“共享型”微機原理實踐教學(xué)平臺的設(shè)計

郝麗俊 王艷 嚴加勇 司博宇 白寶丹

摘要：近年來，隨著信息技術(shù)與教育教學(xué)的逐漸融合，各類在線教學(xué)平臺層出不群。微機原理及應(yīng)用是一門理論實踐并重的專業(yè)性課程，具有知識點多，實踐課時少，實驗場地?zé)o法實時滿足學(xué)習(xí)需求等特點。本文基于“互聯(lián)網(wǎng)”，探索設(shè)計了一種“共享型”微機原理實踐教學(xué)平臺。平臺利用云管理技術(shù)進行虛擬化分配和管理，有效實現(xiàn)了教學(xué)資源的共享。學(xué)生可通過虛擬賬戶隨時訪問平臺并進行實踐項目練習(xí)。該平臺有助于實踐教學(xué)打破時空限制，實現(xiàn)真正意義上的開放。

關(guān)鍵詞：微機原理及應(yīng)用;“互聯(lián)網(wǎng)+教育”;資源共享;虛擬機;實踐

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2019）20-0157-02

一、前言

“互聯(lián)網(wǎng)+”的興起，給教學(xué)模式帶來了新的啟發(fā)。自此，學(xué)習(xí)已成為無時不可、無地不可的事情，真正實現(xiàn)了時空上的開放[1]。同時，信息技術(shù)高度發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)時代的到來，也促進了“共享產(chǎn)業(yè)”的發(fā)展。共享教育的提出，更多地是強調(diào)個體在學(xué)習(xí)中的主體地位，期望實現(xiàn)從終身教育到終身學(xué)習(xí)[2]。如今，各種在線課程，如公開課程、慕課等比比皆是。只要我們有心學(xué)習(xí)，一般都可以通過網(wǎng)絡(luò)獲得相應(yīng)的資源。但是，這些內(nèi)容多為理論，少有的實驗內(nèi)容也均以演示方式呈現(xiàn)。從這個角度來說，學(xué)生仍是一個被動的學(xué)習(xí)者。所以，這種模式可能更適合于理論性的學(xué)習(xí)。然而，對于計算機編程類課程，理論和實踐并重。尤其對于應(yīng)用型本科院校來說，實踐能力的提高顯得尤為重要。創(chuàng)造條件，使學(xué)生充分利用實驗教學(xué)資源，有助于激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)熱情，提升學(xué)習(xí)效果。因此，實驗室的開放在新時期高校實驗教學(xué)改革中非常重要[3]。然而，在傳統(tǒng)的觀念中，實驗室的開放是實驗場地物理空間上的開放，學(xué)生需到實驗室進行練習(xí)。但在如今吃飯都要叫“外賣”的形勢下，愿意自主到實驗室的學(xué)生數(shù)量估計也不是很理想。另外，這種做法也受限于管理老師的時間，無法做到真正意義上的開放。基于此，本文設(shè)計了一種基于云環(huán)境的微機原理實踐教學(xué)平臺。平臺立足于云環(huán)境技術(shù)，資源由云端提供，大大降低了對實驗教學(xué)環(huán)境的場地和硬件要求。平臺使用者共享云端資源，包括教學(xué)資料和系統(tǒng)資源。云管理平臺則根據(jù)實踐任務(wù)的不同，有效調(diào)度和分配存儲器資源，提高資源的利用率。借助虛擬桌面技術(shù)，學(xué)生可隨時遠程訪問開發(fā)環(huán)境，自主學(xué)習(xí)。通過該平臺，學(xué)生的實踐練習(xí)不必局限于場地和時間，實現(xiàn)了實驗室的真正開放。

二、共享型微機原理實踐教學(xué)平臺的設(shè)計

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”，應(yīng)用“共享經(jīng)濟”思維，本文設(shè)計構(gòu)建微機原理實踐教學(xué)平臺，如圖1所示。該平臺基于云環(huán)境開發(fā)，教學(xué)和存儲資源由云端統(tǒng)一提供，由管理控制模塊進行調(diào)度分配;用戶訪問則采用虛擬機技術(shù)和云桌面模塊實現(xiàn)。應(yīng)用時，管理控制模塊將根據(jù)任務(wù)進行具體的資源分配。用戶首先通過UI端口申請?zhí)摂M機的使用，接著通過云桌面訪問虛擬機。在個人PC端，只需通過遠程訪問，開啟虛擬機，便可進行實驗練習(xí)。

1.基于OpenStack的管理控制模塊。OpenStack是一個開源的云管理平臺項目。它可將一臺物理機虛擬出多個虛擬機（其實也可以把OpenStack的工作的一部分想象為VMware），然后對虛擬機進行各種管理。最重要的是，云管理平臺可按需動態(tài)分配資源，有效提高資源的利用率。

2.應(yīng)用虛擬機技術(shù)，實現(xiàn)資源共享?；贠penStack，平臺采用虛擬機方式進行管理，包括服務(wù)器虛擬化技術(shù)和桌面虛擬化。服務(wù)器虛擬化技術(shù)實現(xiàn)了服務(wù)器硬件設(shè)備與應(yīng)用系統(tǒng)相分離。通過服務(wù)器虛擬化，一臺物理服務(wù)器被虛擬成多臺虛擬服務(wù)器，各虛擬服務(wù)器根據(jù)實際需求進行資源的動態(tài)分配，從而使服務(wù)器的利用率大大提高。桌面虛擬化則是借助虛擬化技術(shù)和分布式技術(shù)，使用戶操作環(huán)境與系統(tǒng)實際運行環(huán)境分離，從而實現(xiàn)對所有終端桌面的集中監(jiān)控和管理，提高管理效率。采用桌面虛擬化后，用戶在任何時間、任何地方都可以訪問到自己的桌面系統(tǒng)。如圖2所示，管理者統(tǒng)一制作并管理對應(yīng)不同實驗內(nèi)容的虛擬機模板，有多少個實驗內(nèi)容，就對應(yīng)設(shè)計多少個虛擬機模板。不同的虛擬機模板鏡像對應(yīng)不同的實驗內(nèi)容。根據(jù)應(yīng)用需要，一個虛擬機模板可衍生復(fù)制出多個虛擬機。使用者可申請并通過windows遠程桌面連接得到相應(yīng)的一個臨時或長期的虛擬機。當要完成其他實驗時，用戶點擊實驗項目，便可再自動分配得到一個新的虛擬機。

3.平臺在實踐教學(xué)中的應(yīng)用。在每學(xué)期的課程教學(xué)中，云平臺管理老師為具體的授課老師和學(xué)生提供賬號。授課老師的權(quán)限比較高，可以定期發(fā)布一學(xué)期的實踐教學(xué)內(nèi)容，規(guī)定實踐項目的完成時間，查看所有學(xué)生的實驗完成情況，并發(fā)布實驗成績。學(xué)生可以查看老師發(fā)布的實踐項目指導(dǎo)書，在規(guī)定時間內(nèi)完成實踐項目，提交實驗報告，查看成績。學(xué)生可通過賬戶名申請并由windows遠程桌面鏈接得到一個臨時或長期的虛擬機，逐個完成老師指定的實驗項目。

三、結(jié)論

微機原理及應(yīng)用課程是一門理實并重的專業(yè)基礎(chǔ)課程，然而，在目前大部分的院校，該課程受限于學(xué)時數(shù)，課堂時間非常有限。尤其對于實踐部分，實踐學(xué)時數(shù)少是一方面，同時實驗室設(shè)備更新也比較慢，課程安排無法真正滿足教學(xué)需求。在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的理念指導(dǎo)下，本文設(shè)計了一個可資源共享的微機原理虛擬實踐教學(xué)平臺。在此平臺上，資源由云端環(huán)境統(tǒng)一提供?；谶h程托管的專用虛擬桌面，學(xué)生用戶在服務(wù)器上有自己一套獨立的虛擬桌面系統(tǒng)，雖與其他用戶共享虛擬機模板，但用戶之間互相隔離，互不影響。學(xué)生在個人PC機上通過賬戶登錄，選擇要練習(xí)的項目，云管理平臺便可根據(jù)項目分配虛擬機模板和所需資源。該平臺的推廣，將有利于實驗室環(huán)境的真正開放，學(xué)生學(xué)習(xí)更加便捷，打破傳統(tǒng)的時空限制，使實踐學(xué)習(xí)也能夠如理論學(xué)習(xí)一樣，隨時隨地都可進行。

參考文獻：

[1]張巖.“互聯(lián)網(wǎng)+教育”理念及模式探析[J].中國高教研究，2016，2（13）：70-73.

[2]王長文，徐進.共享型職業(yè)教育實訓(xùn)基地體制機制研究與實踐[J].哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2016，（5）：1-4.

[3]史道玲，王靜，張帆.“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的微機原理課程教學(xué)模式改革[J].電腦知識與技術(shù)，2017，13（32）：134-135.