摘 "要：現(xiàn)代計算機技術(shù)的高速發(fā)展給高校的計算機課程教學(xué)提出了更高的要 求，然而高校由于教學(xué)經(jīng)費緊缺、實驗設(shè)備老化不足、實驗管理工作量過大等一系列問題無法滿足新時代高校計算機課程教學(xué)要求。利用日漸成熟的虛擬化技術(shù)引入高校計算機教學(xué)，能有效緩解或解決這些問題，從而進一步提高高校計算機課程教學(xué)的質(zhì)量，提升高校的信息化建設(shè)水平。

關(guān)鍵詞：虛擬化技術(shù);高校;計算機課程;實踐教學(xué)

中圖分類號：G642 " " " " " "文獻標(biāo)志碼：A " " " " " "文章編號：1003-949X（2015）-01-0077-02

一、高校計算機課程教學(xué)現(xiàn)狀

（一）高?？刂妻k學(xué)成本，實驗設(shè)備存在老化不足等問題

高校管理層從節(jié)約辦學(xué)經(jīng)費角度考慮，除了圖形工作站等專業(yè)性較強的計算機實驗室以外，其它計算機機房不會配置當(dāng)前最高檔次的電腦及其相關(guān)實驗設(shè)備，一般是按照最基本的規(guī)格來配置相關(guān)設(shè)備，這也導(dǎo)致一般的計算機機房的設(shè)備跟不上當(dāng)前的主流配置趨勢，無法安裝最新的操作系統(tǒng)與相關(guān)軟件等。這導(dǎo)致高校計算機實驗室的硬件設(shè)備與軟件更新較慢，無法跟上當(dāng)今計算機軟硬件的發(fā)展趨勢。

（二）機房管理難度高，管理人員工作量大

高校計算機機房承擔(dān)著計算機基礎(chǔ)課程、計算機專業(yè)課程、信息技術(shù)等相關(guān)課程的上機任務(wù)，計算機機房的服務(wù)器上需要根據(jù)教學(xué)任務(wù)安裝Windows XP、Windows Server 2003、Windows 7、Windows Server 2008 R2、Linux等多種操作系統(tǒng)及其各種教學(xué)軟件，學(xué)生機上也需要安裝基于windows或Linux操作系統(tǒng)的各種教學(xué)軟件，而隨著計算機軟件的不斷發(fā)展，需要安裝的新系統(tǒng)與新的應(yīng)用軟件也越來越多，這就給計算機機房設(shè)備的管理與系統(tǒng)維護帶來了更大的難度，也導(dǎo)致機房管理員的工作量不斷加大，工作任務(wù)越來越多。

（三）授課教師“心有余而力不足”，機房管理陷入兩難境地

一方面，授課教師受限于計算機硬件配置不高、實驗設(shè)備老化、操作不便等不利因素，無法開展上機實驗，只好讓學(xué)生觀看實驗圖片或操作視頻，或者干脆讓學(xué)生看書自學(xué)，教學(xué)效果大打折扣。另一方面，機房管理處于兩難的矛盾之中。如果機房管理員對機房進行嚴格管理，學(xué)生的上機實驗會受到很大限制，極大地影響實踐教學(xué)的效果。而如果機房管理員對于機房進行開放管理，學(xué)生的操作不受任何限制，在實驗過程中因操作失誤、操作不當(dāng)或故意搗亂等極易造成系統(tǒng)的損壞，直接影響后續(xù)教學(xué)，也加重了機房管理員的管理與維護工作。

二、虛擬化技術(shù)簡介

（一）虛擬化技術(shù)概念

虛擬化技術(shù)，通俗來講是一種從邏輯角度去看待軟硬件資源、分配軟硬件資源、使用軟硬件資源的方法，而不是從物理角度來處置軟硬件資源的方法與手段。對于某一臺計算機，運用虛擬化技術(shù)后，從用戶的使用角度來看，可以變成多臺計算機，且每臺擁有各自的CPU、內(nèi)存、硬盤等硬件資源與各自獨立的操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序，并且硬件與軟件的操作使用互相獨立，互不影響。虛擬化技術(shù)真正實現(xiàn)了計算機軟硬件資源的獨立分離，用戶甚至無需考慮底層硬件的實現(xiàn)方法，只需要在虛擬環(huán)境上操作所需的系統(tǒng)和軟件。目前，虛擬化技術(shù)已廣泛應(yīng)用到信息化技術(shù)的各個領(lǐng)域，并且已逐步滲透到教育領(lǐng)域的各個層面，成為現(xiàn)代教育技術(shù)中不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)之一。

（二）虛擬化技術(shù)分類

目前，虛擬化技術(shù)的具體應(yīng)用主要是系統(tǒng)虛擬化，例如利用VMware Workstation軟件在計算機上虛擬多種不同的操作系統(tǒng)，用戶可以非常方便地使用不同的操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序，一般稱之為“虛擬機”。其實，按照計算資源的類型分類，可以把虛擬化技術(shù)分為多種類型，如基礎(chǔ)架構(gòu)虛擬化、系統(tǒng)虛擬化和軟件虛擬化等。

（三）具有代表性的虛擬化技術(shù)產(chǎn)品

Vmware是全球最大的虛擬化廠商，其主要代表性虛擬軟件為VMware Workstation、Vmware Player、VMware Fusion、VMware Server、VMware ESXi服務(wù)器和VMware vSphere，能提供極為強大的專業(yè)性虛擬化服務(wù);Xen是由英國劍橋大學(xué)開發(fā)的開源虛擬機軟件，能夠廣泛支持多種操作系統(tǒng)，包括 Windows 和 Linux 的多種版本，具有可移植性強、獨特的類虛擬化支持等特點;KVM是由Qumranet公司開發(fā)，基于GPL授權(quán)的開源虛擬機軟件，KVM可以兼容 Windows和Linux 虛擬機，具有內(nèi)存管理和可擴展性好等優(yōu)點。

三、虛擬化技術(shù)在高校計算機課程教學(xué)中的實際應(yīng)用

（一）虛擬化技術(shù)應(yīng)用在高校計算機課程教學(xué)中的優(yōu)勢

最大化地挖掘現(xiàn)有設(shè)備的潛力，從而降低教學(xué)成本。雖然虛擬化技術(shù)不能從根本上解決現(xiàn)有設(shè)備老化、硬件配置低等問題，但是利用虛擬化技術(shù)可以用軟件來模擬完整的硬件系統(tǒng)，學(xué)校不需要額外購置新的硬件設(shè)備、布置新的實驗場地，只需要配置多臺虛擬機，修改虛擬機設(shè)置就可以實現(xiàn)計算機數(shù)量與功能的擴展?？梢哉f，利用虛擬化技術(shù)可以最大限度地挖掘現(xiàn)有設(shè)備的潛力，既節(jié)約了教學(xué)資源，又減少了經(jīng)費支出，降低了教學(xué)成本。

管理方便，維護工作量小。運用虛擬化技術(shù)可以將一臺真實的物理主機虛擬成若干臺擁有獨立CPU、硬盤、操作系統(tǒng)的虛擬計算機，每臺虛擬機相當(dāng)于物理主機上的一個獨立子系統(tǒng)，每臺虛擬機可以運行不同的操作系統(tǒng)，模擬不同的硬件設(shè)備，各虛擬機之間可以相互獨立，互不干擾，某一臺虛擬機出現(xiàn)故障不會影響物理主機和其他虛擬機的工作。而在需要的情況下，不同的虛擬機也可以相互聯(lián)系，如構(gòu)建虛擬的局域網(wǎng)環(huán)境，虛擬機虛擬的網(wǎng)絡(luò)行為與真實計算機環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)行為完全一致，而且在網(wǎng)絡(luò)實驗中無需擔(dān)心虛擬網(wǎng)卡、虛擬交換機的故障與沖突問題。歸根結(jié)底，虛擬機只是物理主機上的一個軟件系統(tǒng)，相比真實的計算機而言，它的管理更方便，維護更簡單。

方便教學(xué)，易于移植。將虛擬機應(yīng)用到教學(xué)中，可以輕松完成此前受條件限制無法完成的各種上機實驗，而且既可以完成單機實驗，也可以完成網(wǎng)絡(luò)實驗，教師的教學(xué)更加貼近真實，有效地提高了教學(xué)質(zhì)量，學(xué)生的學(xué)習(xí)更加形象直觀，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，大大提升了學(xué)習(xí)效果。并且，虛擬機是以映像文件的方式來進行存儲的，易于移植。學(xué)生在掌握虛擬機操作后，可以直接拷貝映像文件到個人電腦上，在課后自學(xué)，達到了便攜式學(xué)習(xí)的目的。

（二）虛擬化技術(shù)在計算機教學(xué)中的應(yīng)用實例

以某高職院校08年所建的某計算機機房為例，該機房配有計算機42臺，機器基本配置為CPU：Intel 酷睿2雙核 E4500（2.2GHz），內(nèi)存2G，硬盤120G，獨立顯卡（128M），操作系統(tǒng)為Windows XP sp3。該機房從08年至今一直承擔(dān)大學(xué)計算機基礎(chǔ)課教學(xué)與計算機專業(yè)課教學(xué)，因經(jīng)費緊張、計算機機房管理人員緊缺、設(shè)備老化等問題，機房一般只開設(shè)簡單的上機實踐，如windows操作、office辦公軟件使用等基本實驗，而諸如安裝系統(tǒng)、組建網(wǎng)絡(luò)、Linux系統(tǒng)操作等實驗卻因各種原因無法完成，這也直接影響了計算機實驗課的教學(xué)效果。

針對以上問題，將虛擬化技術(shù)引入到該機房的管理與教學(xué)中，基本流程如下：

（1）選擇一臺機器作為樣機，安裝虛擬機軟件Vmware Workstation。

（2）利用Vmware Workstation定制兩臺虛擬機，一臺虛擬機上定制 Windows2003 Server操作系統(tǒng)，另一臺虛擬機上定制Linux 6.0。

（3）將樣機作為發(fā)送端，通過系統(tǒng)同傳的方法將單機上定制好的虛擬環(huán)境克隆到機房的每一臺機器上。

（4）通過虛擬化技術(shù)，給每一臺物理主機配置兩臺虛擬機，通過相關(guān)設(shè)置讓物理主機和虛擬機相互進行數(shù)據(jù)訪問，因此該機房42臺計算機就可以實現(xiàn)126臺（42*3）臺計算機的多系統(tǒng)操作。

（5）一方面，教師與學(xué)生利用虛擬機可以完成之前因條件限制無法完成的如安裝系統(tǒng)、組建網(wǎng)絡(luò)、Linux系統(tǒng)操作等實驗，從而有效地提升計算機課程的教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。另一方面，機房的管理成本與工作量都沒有增加，節(jié)約了大量的教學(xué)資源，也節(jié)省了辦學(xué)經(jīng)費。

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收稿日期： 2015-1-9

作者簡介： 任可，長沙師范學(xué)院電子與信息工程系講師，研究方向：計算機應(yīng)用技術(shù)。