《云計算與虛擬化技術》課程的實驗教學研究

廖薇 李啟行

摘要：隨著云計算與虛擬技術的不斷發展，讓學生通過實踐來學習計算機網絡課程是目前教育教學領域的一重大課題。該文從理論與實踐相結合的角度出發，針對當今在實驗課程進行教學的過程中發現的一些問題，提出了一系列的教學措施與建議。此外，在教學過程中引入了大數據與人工智能實訓平臺，結果表明此舉進一步提高了學生的學習興趣。

關鍵詞：《云計算與虛擬化技術》;云計算;虛擬化技術

中圖分類號：G642 ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）35-0213-02

1 引言

《云計算與虛擬化技術》是大數據技術專業的一門綜合性很強的基礎課程，是新時代新專業開設出的一門新課程。課程的大部分知識都是在原有知識的基礎上提出，具有一定的代表性與創新性，目的是培養學生的創新能力與實踐能力[1]。整個課程將理論與實踐相結合，堅持“在學中做，在做中學”的學習理念，讓學生們真正做到“做”與“學”的合二為一[2]。通過理論學習、實踐操作以及云平臺使用的方式，讓學生掌握云計算與虛擬化技術的概念、在云平臺中進行云計算操作以及在VMware中對虛擬機進行安裝配置及運行。

課程主要內容包括云計算的定義和背景、云計算的關鍵技術（如分布式計算、虛擬化技術、分布式海量數據存儲技術、云管理平臺技術、并行編程技術和數據管理技術）、云交付模型（如軟件即服務、平臺即服務、基礎設施即服務和容器即服務）、云部署模式（如公有云、私有云和混合云）、云計算機制（如云計算設施機制、云管理機制和特殊云機制）、虛擬化相關知識、分布式文件系統、分布式存儲系統、數據處理與并行編程、云安全、云計算應用等。

2 云計算與虛擬化技術簡介

云計算是信息技術的發展趨勢，是一場使用分布式和并行思想提供信息技術服務的偉大革命。云計算為用戶提供了一個可以遠程訪問的環境，用于訪問和共享各種網絡資源[3-5]。通過云計算，我們可以進行資源存儲、文件瀏覽、網上學習以及網上娛樂等，這更是進一步體現了云計算具有良好的交互性，在計算機網絡時代給使用者帶來了前所未有的體驗。

虛擬化技術是云計算的基礎，簡單來說可以用來對數據資源進行處理，將計算機上的物理資源進行分割，形成多種邏輯資源，從而實現對多個同時運行的虛擬服務系統進行聚合，有效地促進了用戶的工作效率，節省用戶的運營成本。虛擬化技術是一種具體的技術，是實現云計算實現的關鍵技術。虛擬化技術與云計算的相互結合，能夠讓數據得到更加有效的利用，促使科學技術為用戶提供更優質高效的服務。

3 實驗教學現狀

3.1 教學模式落后

在現有的教學模式下，老師的教學觀念大多被以“教師為中心”的傳統教學模式所束縛，因此在教學過程中陷入因循守舊、墨守成規，尤其是對于一些注重實驗的課程，如果只是一味地給學生講解各種理論知識，而不通過實驗的方式使學生將課程知識消化掉，這將使得課程沒有任何意義。

計算機課程主要是以實踐為主，因此在教學過程中分配給實驗教學的時間應該占整個課程的教學過程中的較大比重。目前的實驗大部分還是以驗證性實驗為主，就是老師簡單布置一些實驗，但是在正常的教學過程中，一些老師直接讓學生仿照課本上的實驗進行驗證，這樣基本上不會出現錯誤，可以讓學生順利完成實驗，這極大地限制了學生們的創造能力，嚴重影響了學生們的成長。此外，課堂上老師不用現代化手段去輔助教學，從始至終都依靠老師去講述，難以提起學生們對課程的學習興趣。

3.2 實驗內容陳舊

傳統的計算機專業課程教學主要以相關課程的理論講解為主要的教學模式，普遍采用電子課件以及指導書的方式對課程的原理與方法進行講授，然后同時配合相應的實驗課程為學生布置一些驗證性實驗，用于對理論課程學習到的知識進行更進一步理解，但這種傳統的教學模式已經很難滿足學生的需求，當今社會需要的是創新型實踐性人才。實驗內容陳舊主要體現在，老師講授的大部分學習內容已經與現實社會的需要嚴重脫節，不能與社會的發展保持同步，因為書本的知識大部分為本專業領域最基本的理論。由于部分老師教學理念陳舊，教學內容與教學方式太單一，而計算機課程又具有更新速度快，技術突破性強大，應用面廣等特點，因此計算機課程需要相應的老師擁有全方位的實踐經驗與理論積累，只有這樣才能授予學生更全面更新穎的實驗內容。

課堂上學生不僅通過課本來學習理論知識，實驗也是在課堂上進行，現有的云計算與虛擬化技術相關的實驗內容，大部分為驗證性實驗。而且，由于課程時間有限，給學生們留下的實際操作時間都比較短，雖然近些年來虛擬實驗等先進的教學方法被一些老師引入課程，但是總體來說效果提升不大。部分實驗指導老師沒有做到與時俱進，實驗內容千篇一律，無法及時調整給學生安排的實驗內容，對學生進行實驗指導時只為學生講解課堂上的實驗所發現的一些驗證性問題，但是由于學生實驗時會出現各種各樣的問題，老師不能逐一進行指導，從而導致實驗內容嚴重不足。

3.3 實驗基礎設施缺乏

在《云計算與虛擬化技術》課程的實驗過程中，部分云計算環境的搭建對計算機的性能要求極高，學生不能通過一般的計算機去構建環境。所以只能去學習理論知識，缺少實踐經驗。在實際的云計算操作中，有很多大型的實驗。這些實驗在學校的機房里根本沒辦法去進行，實驗基礎設施缺乏的情況特別多。如果重新構建機房，將會產生高昂的成本。

為延長實驗室設備的使用壽命，避免學生由于自身原因對實驗設備造成損壞，這就要求學生只有在有相關課程的情況下才被允許進入實驗室，其他情況下使用實驗設備則需要提前向實驗室管理人員提出申請。對于計算機類課程是需要通過大量的實踐經驗才能使學生真正掌握實驗的原理，如果沒有足夠的實驗經歷，僅僅依靠課上學習到的理論知識是無法積累相關的經驗的，對學生來說這也是由于實驗設施缺乏而造成的。

高校的計算機類實驗室，需要滿足不同專業的學生上課的需求，這就涉及學生與教師網上行為互動及應用軟件配置，同時，因為機房需要滿足各個專業學生實驗的順利進行，這就需要安裝多個系統，但是高校中為學生設置的實驗往往都是一些容易操作、易出結果、無危險性的實驗，因為有些復雜性比較高的實驗是無法在實驗室進行的，這也會影響學生的動手能力。此外，頻繁更換計算機系統，不僅會造成計算機資源的消耗，也會造成一定的人力資源消耗。

4 《云計算與虛擬化技術》課程中的實驗教學研究

4.1 實驗教學方案

本課程從云計算與虛擬化技術前沿知識的應用開始，通過講解虛擬化技術的發展歷史過程，激發學生對本課程的學習興趣。再從安裝虛擬機開始，最終實現對整個云計算框架的搭建。此外，通過網絡虛擬仿真實驗平臺的使用，讓學生可以在課下獨自進行實驗，避免了在自己電腦上因為環境配置等原因出現的各種風險，凸顯出其獨特的應用價值。

通過實踐，可以使學生對學到的理論知識進行進一步的掌握，目前，實驗教學已經成為大多數工程類學科中的關鍵，本課程主要通過理論課程學習+課后實踐+云平臺學習的教學模式進行授課，以基礎理論知識來輔助實踐，以課后實踐來消化和補充基礎理論知識，使得現有的理論與實踐內容完美結合，全方位提升學生對整個課程的理解。

4.2 實驗內容的改進

在教學過程中秉承“在學中做，在做中學”的學習理念，將理論學習與實踐相結合，讓學生在學習中培養親自動手去解決問題的能力。比如，在實踐中有些環境需要用自己的電腦去配置，但在配置過程中因為某些指令的失誤會導致實驗出現別的結果，這些結果與預計的結果不同。這就需要學生們去討論哪里出現了問題，如何去解決問題等等。

提高學生對課程的學習興趣，是調整教學方案的一個重要的基礎。有效的學習不能局限于書本與課堂，隨著互聯網技術的不斷發展，網絡課程也不斷展現出自身的優勢，可以讓學生通過互聯網，足不出戶就能找到想要學習的知識，同時，與現場授課相比，網課具有回放功能的優勢，學生可以直接對有問題的知識點進行反復學習。這可以讓學生們根據自身的學習狀況對自己的學習計劃進行優化，有助于提高自己的綜合技能。但是利用互聯網使自身能力的提升不只觀看幾個實驗視頻，而是利用自己的服務器去搭建實驗視頻中所需要的實驗環境，整個學習過程可能會碰到許多大大小小的問題，通過互聯網的途徑去解決所遇到的問題，結果表明學生收獲更多。

因為上課時間有限，一些復雜的實驗不能在課堂上去進行，這就導致在課堂上很難去積累豐富的實際操作經驗，為了解決這一問題，本課程引入大數據與人工智能實訓平臺，為學生們開通相應的賬號，這樣學生們在課下也可以進行相應的知識學習與操作。

4.3 大數據與人工智能實訓平臺的應用

隨著云計算和虛擬技術的不斷發展，各種虛擬仿真平臺應運而生。它主要是在虛擬機里搭建各種虛擬環境，在進行實驗時自動初始化為本課程所需要的虛擬環境。本課程使用的虛擬仿真平臺為大數據與人工智能實訓平臺。

該平臺涉及運維、數據庫、大數據等多個方向。學生們除了可以學習課程所要求的實驗之外，也能夠根據自己的需要選擇自己感興趣的方向進行學習。學生可以通過自己的電腦使用賬號登錄大數據與人工智能實訓平臺，然后選擇自己需要進行的實驗進行操作，同時，如果學生對學習到的知識點有一定的疑問，可以與老師和同學進行交流，進而解決問題，之后可以選擇重新對實驗進行探究與操作。

課程中大數據與人工智能實訓平臺的引入，為教學的效率和學生們學習的效果都起到了很大的積極作用。學生使用該平臺進行學習時，不受時間與空間的限制，只需要一臺聯網的電腦就可以進行實驗，提高了學生的學習效率。同時，該平臺在每一個實驗中都會初始化相應的虛擬環境，通過實驗步驟可以達到預期的實驗效果。學生可以使用大數據與人工智能實訓平臺對課程進行線上預習和課后復習，平臺內操作方便，理論與實踐窗口相對應，學習時間可以根據自身條件進行規劃，在學習過程中不拘泥于理論，可以隨時保存進度，因而可以保證學生們能夠高質量地完成學習任務。

5 結語

綜上所述，通過《云計算與虛擬化技術》這門課程，學生們可以更詳細地了解云計算與虛擬化技術的總體理論，同時也掌握了一些基本的虛擬機與云計算環境的搭建、配置及運行，更深入地明白了技術在不斷地創新，不斷地發展。同樣，本文也為不足之處提出了一系列的改進，通過大數據與人工智能實訓平臺的應用，優化了實驗環境搭建效率，為學生提供了相應的便利，這樣不僅可以進一步促進了教學工作的展開，更是提高了學生學習的積極性與求知欲。教學方面，本門課程秉著使學生們“在學中做，在做中學”的學習理念，將理論與實踐進一步融合，提高學生對前沿知識的學習興趣，從而激發學生的潛在優勢。

參考文獻：

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[5] 何克抗.21世紀以來的新興信息技術對教育深化改革的重大影響[J].電化教育研究，2019，40（3）：5-12.

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