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摘 要：现代计算机技术的高速发展给高校的计算机课程教学提出了更高的要 求,然而高校由于教学经费紧缺、实验设备老化不足、实验管理工作量过大等一系列问题无法满足新时代高校计算机课程教学要求.利用日渐成熟的虚拟化技术引入高校计算机教学,能有效缓解或解决这些问题,从而进一步提高高校计算机课程教学的质量,提升高校的信息化建设水平.
关 键 词 ：虚拟化技术,高校,计算机课程,实践教学
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1003-949X（2015）-01-0077-02
一、高校计算机课程教学现状
（一）高校控制办学成本,实验设备存在老化不足等问题
高校管理层从节约办学经费角度考虑,除了图形工作站等专业性较强的计算机实验室以外,其它计算机机房不会配置当前最高档次的电脑及其相关实验设备,一般是按照最基本的规格来配置相关设备,这也导致一般的计算机机房的设备跟不上当前的主流配置趋势,无法安装最新的操作系统与相关软件等.这导致高校计算机实验室的硬件设备与软件更新较慢,无法跟上当今计算机软硬件的发展趋势.
（二）机房管理难度高,管理人员工作量大
高校计算机机房承担着计算机基础课程、计算机专业课程、信息技术等相关课程的上机任务,计算机机房的服务器上需要根据教学任务安装Windows XP、Windows Server 2003、Windows 7、Windows Server 2008 R2、Linux等多种操作系统及其各种教学软件,学生机上也需要安装基于windows或Linux操作系统的各种教学软件,而随着计算机软件的不断发展,需要安装的新系统与新的应用软件也越来越多,这就给计算机机房设备的管理与系统维护带来了更大的难度,也导致机房管理员的工作量不断加大,工作任务越来越多.
（三）授课教师“心有余而力不足”,机房管理陷入两难境地
一方面,授课教师受限于计算机硬件配置不高、实验设备老化、操作不便等不利因素,无法开展上机实验,只好让学生观看实验图片或操作视频,或者干脆让学生看书自学,教学效果大打折扣.另一方面,机房管理处于两难的矛盾之中.如果机房管理员对机房进行严格管理,学生的上机实验会受到很大限制,极大地影响实践教学的效果.而如果机房管理员对于机房进行开放管理,学生的操作不受任何限制,在实验过程中因操作失误、操作不当或故意捣乱等极易造成系统的损坏,直接影响后续教学,也加重了机房管理员的管理与维护工作.
二、虚拟化技术简介
（一）虚拟化技术概念
虚拟化技术,通俗来讲是一种从逻辑角度去看待软硬件资源、分配软硬件资源、使用软硬件资源的方法,而不是从物理角度来处置软硬件资源的方法与手段.对于某一台计算机,运用虚拟化技术后,从用户的使用角度来看,可以变成多台计算机,且每台拥有各自的CPU、内存、硬盘等硬件资源与各自独立的操作系统与应用程序,并且硬件与软件的操作使用互相独立,互不影响.虚拟化技术真正实现了计算机软硬件资源的独立分离,用户甚至无需考虑底层硬件的实现方法,只需要在虚拟环境上操作所需的系统和软件.目前,虚拟化技术已广泛应用到信息化技术的各个领域,并且已逐步渗透到教育领域的各个层面,成为现代教育技术中不可或缺的关键技术之一.
（二）虚拟化技术分类
目前,虚拟化技术的具体应用主要是系统虚拟化,例如利用VMware Workstation软件在计算机上虚拟多种不同的操作系统,用户可以非常方便地使用不同的操作系统与应用程序,一般称之为“虚拟机”.其实,按照计算资源的类型分类,可以把虚拟化技术分为多种类型,如基础架构虚拟化、系统虚拟化和软件虚拟化等.
（三）具有代表性的虚拟化技术产品
Vmware是全球最大的虚拟化厂商,其主要代表性虚拟软件为VMware Workstation、Vmware Player、VMware Fusion、VMware Server、VMware ESXi服务器和VMware vSphere,能提供极为强大的专业性虚拟化服务,Xen是由英国剑桥大学开发的开源虚拟机软件,能够广泛支持多种操作系统,包括 Windows 和 Linux 的多种版本,具有可移植性强、独特的类虚拟化支持等特点,KVM是由Qumra公司开发,基于GPL授权的开源虚拟机软件,KVM可以兼容 Windows和Linux 虚拟机,具有内存管理和可扩展性好等优点.
三、虚拟化技术在高校计算机课程教学中的实际应用
（一）虚拟化技术应用在高校计算机课程教学中的优势
最大化地挖掘现有设备的潜力,从而降低教学成本.虽然虚拟化技术不能从根本上解决现有设备老化、硬件配置低等问题,但是利用虚拟化技术可以用软件来模拟完整的硬件系统,学校不需要额外购置新的硬件设备、布置新的实验场地,只需要配置多台虚拟机,修改虚拟机设置就可以实现计算机数量与功能的扩展.可以说,利用虚拟化技术可以最大限度地挖掘现有设备的潜力,既节约了教学资源,又减少了经费支出,降低了教学成本.
管理方便,维护工作量小.运用虚拟化技术可以将一台真实的物理主机虚拟成若干台拥有独立CPU、硬盘、操作系统的虚拟计算机,每台虚拟机相当于物理主机上的一个独立子系统,每台虚拟机可以运行不同的操作系统,模拟不同的硬件设备,各虚拟机之间可以相互独立,互不干扰,某一台虚拟机出现故障不会影响物理主机和其他虚拟机的工作.而在需要的情况下,不同的虚拟机也可以相互联系,如构建虚拟的局域网环境,虚拟机虚拟的网络行为与真实计算机环境下的网络行为完全一致,而且在网络实验中无需担心虚拟网卡、虚拟交换机的故障与冲突问题.归根结底,虚拟机只是物理主机上的一个软件系统,相比真实的计算机而言,它的管理更方便,维护更简单. 方便教学,易于移植.将虚拟机应用到教学中,可以轻松完成此前受条件限制无法完成的各种上机实验,而且既可以完成单机实验,也可以完成网络实验,教师的教学更加贴近真实,有效地提高了教学质量,学生的学习更加形象直观,大大提高了学生的学习兴趣,大大提升了学习效果.并且,虚拟机是以映像文件的方式来进行存储的,易于移植.学生在掌握虚拟机操作后,可以直接拷贝映像文件到个人电脑上,在课后自学,达到了便携式学习的目的.
（二）虚拟化技术在计算机教学中的应用实例
以某高职院校08年所建的某计算机机房为例,该机房配有计算机42台,机器基本配置为CPU：Intel 酷睿2双核 E4500（2.2GHz）,内存2G,硬盘120G,独立显卡（128M）,操作系统为Windows XP sp3.该机房从08年至今一直承担大学计算机基础课教学与计算机专业课教学,因经费紧张、计算机机房管理人员紧缺、设备老化等问题,机房一般只开设简单的上机实践,如windows操作、office办公软件使用等基本实验,而诸如安装系统、组建网络、Linux系统操作等实验却因各种原因无法完成,这也直接影响了计算机实验课的教学效果.
针对以上问题,将虚拟化技术引入到该机房的管理与教学中,基本流程如下：
（1）选择一台机器作为样机,安装虚拟机软件Vmware Workstation.
（2）利用Vmware Workstation两台虚拟机,一台虚拟机上 Windows2003 Server操作系统,另一台虚拟机上Linux 6.0.
（3）将样机作为发送端,通过系统同传的方法将单机上好的虚拟环境克隆到机房的每一台机器上.
（4）通过虚拟化技术,给每一台物理主机配置两台虚拟机,通过相关设置让物理主机和虚拟机相互进行数据访问,因此该机房42台计算机就可以实现126台（42*3）台计算机的多系统操作.
（5）一方面,教师与学生利用虚拟机可以完成之前因条件限制无法完成的如安装系统、组建网络、Linux系统操作等实验,从而有效地提升计算机课程的教学质量与学生的学习效果.另一方面,机房的管理成本与工作量都没有增加,节约了大量的教学资源,也节省了办学经费.