鄭秀琴

摘 要：高職實踐教學(xué)的目的是培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力，在教學(xué)計劃中占很大比例。為了搭建符合實際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的實踐平臺，在教學(xué)中大量運用了虛擬化技術(shù)。各種虛擬機和模擬器在實踐課上和頂崗實習(xí)期間的廣泛應(yīng)用，克服了實驗設(shè)備和時間、空間的限制，提升實踐教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：實踐教學(xué);虛擬技術(shù);教學(xué)改革

0 引言

本文作者在高職計算機類專業(yè)的教學(xué)實踐中，廣泛應(yīng)用虛擬技術(shù)來搭建實驗、實訓(xùn)環(huán)境，指導(dǎo)學(xué)生在課堂上和校外頂崗實習(xí)期間的實踐活動。學(xué)校機房一般都是多門課程、多個班級甚至多個專業(yè)共用的，考慮成本因素，一般不會專門為某門課程在計算機上搭建專用的硬件實驗環(huán)境，因此虛擬機和模擬器的使用就成了滿足實驗需求的重要方法，有效地解決了計算機類專業(yè)實驗室成本高、管理難度大和硬件數(shù)據(jù)量不足等問題，使得學(xué)生可以在單機的環(huán)境下開展實驗。本文介紹了目前常用虛擬機和模擬器在高職實踐教學(xué)中的應(yīng)用情況。

1 虛擬機軟件在實踐教學(xué)中的應(yīng)用

常見的虛擬機軟件有四種：VMware、VirtualBox、Hyper-V和Virtual_PC。VMware公司是全球虛擬化解決方案的領(lǐng)導(dǎo)廠商，一般的實驗環(huán)境可使用Vmware的 Workstation版本即可滿足要求。Oracle VM VirtualBox是Oracle公司一款開源的虛擬機軟件。Hyper-V是微軟的一款基于hypervisor技術(shù)的虛擬化產(chǎn)品，作為一個組件被集成到了Windows Server 2008中，無須單獨付費。Vitrual PC只能虛擬出32位的系統(tǒng)，微軟不會再推出能虛擬出64位系統(tǒng)的Virtual PC版本。我們在教學(xué)中選擇了VMware。下面是應(yīng)用VMware搭建實訓(xùn)環(huán)境來完成的專業(yè)課程實訓(xùn)內(nèi)容。

1.1 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

高職網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)課程主要有Linux和Windows Server。在這兩門課程的教學(xué)中，我們在VMware虛擬機上，讓學(xué)生完成了各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的安裝和配置。VMware提供了三種可供選擇的網(wǎng)絡(luò)連接：橋接模式（Bridged）、網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換模式（NAT）和主機模式（host-only）。在實訓(xùn)過程中，根據(jù)需要可以靈活選擇網(wǎng)絡(luò)連接模式。另外，VMware的快照和還原功能，給實訓(xùn)提供了更多的便利，學(xué)生可以對某些重要環(huán)節(jié)反復(fù)訓(xùn)練，而避免重復(fù)簡單的操作，大大提高了學(xué)習(xí)效率和實訓(xùn)效果。

在虛擬主機上完成的實訓(xùn)項目主要有：操作系統(tǒng)的安裝與配置、架設(shè)DHCP服務(wù)器、架設(shè)DNS服務(wù)器、WEB服務(wù)的安裝與配置、FTP服務(wù)的安裝與配置、創(chuàng)建與管理郵件服務(wù)器、創(chuàng)建與管理流媒體服務(wù)器等。

1.2 計算機系統(tǒng)安全

計算機系統(tǒng)安全也是高職計算機類專業(yè)的重要內(nèi)容，它指計算機在數(shù)據(jù)處理中所采取的安全保護(hù)技術(shù)和管理措施，計算機系統(tǒng)的安全保護(hù)主要包括基于身份的安全策略、基于角色的安全策略和基于規(guī)則的安全策略等三個方面。

計算機系統(tǒng)安全的實驗大多是破壞性的，有的還是不可逆的，因此不能在真實的計算機上操作。

計算機系統(tǒng)安全的實驗主要有：密碼學(xué)基礎(chǔ)實驗、計算機系統(tǒng)硬件安全實驗、操作系統(tǒng)安全實驗、數(shù)據(jù)庫安全實驗、應(yīng)用系統(tǒng)安全實驗、應(yīng)急響應(yīng)與災(zāi)難恢復(fù)實驗、計算機系統(tǒng)安全風(fēng)險評估等。這些實驗我們大部分都是在虛擬機上完成的，讓學(xué)生可以大膽操作，不用擔(dān)心造成損失，也不用花時間去恢復(fù)系統(tǒng)。

2 網(wǎng)絡(luò)模擬軟件在實踐教學(xué)中的應(yīng)用

目前較常用的思科網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模擬器主要使用Packet Tracer和GNS3。華為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模擬器是eNSP。Packet Tracer 是由Cisco公司發(fā)布的一個模擬器，為學(xué)習(xí)CCNA課程的網(wǎng)絡(luò)初學(xué)者進(jìn)行設(shè)計、配置、排除網(wǎng)絡(luò)故障提供了網(wǎng)絡(luò)模擬環(huán)境。它簡單易用，屬于純軟件模擬，和真實的環(huán)境有差距，命令不全。

GNS是一種可以運行在多平臺上的圖形界面網(wǎng)絡(luò)虛擬軟件，通過它可以完成思科的CCNA、CCNP和CCIE等認(rèn)證考試的實驗?zāi)M操作。

GNS3是在計算機中虛擬出網(wǎng)絡(luò)設(shè)備并安裝相應(yīng)的操作系統(tǒng)，模擬真實的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

eNSP（Enterprise Network Simulation Platform）是一款由華為公司提供的免費、可擴展、圖形化操作界面的網(wǎng)絡(luò)仿真平臺。下面介紹網(wǎng)絡(luò)模擬器在課程教學(xué)中的使用情況。

2.1 Intranet組建

在學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識時，教師一般使用Packet Tracer，在它的模擬模式下，可提供數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)脑敿?xì)處理過程，觀察網(wǎng)絡(luò)實時運行情況，有助于學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)原理的理解。但由于Packet Tracer是仿真平臺，有些命令不支持，所以有些實驗在Packet Tracer上實現(xiàn)不了，可在GNS3上進(jìn)行。對于那些網(wǎng)絡(luò)專業(yè)基礎(chǔ)較好或?qū)W(wǎng)絡(luò)技術(shù)興趣濃厚的同學(xué)，教師會建議他們多使用GNS3，也為學(xué)生參加思科認(rèn)證考試和今后的工作打下基礎(chǔ)。學(xué)生在校外實習(xí)期間如果碰到網(wǎng)絡(luò)問題，也可以在GNS3中搭建與實際網(wǎng)絡(luò)接近的環(huán)境，尋找解決問題的途徑。如果實際網(wǎng)絡(luò)中使用的是華為的設(shè)備，則讓學(xué)生使用eNSP仿真平臺。教學(xué)中Packet Tracer和GNS3的配合使用，為網(wǎng)絡(luò)原理、Intranet組建、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)這些內(nèi)容的實踐教學(xué)構(gòu)造了一個較好的實驗平臺，提升了教師實踐教學(xué)水平和學(xué)生的實踐能力。

2.2 網(wǎng)絡(luò)安全

由于網(wǎng)絡(luò)安全實驗的特殊性，使得這部分內(nèi)容的實踐教學(xué)存在著一些困難。雖然現(xiàn)有一些網(wǎng)絡(luò)安全實驗平臺，但價格貴、更新成本高，所以很多學(xué)校并沒有建設(shè)專用的網(wǎng)絡(luò)安全實驗室。因此在教學(xué)中如何搭建一個虛擬的網(wǎng)絡(luò)安全實驗環(huán)境，成了任課教師必須解決的問題。

GNS3是一款具有圖形化界面的網(wǎng)絡(luò)虛擬軟件，它在Dynampis的基礎(chǔ)上集成了Dynagen，并且整合了Qemu/Pemu、Virtual Box、 Winpcap、Putty 、Wireshark等軟件，提供實驗所需多方面的功能，它還可以模擬Cisco的PIX、ASA、IPS等安全設(shè)備。將GNS3與VMware或Virtual Box 等虛擬機或與真實的計算機互聯(lián)，可以模擬與實際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境一致的實驗環(huán)境。

學(xué)生可以在這個環(huán)境里進(jìn)行攻防實驗和流量控制等各種實驗。使用Wireshark可以捕獲任意路徑上的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報文，進(jìn)行協(xié)議分析。GNS3完全具備快速構(gòu)建復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，并且與物理網(wǎng)絡(luò)、物理主機或虛擬機互通的特點，教學(xué)中我們使用它建立網(wǎng)絡(luò)安全虛擬實驗平臺實施教學(xué)，使得實驗教學(xué)與理論教學(xué)緊密結(jié)合，相互促進(jìn)，在幫助學(xué)生深入學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識的同時，真正地掌握實際的操作技能。

3 手機模擬器的應(yīng)用

隨著智能手機的普及，APP正改變著人們的生活。計算機類專業(yè)都紛紛開設(shè)移動應(yīng)用開發(fā)課程。Android以其開源的優(yōu)勢已經(jīng)成為智能手機的主流操作系統(tǒng)。目前Android系統(tǒng)APP的開發(fā)工具最常用的是Eclipse。開發(fā)的APP需要在各種不同版本的Android平臺上運行，發(fā)布前需要先進(jìn)行測試。如果開發(fā)人員在每個型號的手機上進(jìn)行測試，那是不可能的，但可以在安卓模擬器上先進(jìn)行測試。ADT中帶有各種版本的安卓模擬器，在APP開發(fā)的教學(xué)過程中，使用模擬器進(jìn)行測試，降低了開發(fā)成本，提高了開發(fā)效率。

4 使用虛擬化技術(shù)的注意事項

①英特爾（Intel）和AMD的大部分CPU均支持Virtualization Technology（VT），名稱分別為VT-x、AMD-V。VT開啟之后對各種虛擬機和模擬器的性能有非常大的提高。VT的開啟在BIOS中設(shè)置。如Phoenix BIOS機型的開啟步驟：進(jìn)入BIOS，選擇Configuration選項，將Intel Virtual Technology選項設(shè)置為Enabled。

②使用虛擬化技術(shù)開展實踐教學(xué)，至少需要開啟一個虛擬機或模擬器，對于一些綜合性實驗，需要開啟多個，這對計算機硬件的配置要求就比較高，主要是CPU、內(nèi)存和硬盤。因此在機房建設(shè)初期就要考慮到這些因素，否則在教學(xué)過程中，會由于計算配置太低，有些實驗無法開展，或者需要多臺機器配合使用，才能完成實驗，這樣就會降低教學(xué)效果。

5 小結(jié)

虛擬技術(shù)在計算機類專業(yè)實踐課程教學(xué)中的應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)教學(xué)模式下存在的一些問題，是實驗室教學(xué)資源的一個很好的補充。在虛擬化技術(shù)還在不斷發(fā)展的今天，虛擬化已不再是單純的服務(wù)器虛擬化、桌面虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化，甚至手機移動虛擬化等也正快速地走進(jìn)我們的生活。如何更好地應(yīng)用先進(jìn)的虛擬技術(shù)和虛擬平臺，進(jìn)一步拓展和完善實踐教學(xué)，提升學(xué)生的計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用能力，是我們在接下來的工作中要繼續(xù)努力探索的課題。虛擬技術(shù)的應(yīng)用不局限于計算機類專業(yè)的實踐教學(xué)，還可以推廣到機電類、財經(jīng)類、醫(yī)學(xué)類等專業(yè)的實踐教學(xué)，因此本課題的研究具有重要的意義。

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課題項目：

本論文為浙江省教育廳2014年度省教育技術(shù)研究規(guī)劃課題“遠(yuǎn)程控制與虛擬技術(shù)在職教實踐環(huán)節(jié)中的應(yīng)用研究”（JB094）的研究成果。