“共享型”微機原理實踐教學平臺的設計

郝麗俊 王艷 嚴加勇 司博宇 白寶丹

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

關鍵詞：微機原理及應用;“互聯網+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

“互聯網+”的興起，給教學模式帶來了新的啟發。自此，學習已成為無時不可、無地不可的事情，真正實現了時空上的開放[1]。同時，信息技術高度發展和互聯網時代的到來，也促進了“共享產業”的發展。共享教育的提出，更多地是強調個體在學習中的主體地位，期望實現從終身教育到終身學習[2]。如今，各種在線課程，如公開課程、慕課等比比皆是。只要我們有心學習，一般都可以通過網絡獲得相應的資源。但是，這些內容多為理論，少有的實驗內容也均以演示方式呈現。從這個角度來說，學生仍是一個被動的學習者。所以，這種模式可能更適合于理論性的學習。然而，對于計算機編程類課程，理論和實踐并重。尤其對于應用型本科院校來說，實踐能力的提高顯得尤為重要。創造條件，使學生充分利用實驗教學資源，有助于激發學生自主學習熱情，提升學習效果。因此，實驗室的開放在新時期高校實驗教學改革中非常重要[3]。然而，在傳統的觀念中，實驗室的開放是實驗場地物理空間上的開放，學生需到實驗室進行練習。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生數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?；诖?，本文設計了一種基于云環境的微機原理實踐教學平臺。平臺立足于云環境技術，資源由云端提供，大大降低了對實驗教學環境的場地和硬件要求。平臺使用者共享云端資源，包括教學資料和系統資源。云管理平臺則根據實踐任務的不同，有效調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，學生可隨時遠程訪問開發環境，自主學習。通過該平臺，學生的實踐練習不必局限于場地和時間，實現了實驗室的真正開放。

二、共享型微機原理實踐教學平臺的設計

基于“互聯網+”，應用“共享經濟”思維，本文設計構建微機原理實踐教學平臺，如圖1所示。該平臺基于云環境開發，教學和存儲資源由云端統一提供，由管理控制模塊進行調度分配;用戶訪問則采用虛擬機技術和云桌面模塊實現。應用時，管理控制模塊將根據任務進行具體的資源分配。用戶首先通過UI端口申請虛擬機的使用，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。

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分配資源，有效提高資源的利用率。

2.應用虛擬機技術，實現資源共享?；贠penStack，平臺采用虛擬機方式進行管理，包括服務器虛擬化技術和桌面虛擬化。服務器虛擬化技術實現了服務器硬件設備與應用系統相分離。通過服務器虛擬化，一臺物理服務器被虛擬成多臺虛擬服務器，各虛擬服務器根據實際需求進行資源的動態分配，從而使服務器的利用率大大提高。桌面虛擬化則是借助虛擬化技術和分布式技術，使用戶操作環境與系統實際運行環境分離，從而實現對所有終端桌面的集中監控和管理，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。如圖2所示，管理者統一制作并管理對應不同實驗內容的虛擬機模板，有多少個實驗內容，就對應設計多少個虛擬機模板。不同的虛擬機模板鏡像對應不同的實驗內容。根據應用需要，一個虛擬機模板可衍生復制出多個虛擬機。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.平臺在實踐教學中的應用。在每學期的課程教學中，云平臺管理老師為具體的授課老師和學生提供賬號。授課老師的權限比較高，可以定期發布一學期的實踐教學內容，規定實踐項目的完成時間，查看所有學生的實驗完成情況，并發布實驗成績。學生可以查看老師發布的實踐項目指導書，在規定時間內完成實踐項目，提交實驗報告，查看成績。學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、結論

微機原理及應用課程是一門理實并重的專業基礎課程，然而，在目前大部分的院校，該課程受限于學時數，課堂時間非常有限。尤其對于實踐部分，實踐學時數少是一方面，同時實驗室設備更新也比較慢，課程安排無法真正滿足教學需求。在“互聯網+教育”的理念指導下，本文設計了一個可資源共享的微機原理虛擬實踐教學平臺。在此平臺上，資源由云端環境統一提供。基于遠程托管的專用虛擬桌面，學生用戶在服務器上有自己一套獨立的虛擬桌面系統，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。學生在個人PC機上通過賬戶登錄，選擇要練習的項目，云管理平臺便可根據項目分配虛擬機模板和所需資源。該平臺的推廣，將有利于實驗室環境的真正開放，學生學習更加便捷，打破傳統的時空限制，使實踐學習也能夠如理論學習一樣，隨時隨地都可進行。

參考文獻：

[1]張巖.“互聯網+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.共享型職業教育實訓基地體制機制研究與實踐[J].哈爾濱職業技術學院學報，2016，（5）：1-4.

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