云計算與虛擬化課程的網絡教學方法

宋焱宏

摘要：當前，隨著云計算技術的廣泛應用，虛擬化（例如存儲、桌面和服務器虛擬化）技術通過整合系統提高了信息管理的效率，同時降低了總體成本。而《云計算與虛擬化》也成為各類高校計算機工程和信息系統相關專業不可或缺的重要課程。該課程的學習對于培養學生在云計算與虛擬化相關理論與應用方面的知識與能力，起到基礎性作用。在網絡教學得到普遍實施的背景下，如何提高《云計算與虛擬化》課程的教學效率與質量，培養更多計算機工程和信息系統專業的優秀人才成為當前高校需要研究的課題。有鑒于此，本文從教學理念和教學過程兩個方面切入該課程的網絡教學，提出應基于云計算與虛擬化技術研究的理論背景以及實踐應用，結合網絡教學理論與實踐來促進該課程的網絡教學。教師應組織開展一系列課程活動夯實學生理論基礎，利用編程或編碼腳本訓練提升學生的實踐操作技能。

關鍵詞：云計算與虛擬化;課程;網絡教學;方法

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）16-0125-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1概述

隨著云計算技術的發展，其模型已經納入諸多關鍵環節，例如“按使用付費”、高可用性、靈活性、可擴展性和普遍性。基于云的資源在在線和移動學習中也扮演著重要的角色。云計算通過互聯網提供了廣泛的標準化和可定制的應用程序和服務。基礎設施即服務（IaaS）是服務的基本模型之一，在該模型中客戶可以將存儲、硬件、服務器和網絡組件外包給提供商。除了簡化和外包信息技術（IT）運營和項目的某些方面外，云計算還鼓勵軟件開發人員應對多核、并行編程和虛擬化等關鍵的下一代編程挑戰。在虛擬化環境中進行軟件測試正變得越來越普遍。傳統內部的IT項目運營需要對基礎設施進行較大的前期投資，而使用云端托管的資源和工具進行軟件開發更能起到節約成本的作用。

《云計算與虛擬化》是當前高校計算機工程和信息系統相關專業的重要課程。該課程理論與實踐并重，在網絡教學環境下更需要實現教學理念與方法上的突破。本文基于當前云計算與虛擬化研究的理論背景以及《云計算與虛擬化》課程的教學實踐，結合網絡教學理論與實踐來探討該課程的網絡教學方法。該課程內容繁多、理論性加強，同時也強調實踐操作。本文提出相關教學建議，認為應基于一系列課程活動夯實學生理論基礎，在編程或編碼腳本訓練中提升學生的實踐操作技能。

2 云計算與虛擬化技術及其應用

在云計算環境中，虛擬化主要通過虛擬機來實現。虛擬機是真實機器的一種表現，其使用的軟件提供了一個可以運行相關程序、功能及服務的環境。通過虛擬化，服務器利用率顯著提高。虛擬化為硬件資源共享和多個操作系統提供了機會，通過這些操作系統，通用硬件驅動程序被克隆并分配給每個虛擬機。虛擬機監視器（hypervisor）是一個軟件層，在邏輯上劃分物理硬件和來賓操作系統。虛擬化的最新趨勢是裸機方法，即虛擬機監視器直接在硬件上運行，而不需要主機操作系統。VMware和Xen是數據中心最常用的虛擬化產品。這些虛擬機監控程序通過各種功能（如來賓隔離、小代碼庫、操作系統分離和權限訪問）提供高級別的安全性。此外，Xen虛擬機監視器的一個重要特性是它對各種操作系統的中立性，它允許各種操作系統（如Linux、Solaris、BSD等）成為Domain0，用于配置和控制虛擬化活動。Microsoft Azure（在重命名之前稱為Windows Azure）是一個云計算平臺和基礎設施，用于使用Microsoft托管的數據中心構建、部署和管理應用程序和服務。可以使用Microsoft Azure云基礎設施服務創建虛擬機。訂閱Azure操作簡單，可長期使用，適合包括學生在內的各類用戶。通常而言，一個小型數據中心的邏輯圖形設計，其中只安裝若干服務器機架，并分為三層。頂層是消費網絡（LAN）。在這一層之下，有一個VMware vSphere分發交換機（VDS）。VDS對物理網絡進行抽象，并在vSphere虛擬機監控程序中提供訪問級別切換。這對于網絡虛擬化非常有用，因為它支持獨立于物理結構的邏輯網絡[8]。此外，對于虛擬局域網（VLAN）的創建，其中物理網絡在邏輯上劃分為兩個不同的VLAN（Bhuwan-VLAN-1和Bhuwan-VLAN-2）。這些VLAN工作在路由和交換層（即第3層）之上。第2層設備主要是智能交換機，用于將數據中心的第3層組件與核心層（即第1層）交換機互連。

3 《云計算與虛擬化》課程及其網絡教學

該課程主要圍繞云計算虛擬化技術的基本概念、體系結構、技術原理、業務模式等內容，結合大量的實踐案例，明晰虛擬化技術相關方法的各個層面及各類應用以及在云計算中的重要地位和作用。該課程有助于學生對虛擬化技術和云計算技術具有整體認識，熟悉基本的虛擬化方法和產品，并能過將其應用到實際的云計算平臺中去。

3.1教學理念的貫徹

網絡教學不同于面對面教學，面對面教學過程中形成的教學風格不能簡單地轉移到網絡學習環境中，重要的是要深入了解復雜的網絡教學過程和策略，以建立必要的網絡教學技能和能力。一般來說，網絡教學活動通過設計、促進和指導認知和社會過程，以實現對個人有意義對教育有價值的學習成果。因此，在網絡學習環境中體現和執行這些任務的方式要求重新定位。對于網絡教學的設計和組織，教師必須能夠指定合適的在線學習活動，以滿足課程需求，并具備創建和支持在線活動的適當教學方法的知識。教師必須能夠展示活動與預期結果之間的相關性，并據此選擇適當的媒體。在課程中，教師必須能夠管理學生的理論學習和實踐參與，并利用在線技術監控整個學習過程，以確保學生學習的真實性與有效性。為了促進網絡教學活動，網絡課堂應打造開放的氛圍，鼓勵學生參與網絡學習活動，為分組協作學習提供支持。教師應向學生闡明學習要點，了解學生學習需求，創造和支持一個以學生為中心的學習環境。在該教學模式中，師生致力于建立一種類似于學習社區的共同意識，強調學生加入團隊合作以支持社區、貢獻社區的能力。此外，教師應擔負起指導職責，提供生成課程內容所需的知識和資源，為學生解決問題提供幫助，最終確保課程目標的達成。同時，教師也應該成為研究者，不僅要跟上課程主題的發展，而且要用新的教學模式和教學方法來改進教學。

3.2教學法的運用

網絡教學對教師的角色和能力提出了更高的標準和要求。教師積極參與是課程設置成功的關鍵。在《云計算與虛擬化》課程的網絡教學過程中，教師應該采取多種教學手段，開展多種教學活動，例如可采用任務教學法，設置具體任務，提供專業知識和技術指導，讓學生積極參與討論，完成任務，進而得出結論。其間，更可以采用合作學習法，將學生分組以解決問題，完成任務，并穿插交互式學習方法，強化合作學習效果。其后，教師還可采用啟發式教學法，推薦擴展學習資源，引導學生深入學習。

在開展該課程的網絡教學過程中，教師應充分計劃，遵循對話的流程，并在需要時提供指導。首先，教師應對學生進行分組，使學生小組能夠解決問題或承擔任務，通過協作的方式來制定策略并調節和協調自身學習。其次，教師需要以網絡平臺為講臺，創造良好的網絡學習環境，提供明確的學習方向和支持結構。再次，教師通過跟蹤學生活動，明確學習任務與目標，建立反應模型來監督和鼓勵學習參與學習過程。第四，教師采用適當的教學（協作）模式組建學習小組并分配角色職責，通過協調互動、安排和組織互動結構、提供社會和情感支持來調節和促進小組對學習任務的完成。最后，教師應建立學習規范，并制定相應成績考核方式。

網絡教學需要在線流程和技術的支持，以便能夠設計和組織相關教學活動。教師應具備在線交流技能，應具備并能夠運用專業知識和教學資源庫在網上回應和解決學生提出的問題，給予學生創造性反饋，同時結合情感、技術等一系列手段建設性地解決教學中出現的各類問題。

另外，從交互式學習的視角出發，對于《云計算與虛擬化》這樣一門理論與實踐并重的課程來說，互動也是能促進教學的重要環節。教師應該確保互動是學習活動的重要組成部分，而不是附加成分。教師可以清楚界定互動內容，以避免出現不必要的冗長信息出現在互動中。在課前階段，教師和學生之間需要通過互動來實現相互了解，特別是學生個人對學習任務特點的認識和對學習問題的理解。在課中階段，教師應設置互動場景，并在整個互動過程中保持一定的建設性。教師應掌握學生的互動討論，通過為互動討論設定正確的基調來把握互動節奏，并在適當的時候提供意見。學生之間的互動以及學習小組之間的互動應集中體現對問題的分析以及相關解決方案的提出。尤其在合作學習過程中，教師需要了合作模式與互動模式的相互影響。教師要致力于構建反饋機制以鼓勵學生進行探究式學習，而不僅僅是即時回答對學生提出的問題。在互動過程中，教師的積極參與應得到學生的認可，讓學生發現與老師的交流是有建設性和鼓勵性的。在課后階段，教師的教學指導將逐漸轉變為開拓性與延展性的提示，通過提出一些具有啟發性的問題，引導學生利用網絡學習資源進行拓展性學習，以促進課后學習，鞏固教學成果。

3.4 教學平臺的應用

《云計算與虛擬化》課程實踐性強，對硬件具有較高要求。以Windows Server 2016標準版虛擬服務器為例，此版本最多支持64個插槽和最多4TB的RAM。它包括最多兩個虛擬機的許可證，并且支持Nano服務器安裝。其完全可以滿足對于教學平臺的應用。相關設置具體如下：先設置該虛擬機的域名服務器（DNS）地址，而后命名和配置該虛擬服務器。本例中的虛擬機稱為SQLServer，然后為虛擬機配置PowerShell（用于管理操作系統和管理任務）和遠程桌面服務。在配置和運行新的虛擬服務器之前，還可以選擇并添加安全擴展來進一步增強和保護虛擬機。學生還可以創建一個虛擬網絡來連接許多虛擬機和數據庫。在這個網絡示例中，可創建四個不同的子網絡。每個子網可以有固定數量的可用Internet協議（IP）地址。而后，可集中顯示可用的實際IP地址。在創建虛擬資源之后，設置學生用戶權限和訪問權限。現有DNS名稱可用于活動目錄（AD），并可以添加新用戶并為其分配不同的角色，即創建新的用戶配置文件，并為其指定一個用戶管理員角色。在實現遠程連接并登錄到虛擬機后，學生可使用Powershell集成腳本環境（ISE）使用命令行界面與服務器實現交互。在網絡教學實踐中，該平臺設置能很好地滿足教學需求。

基于網絡教學平臺應用，《云計算與虛擬化》課程教學系統可分為三個子系統：教師教學系統、學生學習系統、教學管理系統，其總體框架如圖1所示。

4結束語

《云計算與虛擬化》課程的網絡教學要求學生具備自主預習相關背景知識，在實踐環節中解決問題并進行自我指導的學習能力。而教師則應了解全局，吸引學生的整體商業觀點和價值觀。《云計算與虛擬化》作為當前高校計算機工程和信息系統相關專業的重要課程，在網絡教學環境下更需要實現教學理念與方法上的突破。教師要基于云計算與虛擬化技術研究的理論背景以及實踐應用，結合網絡教學理論與實踐來促進該課程的網絡教學。教師應組織開展一系列課程活動夯實學生理論基礎，在編程或編碼腳本訓練中提升學生的實踐操作技能。

參考文獻：

[1] 李明俊，陸瑩.普通高校《虛擬化與云計算》課程建設的探討[J].哈爾濱商業大學學報（自然科學版），2013，29（4）：466-469.

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[5] 唐小勇.《云計算與大數據》課程中虛擬化技術研討式教學案例[J].科技與創新，2017（9）：147.

【通聯編輯：朱寶貴】