“共享型”微机原理实践教学平台的设计

郝丽俊 王艳 严加勇 司博宇 白宝丹

摘要：近年来，随着信息技术与教育教学的逐渐融合，各类在线教学平台层出不群。微机原理及应用是一门理论实践并重的专业性课程，具有知识点多，实践课时少，实验场地无法实时满足学习需求等特点。本文基于“互联网”，探索设计了一种“共享型”微机原理实践教学平台。平台利用云管理技术进行虚拟化分配和管理，有效实现了教学资源的共享。学生可通过虚拟账户随时访问平台并进行实践项目练习。该平台有助于实践教学打破时空限制，实现真正意义上的开放。

关键词：微机原理及应用;“互联网+教育”;资源共享;虚拟机;实践

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）20-0157-02

一、前言

“互联网+”的兴起，给教学模式带来了新的启发。自此，学习已成为无时不可、无地不可的事情，真正实现了时空上的开放[1]。同时，信息技术高度发展和互联网时代的到来，也促进了“共享产业”的发展。共享教育的提出，更多地是强调个体在学习中的主体地位，期望实现从终身教育到终身学习[2]。如今，各种在线课程，如公开课程、慕课等比比皆是。只要我们有心学习，一般都可以通过网络获得相应的资源。但是，这些内容多为理论，少有的实验内容也均以演示方式呈现。从这个角度来说，学生仍是一个被动的学习者。所以，这种模式可能更适合于理论性的学习。然而，对于计算机编程类课程，理论和实践并重。尤其对于应用型本科院校来说，实践能力的提高显得尤为重要。创造条件，使学生充分利用实验教学资源，有助于激发学生自主学习热情，提升学习效果。因此，实验室的开放在新时期高校实验教学改革中非常重要[3]。然而，在传统的观念中，实验室的开放是实验场地物理空间上的开放，学生需到实验室进行练习。但在如今吃饭都要叫“外卖”的形势下，愿意自主到实验室的学生数量估计也不是很理想。另外，这种做法也受限于管理老师的时间，无法做到真正意义上的开放。基于此，本文设计了一种基于云环境的微机原理实践教学平台。平台立足于云环境技术，资源由云端提供，大大降低了对实验教学环境的场地和硬件要求。平台使用者共享云端资源，包括教学资料和系统资源。云管理平台则根据实践任务的不同，有效调度和分配存储器资源，提高资源的利用率。借助虚拟桌面技术，学生可随时远程访问开发环境，自主学习。通过该平台，学生的实践练习不必局限于场地和时间，实现了实验室的真正开放。

二、共享型微机原理实践教学平台的设计

基于“互联网+”，应用“共享经济”思维，本文设计构建微机原理实践教学平台，如图1所示。该平台基于云环境开发，教学和存储资源由云端统一提供，由管理控制模块进行调度分配;用户访问则采用虚拟机技术和云桌面模块实现。应用时，管理控制模块将根据任务进行具体的资源分配。用户首先通过UI端口申请虚拟机的使用，接着通过云桌面访问虚拟机。在个人PC端，只需通过远程访问，开启虚拟机，便可进行实验练习。

1.基于OpenStack的管理控制模块。OpenStack是一个开源的云管理平台项目。它可将一台物理机虚拟出多个虚拟机（其实也可以把OpenStack的工作的一部分想象为VMware），然后对虚拟机进行各种管理。最重要的是，云管理平台可按需动态分配资源，有效提高资源的利用率。

2.应用虚拟机技术，实现资源共享。基于OpenStack，平台采用虚拟机方式进行管理，包括服务器虚拟化技术和桌面虚拟化。服务器虚拟化技术实现了服务器硬件设备与应用系统相分离。通过服务器虚拟化，一台物理服务器被虚拟成多台虚拟服务器，各虚拟服务器根据实际需求进行资源的动态分配，从而使服务器的利用率大大提高。桌面虚拟化则是借助虚拟化技术和分布式技术，使用户操作环境与系统实际运行环境分离，从而实现对所有终端桌面的集中监控和管理，提高管理效率。采用桌面虚拟化后，用户在任何时间、任何地方都可以访问到自己的桌面系统。如图2所示，管理者统一制作并管理对应不同实验内容的虚拟机模板，有多少个实验内容，就对应设计多少个虚拟机模板。不同的虚拟机模板镜像对应不同的实验内容。根据应用需要，一个虚拟机模板可衍生复制出多个虚拟机。使用者可申请并通过windows远程桌面连接得到相应的一个临时或长期的虚拟机。当要完成其他实验时，用户点击实验项目，便可再自动分配得到一个新的虚拟机。

3.平台在实践教学中的应用。在每学期的课程教学中，云平台管理老师为具体的授课老师和学生提供账号。授课老师的权限比较高，可以定期发布一学期的实践教学内容，规定实践项目的完成时间，查看所有学生的实验完成情况，并发布实验成绩。学生可以查看老师发布的实践项目指导书，在规定时间内完成实践项目，提交实验报告，查看成绩。学生可通过账户名申请并由windows远程桌面链接得到一个临时或长期的虚拟机，逐个完成老师指定的实验项目。

三、结论

微机原理及应用课程是一门理实并重的专业基础课程，然而，在目前大部分的院校，该课程受限于学时数，课堂时间非常有限。尤其对于实践部分，实践学时数少是一方面，同时实验室设备更新也比较慢，课程安排无法真正满足教学需求。在“互联网+教育”的理念指导下，本文设计了一个可资源共享的微机原理虚拟实践教学平台。在此平台上，资源由云端环境统一提供。基于远程托管的专用虚拟桌面，学生用户在服务器上有自己一套独立的虚拟桌面系统，虽与其他用户共享虚拟机模板，但用户之间互相隔离，互不影响。学生在个人PC机上通过账户登录，选择要练习的项目，云管理平台便可根据项目分配虚拟机模板和所需资源。该平台的推广，将有利于实验室环境的真正开放，学生学习更加便捷，打破传统的时空限制，使实践学习也能够如理论学习一样，随时随地都可进行。

参考文献：

[1]张岩.“互联网+教育”理念及模式探析[J].中国高教研究，2016，2（13）：70-73.

[2]王長文，徐进.共享型职业教育实训基地体制机制研究与实践[J].哈尔滨职业技术学院学报，2016，（5）：1-4.

[3]史道玲，王静，张帆.“互联网+”时代的微机原理课程教学模式改革[J].电脑知识与技术，2017，13（32）：134-135.