计算机虚拟实验教学环境研究

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1引言

近年来随着计算机信息科学技术的快速发展，云计算、大数据、“互联网+”等新兴技术已广泛应用于社会生产活动的各个领域。当下社会对计算机软件相关专业的高校毕业生提出了更高的要求，因而计算机软件相关专业更加注重学生动手实践能力的培养。这就要求高校在计算机软件相关专业实验室建设与管理的投入越来越多。如何利用好现有实验教学资源，节省计算机软件相关实验室的建设与管理成本，提升计算机设备的利用率，来满足多样化、个性化的实验实践教学要求，成了高校实验室管理人员亟需解决的重大难题。

2计算机实验室现存问题

目前我国高校计算机软件实验室，大多是在单机中安装多个操作系统，并对计算机硬盘安装读写保护程序，定期进行软件或系统的更新，这样的管理方式在实际的实验实践教学活动中存在以下几个问题[1]。（1）实验室建设成本高。一方面随着科学技术的不断发展，当前计算机电子产品的更新换代速度越来越快，另一方面实验教学软件的更新对计算机的配置要求也越来越高，这就要求实验室对硬件建设成本的投入越来越高。传统的计算机实验室一般采用单机通过交换机组建实验室局域网络，大量的单机需要高校投入大量的实验室管理成本，如出现故障维修成本较高。（2）管理难度大。实验室计算机数量多，出现硬件问题概率大，且学生实验过程中存在拔掉网线随意安装软件，甚至会出现通过启动盘重装系统破坏原有系统环境的情况，另外学生在使用移动存储设备过程中有可能会携带系统病毒，这些都为实验室的管理增加难度[2]。（3）工作量大维护效率低。通常计算机实验室需要同时满足不同专业、不同课程的教学要求，如出现实验教学软件环境变更，实验室管理人员需向任课教师获取软件资源，进行软件安装同传等操作，一旦出现问题就需逐台安装环境，耗时耗力效率较低。（4）硬件老化速度快。学生在实验过程中操作的随意性，因系统同传硬盘频繁的读写，都会加速计算机硬件的老化速度。另外随着时间推移，操作系统安装的软件越来越多，会增加系统运行负载，降低系统的操作性能。鉴于此，为了满足高校实验室建设与管理的高要求，需要考虑运用新技术积极探讨高校计算机实验室建设与管理方案。

3云平台与虚拟技术

云平台也称云计算服务平台，是一个提供计算机硬件资源与软件资源的服务平台，分别向用户提供计算、网络和存储服务，用户可以通过网络直接获取和使用云端硬件资源与软件资源[3]。虚拟技术是指在一定的硬件基础上，根据用户需求创建一个特定的虚拟操作系统。这个操作系统具有虚拟内存和虚拟CPU，拥有用户需要的数据存储空间[4]。虚拟技术作为云平台的一项关键技术，将原本相互独立的硬件资源进行重新整合，实现硬件资源动态分配与调度，提高原有硬件资源的利用率，并且虚拟技术可以大大降低硬件运维成本，数据更加安全可靠。因此运用云平台与虚拟技术可以为高校师生搭建一个更加开放的计算机实验教学资源共享环境，为高校计算机实验教学提供更好更完善的服务[5]。

4虚拟实验教学环境建设方案

本文讨论的计算机虚拟实验教学环境建设方案是与北京红亚华宇科技有限公司合作完成，根据建设方案搭建计算机虚拟实验教学云平台。根据实验室规模大小配置合理数量的平台服务器，其中一台服务器作为主节点运行虚拟实验环境管理平台，其余几台服务器作为从节点为虚拟实验平台提供硬件支撑。服务器与实验室计算机客户端之间通过网络平台、交换机、路由器组建局域网，为了满足实验教学要求采用千兆网组建教学网络。任课教师只需将上课所需实验环境做成系统镜像，通过实验教学云平台将镜像上传至云端，并在云端制定教学计划，布置教学任务，设定上课所需虚拟机硬件配置。平台会根据上课学生数量以及虚拟机配置要求动态调度从节点承载的硬件资源，学生使用计算机客户端访问云平台，进入虚拟实验教学环境。计算机虚拟实验教学平台的建设采用B/S架构，学生端通过浏览器访问实验教学云平台，平台支持内网与外网同时访问。计算机虚拟实验教学平台包括：用户组织、实验平台、云资源、教学监控、就业推送、在线考试、设备、技能评估管理等功能，丰富的功能体系可以很好地满足不同层次的实验教学需求。

5虚拟实验教学环境的优势

根据上述实验室建设方案搭建计算机虚拟实验教学平台，比传统的计算机实验室具有以下几大优势：（1）有效降低实验室建设硬件成本。采用虚拟实验教学平台，可以根据上课需要合理调整虚拟机硬件配置，不用考虑学生端机器配置达不到要求而增加硬件投入。（2）实验室管理难度降低。采用虚拟实验教学环境，大大降低了硬件故障发生的概率。学生端在虚拟机中运行实验环境，所需教学资源直接从云端获取，上课结束虚拟机硬件资源立即回收，避免了因学生随意操作造成的机器故障。（3）维护方便。采用虚拟实验教学平台，不需要多次安装实验软件、更新系统以及同传系统，只需将实验环境系统镜像上传至云端。学生端虚拟机通过网络加载系统镜像，简化维护流程，大大降低维护成本。（4）提高硬件资源的利用率，实现实验教学资源的共享。采用虚拟实验教学平台，可以很好的满足不同专业、不同课程的实验教学需求，资源分配灵活。另外学生可以适时通过云端获取实验教学资源，达到实验教学资源共享。

6结束语

综上所述，随着高校计算机软件相关专业实验教学要求的不断提高，云平台和虚拟技术已逐渐成为计算机实验室建设和管理的重要手段。基于云平台搭建计算机虚拟实验教学环境，提高了计算机实验室硬件资源调度和管理的灵活度，提高硬件资源的利用率，实现实验教学资源共享，是高校推进计算机实验教学改革与发展的重要途径。

参考文献

[1]王峰,黄刚.基于云平台的计算机实验教学中心建设.实验技术与管理,2014,31(12):121-123

[2]贾林可,熊文渝.基于云平台的虚拟机实验室建设研究.技术与市场,2019,26(3):109-111

[3]朱文普.基于云平台下的计算机实验室建设与管理.学术论坛,2016,168(12):233

[4]李晓佳,郭邵宁,董延华.基于虚拟云技术在实验教学和管理中的应用研究.福建电脑,2018,57(11):116-117

[5]刘楚瑶,刘莉平.基于云平台技术的软件工程实验室的设计与实现.电脑与信息技术,2014,22(3):46-47

作者:吕坤 闫伟  单位:宿迁学院