陶媛　高洪皓　王萍

摘 要： 實(shí)驗(yàn)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(shí)踐能力。將新興技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有利于促進(jìn)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(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的設(shè)備資源不足等實(shí)際問題，創(chuàng)建更適合培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。本文概述了虛擬化技術(shù)基本概念及特點(diǎn)，結(jié)合虛擬機(jī)、云計(jì)算等實(shí)例闡述了虛擬化技術(shù)在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)； 云計(jì)算； 虛擬機(jī)

中圖分類號：G421 文獻(xiàn)標(biāo)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(gè)國家興旺發(fā)達(dá)的不竭動(dòng)力。21世紀(jì)是創(chuàng)新性人才的創(chuàng)新速度和創(chuàng)新效率競爭的世紀(jì)。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(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ母呒墝ｉT人才?！?/p>

實(shí)驗(yàn)教學(xué)以能力培養(yǎng)為核心，推進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新實(shí)踐能力，是高等教育的一個(gè)重要組成部分。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)在時(shí)間和空間上的限制，創(chuàng)建更符合人才培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的方法，在先進(jìn)性和效率方面取得更大的突破，是目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重點(diǎn)。虛擬化技術(shù)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供了新的思路[1]。

1 虛擬化技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用的特征

就教育理論而言，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)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(gè)整體的兩個(gè)方面，它營造了“自主學(xué)習(xí)”的環(huán)境，由傳統(tǒng)的“以教促學(xué)”的學(xué)習(xí)方式代之以學(xué)習(xí)者通過自身與信息和環(huán)境的相互作用來得到知識(shí)、技能的新型學(xué)習(xí)方式[1]。虛擬化技術(shù)充分利用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，完善了數(shù)據(jù)傳輸、交換、模式識(shí)別、語言處理、智能技術(shù)等性能，對實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行仿真。將虛擬化技術(shù)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中具有以下特性。

1.1 延伸性

課堂實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，需要在實(shí)驗(yàn)室完成的實(shí)驗(yàn)在課堂展示，有利于將抽象的概念和理論更直觀、真實(shí)的效果展示給學(xué)生。

1.2 開放性

突破時(shí)間和空間的束縛。虛擬化技術(shù)打破過去受時(shí)空限制的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)學(xué)生在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)可以多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)，充分利用一切資源。使實(shí)驗(yàn)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(xí)過程中提出的各種假設(shè)進(jìn)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(xí)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(dòng)性

使學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)到主動(dòng)學(xué)習(xí)。虛擬化技術(shù)為學(xué)生構(gòu)建一個(gè)能充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。在這種學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)生為主體，這既有助于充分調(diào)動(dòng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性，也有助于激發(fā)學(xué)生的聰明才智進(jìn)行有創(chuàng)意的設(shè)計(jì)。

1.5 多層次性

解決“共性”與“個(gè)性”問題?；谔摂M化技術(shù)的實(shí)驗(yàn)可以結(jié)合學(xué)生層次特點(diǎn)，構(gòu)建基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)綜合型實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)等多層次的實(shí)驗(yàn)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(shí)際情況選擇和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

1.6 大規(guī)模性

擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)的承載能力。虛擬化技術(shù)相當(dāng)于為學(xué)生提供了一個(gè)可移動(dòng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生不必?fù)?dān)心實(shí)驗(yàn)室設(shè)備不足、新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)不能實(shí)施而造成的無法滿足學(xué)生的整體實(shí)驗(yàn)要求等困難。這使實(shí)驗(yàn)教學(xué)不再局限于實(shí)驗(yàn)室，擺脫設(shè)備不足、人員同一時(shí)間過于擁擠的缺陷。

2 虛擬化技術(shù)在實(shí)驗(yàn)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(shí)的效果展示。一方面培養(yǎng)學(xué)生自我訓(xùn)練的意識(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)勢

虛擬化技術(shù)應(yīng)用到課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，相當(dāng)于將實(shí)驗(yàn)室搬到課堂或是考場。以下是兩個(gè)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(jī)、路由器和三層交換機(jī)運(yùn)行，全真VRP操作系統(tǒng)；可隨意組網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D；支持摸擬Serial，Ethernet網(wǎng)絡(luò)接口，支持Console口，可添加主機(jī)PC；隨模擬器附帶12個(gè)基本實(shí)驗(yàn)，簡明扼要，對照實(shí)驗(yàn)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(xí)教程，介紹TCP/IP基礎(chǔ)、交換機(jī)和路由器原理及應(yīng)用，動(dòng)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(jī)的配置和組網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)；課后學(xué)生可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)路由、地址轉(zhuǎn)換配置等實(shí)驗(yàn)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(jī)

虛擬化技術(shù)虛擬機(jī)（Virtual Machine）指通過軟件模擬的具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運(yùn)行在一個(gè)完全隔離環(huán)境中的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。虛擬機(jī)在學(xué)習(xí)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(jī)軟件。VirtualBox號稱是最強(qiáng)的免費(fèi)虛擬機(jī)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(jìn)行多種實(shí)驗(yàn)開發(fā)?？梢栽谝慌_(tái)計(jì)算機(jī)上虛擬出多臺(tái)計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)一臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上安裝不同的操作系統(tǒng)，學(xué)習(xí)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(tái)電腦上練習(xí)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(gè)操作系統(tǒng)平臺(tái)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(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)勢

隨著計(jì)算機(jī)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(yuǎn)程學(xué)習(xí)者獲得真實(shí)教學(xué)環(huán)境成為可能[3]。云計(jì)算重要的特征之一即虛擬化[4]。云計(jì)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(jì)算可以在現(xiàn)有的VLAN和實(shí)驗(yàn)設(shè)備等資源的基礎(chǔ)上，對資源進(jìn)行重構(gòu)，建立具有交互性和個(gè)性化的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)充分利用云平臺(tái)提供的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源等功能，實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的整體管控，為學(xué)生提供一個(gè)交互和自主的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。

3 結(jié)束語

本文針對實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題，通過分析虛擬化技術(shù)在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)思路。虛擬化技術(shù)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新提供了新的空間和平臺(tái)，有效地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的設(shè)備資源不足等實(shí)際問題。基于虛擬化技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為學(xué)生提供了一個(gè)交互和自主的學(xué)習(xí)環(huán)境，也為學(xué)生提供了多層次的實(shí)驗(yàn)體系，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

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