计算机实验教学中的虚拟技术研究

　　中图分类号：TP391.9

　　如今各大高校都开始认识到了教学改革的重要性，纷纷对课业教学的内容和方式进行更加深入的改革工作，以期提高教学的质量。随着信息化科学技术的迅速发展，计算机辅助教学越来越得到了教师的青睐，计算机实验教学不仅是计算机专业学生的特权，在其他专业中也得到了良好的应用。

　　计算机实验教学凭借先进的技术经验，不仅有助于学生掌握基本知识，也是将理论向实践转化的技能培训过程。计算机实验教学的开展是培养学生科学探索热情、提高学生创新能力、加强学生团队合作精神的有力途径。但是，随着院校规模的不断扩大，学生人数的增加，有限的计算机实验教学设施压力也不断增加，如何为学生创造良好的实验环境成为目前高校亟需解决的重要问题。

　　1 如今高校计算机实验教学中存在的不足之处

　　1.1 实验室教学任务繁重，教学机械容易发生故障。由于计算机实验室承载着全校的计算机公共课、专业课等课业教学的任务，机械工作量大，负荷超重，致使硬件设备经常产生问题。

　　1.2 计算机硬件设施的更新速度跟不上计算机软件的更新。为了适应不同年级不同教学内容的需求，计算机软件多种多样，且经常更新，甚至一台计算机中安装多个操作系统，但是相较于软件的更新速度，计算机硬件由于长期得不到更新，则导致了计算机无法正常运行新版的软件，从而给实验教学带来负面的影响。

　　1.3 教学资金和现有设备的性能不足，限制了一些具有前沿性的实验内容。随着科学技术的迅速发展，并行计算机技术、多媒体技术等新兴技术更新速度，若是没有充足的资金就无法购买先进设备，相关的实验课程更无从谈起。

　　1.4 计算机品牌、型号多样、计算机的配置差别很大。学校的计算机一般都是分批次购买的，购入较早的计算机硬件设施就会比较老化，配置也比较低，故障频发的计算机设备会严重影响教学质量，学校又不能一次性大批量的进行换购，因此在逐渐更新换代的过程中，计算机的品牌、型号和配置等都会产生较大的差别，计算机硬件种类的不同，对设备维护工作加大的难度，也会使实验教学中的实验结果产生差异。

　　1.5 一些具有危险性或破坏性的实验无法在计算机上进行。在高校计算机实验教学中，一些具有危险性或破坏性的实验教师一般会采取课堂演示的形式进行教学，例如CMOS设置，硬盘分区及格式化，安装操作系统，CPU的超频，克隆软件的使用或者网络攻防实验等等，以降低计算机损坏甚至整个系统崩溃的风险。

　　2 虚拟技术

　　虚拟技术自起源以来都备受各个领域的关注，尤其是在2007年至今，虚拟技术更是得到了飞跃性的增长。虚拟机能够像一台物理计算机一样自行运行自身的操作系统和应用程序，并且借助其虚拟化的特点，可以在单台物理机上运行多个虚拟机。虚拟机凭借全然由软件组成的优势，其行为完全类似于一台物理计算机，它包含自己的虚拟（基于软件实现的）CPU、内存、硬盘和网卡。操作系统无法分辨虚拟机与物理机之间的差异，应用程序和网络中的其他计算机也无法分辨，这也使得虚拟机更加具有真实性。

　　尤其是在经济态势紧张的大环境下，具有节省成本、降低能耗、便于管理等优势的虚拟技术更加得到了各行各业的青睐。例如银行、医院和通讯领域等，VMware，Xen等虚拟化软件的应用都已趋于成熟，标准化和服务器整合得到了最大化的利用。

　　随着虚拟化工作在高等教育领域中的深入，图书馆、实验室、还有一些高校也纷纷在工作、教学中融入了虚拟技术，并且在应用中颇有成效。

　　3 虚拟技术在计算机实验教学中的应用

　　针对上文中分析的计算机实验教学中存在的不足，下面将通过虚拟技术从四个方面对解决这些不足进行探讨。

　　3.1 利用虚拟技术开设具有前沿性和实践性的虚拟化实验课程。诸如计算机组成原理，计算机安全，多操作系统交互，可编程数字电路，并行计算技术，集群技术，多核编程技术等实验课程是无法在目前实验室设备上进行的。将现有X86计算机的硬件资源（包括CPU、RAM、硬盘和网络控制器），利用VMware虚拟技术，创建功能齐全、可像“真实”计算机一样运行其自身操作系统和应用程序的虚拟机，把以前无法在真实计算机上开设的实验课程转移到虚拟机上进行。这种虚拟化的转换突破了计算机硬件设施的限制，使实验课程的内容更加丰富更加具有时效性。

　　3.2 有效利用虚拟技术能够降低计算机实验教学的成本，提高实验教学的效率和质量。在严峻的经济环境下，高校实验设备的预算更加有限，如何顾全成本、资源和时间三个方面的同时，提高计算机实验教学的质量，可以通过利用VMware虚拟技术，创建一个适用于所有Windows应用程序的虚拟PC环境，减少硬件需求量提高现有资源的利用率，改进教学环境和教学效果。

　　3.3 虚拟技术能够在计算机实验教学中起到降低能耗的作用。现在大多数服务器和台式计算机在开启后仅有5-15%的时间处于使用状态，而大多数X86硬件在空闲状态下仍需消耗正常工作负载所需电量的60-90%。VMware虚拟技术具有高级资源和内存管理功能，可实现15：1甚至更高的整合率，可将硬件利用率提高到多达85%。完成虚拟化后，分布式电源管理（DPM）会监控整个计算机的利用率，并智能地关闭不需要的物理服务器，而不会影响应用程序和用户。虚拟技术可以极大地减少能耗，同时又不会降低可靠性和功能完整性，对高校计算机实验教学的结果一致性和准确性具有可靠的保障作用。

　　3.4 虚拟技术对于高校建设符合学生特点的计算机实验教学体系提供了方便的途径，为高校教育改革工作起到了推动作用。具有完善的教学体系才能够最大化的发挥出计算机实验教学的作用，虚拟技术作为计算机实验教学中的重要部分，对高校建设良好的教学体系，针对学生特点进行教学，以及促进学生学习积极性，提高计算机实验教学的效率和质量，都具有积极广泛的实践意义。

　　4 结束语

　　虚拟技术的加入节省了实验教学所需要的器材消耗，缩小了场地，减轻了实验教学的经费。同时在计算机实验教学中融入虚拟技术，凭借其充分调动起来计算机硬件和软件的优势，能够有效地提高设备利用率，改进教学环境，扩展教学的知识范围，使实验教学形式更加生动丰富，这对于提高学生的学习积极性和主动性都具有积极的作用。

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