云计算与虚拟化课程的网络教学方法

宋焱宏

摘要：当前，随着云计算技術的广泛应用，虚拟化（例如存储、桌面和服务器虚拟化）技术通过整合系统提高了信息管理的效率，同时降低了总体成本。而《云计算与虚拟化》也成为各类高校计算机工程和信息系统相关专业不可或缺的重要课程。该课程的学习对于培养学生在云计算与虚拟化相关理论与应用方面的知识与能力，起到基础性作用。在网络教学得到普遍实施的背景下，如何提高《云计算与虚拟化》课程的教学效率与质量，培养更多计算机工程和信息系统专业的优秀人才成为当前高校需要研究的课题。有鉴于此，本文从教学理念和教学过程两个方面切入该课程的网络教学，提出应基于云计算与虚拟化技术研究的理论背景以及实践应用，结合网络教学理论与实践来促进该课程的网络教学。教师应组织开展一系列课程活动夯实学生理论基础，利用编程或编码脚本训练提升学生的实践操作技能。

关键词：云计算与虚拟化;课程;网络教学;方法

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）16-0125-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1概述

随着云计算技术的发展，其模型已经纳入诸多关键环节，例如“按使用付费”、高可用性、灵活性、可扩展性和普遍性。基于云的资源在在线和移动学习中也扮演着重要的角色。云计算通过互联网提供了广泛的标准化和可定制的应用程序和服务。基础设施即服务（IaaS）是服务的基本模型之一，在该模型中客户可以将存储、硬件、服务器和网络组件外包给提供商。除了简化和外包信息技术（IT）运营和项目的某些方面外，云计算还鼓励软件开发人员应对多核、并行编程和虚拟化等关键的下一代编程挑战。在虚拟化环境中进行软件测试正变得越来越普遍。传统内部的IT项目运营需要对基础设施进行较大的前期投资，而使用云端托管的资源和工具进行软件开发更能起到节约成本的作用。

《云计算与虚拟化》是当前高校计算机工程和信息系统相关专业的重要课程。该课程理论与实践并重，在网络教学环境下更需要实现教学理念与方法上的突破。本文基于当前云计算与虚拟化研究的理论背景以及《云计算与虚拟化》课程的教学实践，结合网络教学理论与实践来探讨该课程的网络教学方法。该课程内容繁多、理论性加强，同时也强调实践操作。本文提出相关教学建议，认为应基于一系列课程活动夯实学生理论基础，在编程或编码脚本训练中提升学生的实践操作技能。

2 云计算与虚拟化技术及其应用

在云计算环境中，虚拟化主要通过虚拟机来实现。虚拟机是真实机器的一种表现，其使用的软件提供了一个可以运行相关程序、功能及服务的环境。通过虚拟化，服务器利用率显著提高。虚拟化为硬件资源共享和多个操作系统提供了机会，通过这些操作系统，通用硬件驱动程序被克隆并分配给每个虚拟机。虚拟机监视器（hypervisor）是一个软件层，在逻辑上划分物理硬件和来宾操作系统。虚拟化的最新趋势是裸机方法，即虚拟机监视器直接在硬件上运行，而不需要主机操作系统。VMware和Xen是数据中心最常用的虚拟化产品。这些虚拟机监控程序通过各种功能（如来宾隔离、小代码库、操作系统分离和权限访问）提供高级别的安全性。此外，Xen虚拟机监视器的一个重要特性是它对各种操作系统的中立性，它允许各种操作系统（如Linux、Solaris、BSD等）成为Domain0，用于配置和控制虚拟化活动。Microsoft Azure（在重命名之前称为Windows Azure）是一个云计算平台和基础设施，用于使用Microsoft托管的数据中心构建、部署和管理应用程序和服务。可以使用Microsoft Azure云基础设施服务创建虚拟机。订阅Azure操作简单，可长期使用，适合包括学生在内的各类用户。通常而言，一个小型数据中心的逻辑图形设计，其中只安装若干服务器机架，并分为三层。顶层是消费网络（LAN）。在这一层之下，有一个VMware vSphere分发交换机（VDS）。VDS对物理网络进行抽象，并在vSphere虚拟机监控程序中提供访问级别切换。这对于网络虚拟化非常有用，因为它支持独立于物理结构的逻辑网络[8]。此外，对于虚拟局域网（VLAN）的创建，其中物理网络在逻辑上划分为两个不同的VLAN（Bhuwan-VLAN-1和Bhuwan-VLAN-2）。这些VLAN工作在路由和交换层（即第3层）之上。第2层设备主要是智能交换机，用于将数据中心的第3层组件与核心层（即第1层）交换机互连。

3 《云计算与虚拟化》课程及其网络教学

该课程主要围绕云计算虚拟化技术的基本概念、体系结构、技术原理、业务模式等内容，结合大量的实践案例，明晰虚拟化技术相关方法的各个层面及各类应用以及在云计算中的重要地位和作用。该课程有助于学生对虚拟化技术和云计算技术具有整体认识，熟悉基本的虚拟化方法和产品，并能过将其应用到实际的云计算平台中去。

3.1教学理念的贯彻

网络教学不同于面对面教学，面对面教学过程中形成的教学风格不能简单地转移到网络学习环境中，重要的是要深入了解复杂的网络教学过程和策略，以建立必要的网络教学技能和能力。一般来说，网络教学活动通过设计、促进和指导认知和社会过程，以实现对个人有意义对教育有价值的学习成果。因此，在网络学习环境中体现和执行这些任务的方式要求重新定位。对于网络教学的设计和组织，教师必须能够指定合适的在线学习活动，以满足课程需求，并具备创建和支持在线活动的适当教学方法的知识。教师必须能够展示活动与预期结果之间的相关性，并据此选择适当的媒体。在课程中，教师必须能够管理学生的理论学习和实践参与，并利用在线技术监控整个学习过程，以确保学生学习的真实性与有效性。为了促进网络教学活动，网络课堂应打造开放的氛围，鼓励学生参与网络学习活动，为分组协作学习提供支持。教师应向学生阐明学习要点，了解学生学习需求，创造和支持一个以学生为中心的学习环境。在该教学模式中，师生致力于建立一种类似于学习社区的共同意识，强调学生加入团队合作以支持社区、贡献社区的能力。此外，教师应担负起指导职责，提供生成课程内容所需的知识和资源，为学生解决问题提供帮助，最终确保课程目标的达成。同时，教师也应该成为研究者，不仅要跟上课程主题的发展，而且要用新的教学模式和教学方法来改进教学。

3.2教学法的运用

网络教学对教师的角色和能力提出了更高的标准和要求。教师积极参与是课程设置成功的关键。在《云计算与虚拟化》课程的网络教学过程中，教师应该采取多种教学手段，开展多种教学活动，例如可采用任务教学法，设置具体任务，提供专业知识和技术指导，让学生积极参与讨论，完成任务，进而得出结论。其间，更可以采用合作学习法，将学生分组以解决问题，完成任务，并穿插交互式学习方法，强化合作学习效果。其后，教师还可采用启发式教学法，推荐扩展学习资源，引导学生深入学习。

在开展该课程的网络教学过程中，教师应充分计划，遵循对话的流程，并在需要时提供指导。首先，教师应对学生进行分组，使学生小组能够解决问题或承担任务，通过协作的方式来制定策略并调节和协调自身学习。其次，教师需要以网络平台为讲台，创造良好的网络学习环境，提供明确的学习方向和支持结构。再次，教师通过跟踪学生活动，明确学习任务与目标，建立反应模型来监督和鼓励学习参与学习过程。第四，教师采用适当的教学（协作）模式组建学习小组并分配角色职责，通过协调互动、安排和组织互动结构、提供社会和情感支持来调节和促进小组对学习任务的完成。最后，教师应建立学习规范，并制定相应成绩考核方式。

网络教学需要在线流程和技术的支持，以便能够设计和组织相关教学活动。教师应具备在线交流技能，应具备并能够运用专业知识和教学资源库在网上回应和解决学生提出的问题，给予学生创造性反馈，同时结合情感、技术等一系列手段建设性地解决教学中出现的各类问题。

另外，从交互式学习的视角出发，对于《云计算与虚拟化》这样一门理论与实践并重的课程来说，互动也是能促进教学的重要环节。教师应该确保互动是学习活动的重要组成部分，而不是附加成分。教师可以清楚界定互动内容，以避免出现不必要的冗长信息出现在互动中。在课前阶段，教师和学生之间需要通过互动来实现相互了解，特别是学生个人对学习任务特点的认识和对学习问题的理解。在课中阶段，教师应设置互动场景，并在整个互动过程中保持一定的建设性。教师应掌握学生的互動讨论，通过为互动讨论设定正确的基调来把握互动节奏，并在适当的时候提供意见。学生之间的互动以及学习小组之间的互动应集中体现对问题的分析以及相关解决方案的提出。尤其在合作学习过程中，教师需要了合作模式与互动模式的相互影响。教师要致力于构建反馈机制以鼓励学生进行探究式学习，而不仅仅是即时回答对学生提出的问题。在互动过程中，教师的积极参与应得到学生的认可，让学生发现与老师的交流是有建设性和鼓励性的。在课后阶段，教师的教学指导将逐渐转变为开拓性与延展性的提示，通过提出一些具有启发性的问题，引导学生利用网络学习资源进行拓展性学习，以促进课后学习，巩固教学成果。

3.4 教学平台的应用

《云计算与虚拟化》课程实践性强，对硬件具有较高要求。以Windows Server 2016标准版虚拟服务器为例，此版本最多支持64个插槽和最多4TB的RAM。它包括最多两个虚拟机的许可证，并且支持Nano服务器安装。其完全可以满足对于教学平台的应用。相关设置具体如下：先设置该虚拟机的域名服务器（DNS）地址，而后命名和配置该虚拟服务器。本例中的虚拟机称为SQLServer，然后为虚拟机配置PowerShell（用于管理操作系统和管理任务）和远程桌面服务。在配置和运行新的虚拟服务器之前，还可以选择并添加安全扩展来进一步增强和保护虚拟机。学生还可以创建一个虚拟网络来连接许多虚拟机和数据库。在这个网络示例中，可创建四个不同的子网络。每个子网可以有固定数量的可用Internet协议（IP）地址。而后，可集中显示可用的实际IP地址。在创建虚拟资源之后，设置学生用户权限和访问权限。现有DNS名称可用于活动目录（AD），并可以添加新用户并为其分配不同的角色，即创建新的用户配置文件，并为其指定一个用户管理员角色。在实现远程连接并登录到虚拟机后，学生可使用Powershell集成脚本环境（ISE）使用命令行界面与服务器实现交互。在网络教学实践中，该平台设置能很好地满足教学需求。

基于网络教学平台应用，《云计算与虚拟化》课程教学系统可分为三个子系统：教师教学系统、学生学习系统、教学管理系统，其总体框架如图1所示。

4结束语

《云计算与虚拟化》课程的网络教学要求学生具备自主预习相关背景知识，在实践环节中解决问题并进行自我指导的学习能力。而教师则应了解全局，吸引学生的整体商业观点和价值观。《云计算与虚拟化》作为当前高校计算机工程和信息系统相关专业的重要课程，在网络教学环境下更需要实现教学理念与方法上的突破。教师要基于云计算与虚拟化技术研究的理论背景以及实践应用，结合网络教学理论与实践来促进该课程的网络教学。教师应组织开展一系列课程活动夯实学生理论基础，在编程或编码脚本训练中提升学生的实践操作技能。

参考文献：

[1] 李明俊，陆莹.普通高校《虚拟化与云计算》课程建设的探讨[J].哈尔滨商业大学学报（自然科学版），2013，29（4）：466-469.

[2] 薛炎发.基于Linux底层系统的中职云计算虚拟化教学探究[J].现代职业教育，2018（10）：49.

[3] 邢静宇.《云计算与虚拟化》课程实验教学设计[J].信息与电脑（理论版），2016（17）：243-244，249.

[4] 任亮.基于云计算虚拟化教学手段的研究[J].现代职业教育，2018（34）：22-23.

[5] 唐小勇.《云计算与大数据》课程中虚拟化技术研讨式教学案例[J].科技与创新，2017（9）：147.

【通联编辑：朱宝贵】