虚拟化技术在计算机实验教学中的应用方法

◎顾婷婷

虚拟化技术在计算机实验教学中的应用方法

◎顾婷婷

针对现阶段山东中医药大学计算机实验教学中存在的问题，引入了虚拟化技术，介绍了虚拟化技术的基本原理，并阐述了将其运用到计算机实验教学中的几大优势，最后针对三种不同的计算机实验教学需求，给出了虚拟化技术的应用方法。基于虚拟化技术的计算机实验教学平台，极大的贴近真实实验环境，大大提高了学生的实践能力，也使学校的计算机实验教学管理更便捷，教学方式更多样化。

现阶段，高校毕业生普遍存在实践能力弱、创新能力差、缺乏实际工作所需技能等问题，导致就业率低。虽然各高校正努力改变专业、课程设置，改革教学模式，大力加强实践教学，但随着招生规模的逐年扩大，学生的数量越来越多，而教学经费方面的投入捉襟见肘，高校里的实验设备得不到及时补充，导致实验效果欠佳。

我校现有的计算机实验环境也存在同样问题，主要表现在：计算机实验室承担着全校计算机公共课及专业课的上机实验任务，几乎全天开放，机器软硬件故障频发；各专业学生所需软件多种多样，且软件版本更新较快，计算机实验环境需要经常安装或升级软件，但硬件更新周期长，新软件无法在低性能机器上安装或顺畅运行；计算机专业课实验中，有不少实验内容带有一定的危险性或破坏性，教师一般采取课堂演示或以讲代练的方式进行教学，无法让学生亲自动手操作。

基于上述问题，我校现有的计算机实验环境，根本无法满足实验教学的需求，怎样合理利用有限的实验教学资源，完成实验教学计划，并保证实验教学质量，成为我校所面临的严峻问题。

虚拟化技术

虚拟化是一种资源管理技术，是对计算机的各类实体资源，如服务器、网络、存储等的抽象化。在虚拟化技术中，一台计算机可以虚拟出多台相互独立的计算机，每台虚拟机都具有相互独立的操作系统和硬件资源，每一个操作系统都可同时运行多个应用，各应用之间互不干扰，因此可大大提高计算机资源的利用率。从用户角度考虑，虚拟化技术实现了软硬件资源的分离，用户只需负责在虚拟环境中运行所需的应用即可，不必考虑硬件如何实现，更加方便、易学。

虚拟化技术应用到计算机实验教学中具有以下几点优势：一是方便维护，当一台虚拟机无法正常运行时，物理主机和其他虚拟机仍可照常运转，不受干扰；二是可移植性，虚拟机将其系统文件存储为一个映像文件或文件夹，只需将这个映像文件或文件夹复制到其他计算机上，就可以快速搭建新虚拟机，进行多台计算机的统一部署也更方便。三是较强安全性，即使在虚拟机上进行有危险性或破坏性的实验，也不会影响物理主机，拓宽了实验范围；四是贴近现实，如运用虚拟机具备的网络连接功能，可模拟现实环境中网络搭建、管理、维护等操作，让学生更直观的掌握学习内容。

虚拟化技术在计算机实验教学中的应用方法

针对目前我校计算机实验教学中不同的实验要求，可从以下三个方面应用虚拟化技术：

（1）应用于只需单机操作的实验课程。非计算机网络方面的课程，虽然实验操作只需在单机上完成，无需搭建网络环境，但不同的课程内容对实验环境的要求却千差万别、日新月异。比如操作系统，从Windows系列到Linux、Unix，根据教学内容的变化，需要随时提供相应版本，这就要求实验室的每台计算机上都要具备多个版本的操作系统，但普通的计算机根本无法支持同时安装多版本操作系统。又比如一些计算机专业课程，需要的是一个综合环境，如Windows+Visual Studio+SQL Server环境，或Linux+MySQL+Apache环境。

针对此类课程，可采用VMware Workstation虚拟化技术搭建多操作系统的实验环境。首先在一台计算机上安装Windows操作系统，并部署虚拟机系统VMware Workstation，然后根据实验需求创建多个虚拟机，每个虚拟机可以安装任意一种操作系统，最后为每台虚拟机安装所需的应用软件，至此一台能支持多种实验环境的计算机部署完成。基于该计算机的虚拟机文件，可以快速的部署实验室中的其他计算机。因为虚拟机的独立性，学生在实验过程中，不必担心因难免的操作失误而破坏物理主机的操作系统，可以更大胆的开展实验，更好的锻炼实践能力。

（2）应用于计算机网络实验课程。计算机网络方面的课程，自然离不开网络环境的支持。每一位正在学习网络知识的学生，都希望能获得亲手搭建、配置网络的机会。但因学校经费有限，而且实验室的课程安排很满，实验室里的计算机和网络设备，不可能随意的让学生去配置网络，否则极易造成设备损坏、网络崩溃，进而影响其他实验课程的正常进行。

针对此类课程，可以采用虚拟化技术搭建一个局域网的虚拟环境。虚拟化技术不仅可以按方法（1）所述虚拟出具有完整硬件设备的虚拟机，还可以虚拟出交换机、虚拟网卡等一系列虚拟网络组件。运用这些组件可将各个虚拟机按不同的实验要求进行组网，练习配置各种网络设备，进行DHCP、DNS服务器以及数据库服务器端的架设等实验。虚拟机中网络的运行方式与现实中的网络环境基本相同，因此学生在实验过程中不仅可以获取更多的实践经验，还无需担心虚拟网卡与虚拟交换机出现故障或冲突。

（3）应用于学生的课后练习。由于实验课程学时有限，很多学生在课上无法完全掌握所有实验内容，希望能在课后多加练习。针对学生课后练习的迫切需求，可以利用虚拟化技术的可移植性，将实验室已经部署好的实验环境快速的迁移到个人电脑里。学生只需用移动设备，将实验室已经部署好的虚拟机文件复制到个人电脑上，并将这个文件部署到机器上，启动虚拟机即可直接使用，个人电脑也就拥有了相同的实验环境。

同样的，当老师上课、作报告或举行专业讲座时，教室或报告厅的计算机未必支持所需的操作系统和应用软件，也可采用同样方法，将所需环境部署为一个虚拟机文件，将其迁移至教室或报告厅的计算机中。

实践证明，采用虚拟化技术搭建的计算机实验教学平台，极大的贴近真实实验环境，为学生提供了丰富多样的实验项目，大大提高了实验技能。基于此平台，我校的实验教学管理更便捷，教学方式更多样化，同时提高了资金和设备的利用率，增强了计算机实验环境的支撑水平和服务能力。随着虚拟化技术的发展，我们将深入探究、合理科学的运用虚拟化技术，进一步提升计算机实验教学的质量与水平。

（作者单位：山东中医药大学）