的操作數(shù)據(jù),為教師對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行量化分析提供便利條件。

雖然虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心在提高教學(xué)質(zhì)量、促進(jìn)學(xué)生快速掌握實(shí)踐技能方面取得了較好的成績(jī),但是仍有很大的開發(fā)潛力:(1)可以對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行改進(jìn)和擴(kuò)充,充分利用實(shí)驗(yàn)課時(shí)；(2)通過(guò)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)度和完成質(zhì)量進(jìn)行細(xì)致分析,建立綜合評(píng)分體系；(3)開展學(xué)生分組協(xié)作實(shí)驗(yàn)的嘗試,鍛煉團(tuán)隊(duì)合作能力；(4)在平臺(tái)上建立課程預(yù)約程序,允許學(xué)生定制個(gè)性化課表,支持學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí),提升平臺(tái)資源的共享度和利用率；(5)可以面向全校提供實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù),全面提高教學(xué)質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)使用物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心進(jìn)行云計(jì)算實(shí)驗(yàn)教學(xué),可以根據(jù)學(xué)生數(shù)量彈性創(chuàng)建虛擬機(jī),避免實(shí)驗(yàn)環(huán)境的重復(fù)配置和資源浪費(fèi),同時(shí)依托高性能計(jì)算中心的計(jì)算節(jié)點(diǎn),為實(shí)驗(yàn)提供了流暢的操作體驗(yàn)?？梢钥闯?虛擬云技術(shù)將是未來(lái)建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的首選技術(shù)手段,虛擬云平臺(tái)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有著顯著優(yōu)勢(shì)和廣泛的應(yīng)用前景。

References)

[1] 吉林育信科技有限公司.育信實(shí)踐教育私有云平臺(tái)架構(gòu)[EB/OL].[2016-04-20].http://www.jlyuxin.com

[2] 中國(guó)教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng).教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020年)[EB/OL].[2016-03-10].http://www.edu.cn/html/info/10plan/ghfb.shtml.

[3] 王衛(wèi)國(guó).虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)思考與建議[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2013,32(12):5-8.

[4] 楊龍軍,陸洪毅.基于云計(jì)算平臺(tái)的計(jì)算機(jī)硬件遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2013(增刊2):72-76.

[5] 劉福強(qiáng),劉嵩,李玉東.基于云計(jì)算的開放式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程,2011(10):113-117.

[6] 張乃千,楊海,周麗濤.基于云計(jì)算的虛擬實(shí)驗(yàn)云平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)教育,2015(1):39-44.

[7] 丁美榮.虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)整合的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)探究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2011,28(5):163-166.

[8] 吳迪,薛政,潘嶸.基于XEN云平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2013,32(7):62-66.

[9] 胡今鴻,李鴻飛,黃濤.高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源開放共享機(jī)制探究[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2015,34(2):140-144.

[10] 張?jiān)雒?王中平,張憲鋒,等.國(guó)家級(jí)物理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2015,32(12):146-149.

[11] 王衛(wèi)國(guó),胡今鴻,劉宏.國(guó)外高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀與發(fā)展[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2015,34(5):214-219.

[12] 張敬南,張謬鐘.實(shí)驗(yàn)教學(xué)中虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用的研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2013,30(12):101-104.

[13] 陳國(guó)輝,劉有才,劉士軍,等.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2015,34(8):169-185.

Experimental teaching of cloud computing technology based on virtual simulation teaching platform

Li Hongliang1,2, Li Xiang1, Cui Haolong1, Jiang Yichuan3, Hu Chengquan1,2, Wei Xiaohui1,2, Li Xiang1, Wang Yingxiang3

(1. College of Computer Science and Technology,Jilin University,Changchun 130012,China;2.Virtual Simulation Experimental Teaching Center of Internet of Things, Jilin University,Changchun 130012,China; 3.Jilin Yuxin Technology Co.Ltd., Changchun 130012,China)

Based on the virtual simulation teaching platform of Virtual Simulation Experimental Teaching Center of Internet of Things, the construction work of the Cloud Computing Technology Experiment course is carried out, and the transfer from the traditional experimental teaching platform to the virtual simulation experimental teaching platform is completed. At present, 12 virtual simulation courses are offered in the following three aspects: virtual technology, clustering technology and Hadoop platform, and the effect of the experimental teaching is analyzed. The results have proved that students’ real time spent for the experiments is reduced, the effectiveness of the experiments is increased, the experimental location is no longer focused in the software laboratory, and the effect of the teaching is obviously improved.

cloud computing technology experiment; virtual simulation experiment; experimental teaching

10.16791/j.cnki.sjg.2016.11.031

2016-05-12

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃高性能計(jì)算專項(xiàng)資助項(xiàng)目(2016YFB0201503)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61602205)；吉林省科技攻關(guān)計(jì)劃重大科技招標(biāo)專項(xiàng)(20160203008GX)教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目(20130061110052)；吉林省科技攻關(guān)計(jì)劃重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(20140204013GX)

李洪亮(1983—),男,吉林長(zhǎng)春,博士,講師,主要研究方向?yàn)榉植际接?jì)算和集群計(jì)算

E-mail：lihongliang@jlu.edu.cn

李想(1983—),女,吉林長(zhǎng)春,碩士,助理工程師,從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作.

E-mail：lxiang@jlu.edu.cn

TP3；G642.4

A

1002-4956(2016)11-0125-05