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        虛擬云實驗平臺在網(wǎng)絡(luò)綜合實訓教學改革的應用

        2019-12-05 02:49:36李鵬曹洪武鄔歡歡范振岐
        無線互聯(lián)科技 2019年18期
        關(guān)鍵詞:教學改革

        李鵬 曹洪武 鄔歡歡 范振岐

        摘 ? 要:邊疆建設(shè)急需網(wǎng)絡(luò)信息化人才,當今網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與軟件更新?lián)Q代迅速,邊疆高校實驗環(huán)境與建設(shè)經(jīng)費無法滿足相關(guān)專業(yè)的教學需要。在教學實驗改革中,文章通過在云實驗平臺中加入預設(shè)的虛擬機鏡像系統(tǒng),引導學生自主學習,完成“網(wǎng)絡(luò)綜合實訓”等相關(guān)課程,提高了教學質(zhì)量。

        關(guān)鍵詞:虛擬云試驗平臺;網(wǎng)絡(luò)綜合實訓;教學改革

        當前我國西部邊疆經(jīng)濟發(fā)展迅速,網(wǎng)絡(luò)信息化建設(shè)人才需求日益增多,但邊疆普通高校的“計算機與網(wǎng)絡(luò)通信”課程建設(shè)還存在短板和不足,在網(wǎng)絡(luò)綜合實訓中面臨師資短缺、課時不夠、實驗設(shè)備不足、實驗環(huán)節(jié)難以充分實現(xiàn)等諸多問題,必須在教學中采取有效措施,提高教學質(zhì)量,為興疆固邊服務。

        1 ? ?網(wǎng)絡(luò)綜合實訓 的教學實踐性與復雜性

        網(wǎng)絡(luò)綜合實訓是計算機與網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)學生在完成專業(yè)基礎(chǔ)課學習與大部分專業(yè)課程學習之后,綜合應用所學知識,選擇貼近生產(chǎn)與科研實際的項目,完成計算機工程實踐的重要課程,是對學生實踐動手能力的綜合鍛煉。

        網(wǎng)絡(luò)綜合實訓中應用到的專業(yè)課程有“計算機網(wǎng)絡(luò)”“綜合布線技術(shù)”“Linux技術(shù)應用”“網(wǎng)際互聯(lián)技術(shù)”等。

        學生的選題涉及以下知識模塊:傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議(Transmission Control Protocol/Internet Protocol,TCP/IP)的原理及應用,數(shù)據(jù)包的采集與分析,交換機路由器配置與路由維護,多種常用服務器的搭建,網(wǎng)絡(luò)攻防平臺中的靶機建立、攻擊與防御過程,入侵檢測系統(tǒng)與蜜罐系統(tǒng)的建立與維護。

        網(wǎng)絡(luò)綜合實訓涉及大量的特殊實驗,比如交換機路由器需要多種的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備,這些設(shè)備參數(shù)復雜、配置時間長、模塊昂貴。再如網(wǎng)絡(luò)攻防實驗具有一定的破壞性,對目標計算機的系統(tǒng)會造成種種危害。此外,還有大量驗證性實驗,例如對典型的“0day漏洞”進行攻擊,理解操作系統(tǒng)的隱患所在位置與補丁修復后的效果。

        部分實驗操作復雜,需要學生用幾小時甚至數(shù)天時間去攻擊靶機,讓部分學習不夠細致的學生在綜合實訓的起始階段就難以入門。教師在實驗環(huán)境配置與修復上花費了大量的精力,在實驗講解上花費了大量的重復時間,卻往往不能收到應有的效果。

        計算機與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備更新?lián)Q代的頻率很快,通常5年就會更新,每次的軟件硬件升級或更新都是巨大的資金支出,對于普遍建設(shè)資金緊張的邊疆高校來講是難以承擔的負擔,實際上,實驗室部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備建設(shè)完成后都用了8年以上。

        綜合實訓課程的知識結(jié)構(gòu)復雜,學習難度大,對教師教學與學生學習都是嚴峻的考驗。用傳統(tǒng)教學方式,費時費力,學生的學習效果也不夠好,即使完成了課程實訓,再來撰寫實驗報告也是很漫長的工作,各屆學生都反映學習強度太大,部分學生難以按質(zhì)按量完成教師所布置的任務。

        2 ? ?虛擬云平臺的基本結(jié)構(gòu)

        虛擬云平臺的應用改變了以上弊端,對于實驗中容易出錯的操作,教師可以事先錄制操作步驟,上傳到云端,供學生點擊學習。邊學習邊操作減輕了教師的教學壓力,學生可以在課前預習實驗內(nèi)容,提高了教學效果。

        虛擬機云平臺采用瀏覽器/服務器模式(Browser/Server,B/S)結(jié)構(gòu),學生注冊賬戶,經(jīng)過任課教師審核通過后可進入平臺,進行相關(guān)的綜合實訓,在實驗課程中選擇與教師講授同步的課程,在課余時間可以自由選擇感興趣的題目進行學習。

        虛擬云平臺集成了VMware相關(guān)技術(shù),將各門課程的實驗題目整合,學生提交實驗報告,教師在線批閱報告后給出評分。教師在批閱報告時,能通過后臺系統(tǒng)查看此學生所操作的虛擬機狀態(tài),確認該生是否真正完成了實驗操作。

        由于實訓題目中有部分是破壞性題目,為防止學生利用所學網(wǎng)絡(luò)攻防知識攻擊系統(tǒng),平臺設(shè)定了多重保護措施,做好數(shù)據(jù)備份。平臺的操作日志寫入網(wǎng)絡(luò)中的其他備份計算機,確保數(shù)據(jù)與成績的安全。云實驗教學平臺結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        3 ? ?實驗平臺的應用過程

        教師進入系統(tǒng)后臺,建立課程,從實驗系統(tǒng)導入對應的實驗單元,也可以增加自己設(shè)計的實驗模塊。教師在虛擬機上可以配置各種應用程序和實驗環(huán)境,并且可以指定機型,自行設(shè)定硬件配置,生成虛擬機鏡像文件并上傳。

        完成課程建設(shè)后,通知學生注冊或選修本課程。批準學生選課后,學生即可選修已經(jīng)開放的實驗內(nèi)容。

        對于難以配置的計算機系統(tǒng),教師可以在云端虛擬機中預設(shè)多個不同的實驗狀態(tài),學生在某個步驟遇到阻力,或者操作出錯時,既可以點擊導入虛擬機的上一個狀態(tài),重新進行操作,也可以導入虛擬機的下一個鏡像,跳過某步操作,先完成整個實驗思路,再返回來重新學習避免因為一個步驟不熟悉,卡住了整個實驗。

        注冊用戶為學生,經(jīng)教師批準后即可進入選課平臺,多門課程實現(xiàn)了賬戶共享,學生只需要成功注冊一次即可。

        學生登錄實訓云平臺,部分課程只能在指定實驗室環(huán)境中使用,絕大部分基礎(chǔ)實驗可以在連入校園網(wǎng)的計算機中使用,在手機端也可用瀏覽器登入平臺,但只能進行課程討論,類似于BBS,實驗虛擬機模塊所需要的資源量太大,又需要相關(guān)平臺插件,無法在手機中運行。

        學生的作業(yè)提交—實驗報告中附帶截圖,并上傳用仿真軟件繪制的拓撲圖,教師可以查看學生的虛擬機狀態(tài),核實學生是否真的完成了實驗。事后,將虛擬機關(guān)閉,釋放內(nèi)存空間,也可以設(shè)計為時間到點后,自動關(guān)閉本次課程的所有虛擬實驗環(huán)境,還原所有修改,在下次使用時,初始化所有虛擬機。對于小型實驗,可以將恢復時間設(shè)定為4 h,大型實驗設(shè)定為8 h,綜合實訓則設(shè)定為兩周,學生在兩周內(nèi)完成所有任務,撰寫實驗報告,將實驗過程中的關(guān)鍵截圖導入實驗報告,提交給教師,兩周后,所有更改清零,系統(tǒng)恢復初始狀態(tài),學生可以根據(jù)實驗報告中的實驗步驟再次練習實驗。教師也可將優(yōu)質(zhì)的實驗報告電子版導出,給下屆學生作為參考資料。

        4 ? ?云平臺的應用效果探討

        云平臺加上鏡像虛擬機的配置簡化了實驗操作過程,降低了配置難度,把教師從繁重的系統(tǒng)配置與審核過程中解脫了出來,可以專心進行實驗設(shè)計,并將關(guān)鍵實驗操作步驟用錄屏軟件制作為微課產(chǎn)品,供學生自學,教師根據(jù)教學效果與學生反饋,不斷更新教學內(nèi)容,提高了教學質(zhì)量。

        經(jīng)過一年的試運行,用平臺授課的效果很好,教師可以統(tǒng)計學生的訪問頻率,通過查看統(tǒng)計可知學生的實驗完成情況,也可以了解學生對高難度實驗的掌握情況。

        學生通過云實驗平臺,進入預先配置好的實驗環(huán)境,在微課與設(shè)計指導書的指引下完成指定的實訓任務,便于學生在宿舍事先預習實驗內(nèi)容,到實驗室直接完成實驗,難點可通過論壇和留言板快速討論。

        對于學生的報告可以更方便地撰寫和批閱,教師進入系統(tǒng)管理,在教師后臺管理中即可審閱,給出成績后,學生可以實時看到。如果需要提示某些操作細節(jié),也可在教師后臺中通過短消息的形式發(fā)給學生,對于重要的操作,或者是多個學生都犯的錯誤,可以在課程討論模塊發(fā)布主題,平臺的所有學生都能看到,也都能參與討論。實現(xiàn)了自學—討論—提高—深入學習的良性循環(huán),簡化了實訓流程,能較快地完成實踐項目。

        從某種意義上來說,云平臺的應用也存在缺點:

        首先,減少了學生的學習機會,使得學生沒有調(diào)試系統(tǒng)“百思不得其解的痛苦感”,也沒有經(jīng)歷過繁瑣的配置過程,而這在今后的工作中會經(jīng)常遇到。

        其次,在虛擬機上按照預定的配置去完成對應操作是很容易,但現(xiàn)實中的設(shè)備配置遠比這些復雜,出錯之后的調(diào)試過程也與虛擬機上的調(diào)試完全不同。

        最后,實訓中容易出現(xiàn)“重操作,輕理論”的現(xiàn)象,部分學生喜好動手操作,做出看得見摸得著的實訓成果,而不習慣去鉆研分析理論知識,導致理論基礎(chǔ)欠缺,難以勝任耐心和細致的設(shè)備調(diào)試與系統(tǒng)維護工作。

        5 ? ?結(jié)語

        綜上所述,應用云平臺虛擬機可以引導學生較快完成實驗任務,掌握基本操作。在此基礎(chǔ)上,仍然需要讓學生自行配置真實的服務器、布線系統(tǒng)、交換機路由器,以培養(yǎng)實踐操作能力,兩者同等重要。

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