基于按需云服务的计算机工程教育虚拟实验室建

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1、基于按需云服务的计算机工程教育虚拟实验室建为推动信息技术与本科教学和实践工作的深度融合，研究了建设基于云计算的按需服务虚拟实验室的方案。在分析现有虚拟教学需求的基础上，根据实验室建设目标和定位，阐述了虚拟仿真云服务平台、虚拟仿真实验教学资源管理、云终端应用等建设内容，从而高效管理实验教学资源，实现软硬件教学资源的共享，按需满足虚拟仿真实验教学的需求。1前言随着“卓越工程师计划”的实施，以工程实践教育中心建设为依托的大学生实训实验平台须融合IT技术发展新成果进行深层次整合和提升。国家教育部印发的《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》明确提出“建设优质虚拟仿真实验室”，2013年起各地

2、开展各级虚拟仿真实验教学中心建设工作。“虚拟实验室”(VirtualLaboratory)是计算机X络化的虚拟实验环境，致力于构筑综合不同工具和技术的电子化、X络化的科学研究集成环境。在这个环境里，可以有效地利用地理上分布的各种资源(数据、设备、人力等)开展教学、科研和实训活动，被称为“无墙的研究中心”。国内外有很多大学和研究机构都已经开展了虚拟仿真软件的开发和虚拟仿真实验室的建设工作，涵盖了计算机X络、数学、人工智能、生命科学、化学、物理、生物工程、通讯、图形图像、农业科学等教学科研领域。虚拟仿真实验室可为全程互动的工程教育实践实训提供全新的教学仿真环境，具有实验环境开放、多元化、成本低廉等

3、优点。随着云计算、大规模开放X络课程(MOOC)等新技术或和新媒介快速发展，虚拟仿真实验室的建设既要满足传统的虚拟仿真要求，也要满足“云学习”方式要求。我们以所承担的国家级校外大学生实践基地建设项目为依托，研究和实践了以云计算平台为支撑的计算机工程教育虚拟实验室建设，构建开放性仿真教学实验云服务，提升软硬件资源利用率，优化实验室使用效益。2建设内容基于云计算的虚拟仿真实验室按照信息技术学科专业的工程实训方案和人才目标，建立“理论授课-虚拟实验-实验室教学”融合的计算机电子信息类学科实验教学体系，将动画演示实验、实物实验、虚拟仿真实验、远程仿真实验纳入到相关专业的基础课程和专业课程的教学环节中。

4、基于云计算的虚拟仿真实验室的建设应包括虚拟仿真实验教学资源的建设、虚拟仿真实验教学的建设、虚拟仿真共享平台的建设等方面。2.1虚拟仿真共享云服务平台的建设按照服务与资源相结合的原则，建设统一的具有开放性、扩展性、兼容性、前瞻性的基于云计算的虚拟仿真实验教学管理和共享平台，其架构如图1所示。主要包括实现物理资源虚拟化和教学资源共享的云管理子系统。管理虚拟仿真软件和监控整个虚拟仿真过程的虚拟仿真实验管理子系统和集成应用软件。云服务平台实现了教育资源云存储、虚拟资源管理、平台监控管理、安全权限管理等功能，将多物理设备的存储和计算资源虚拟化为统一的资源池;提供教育资源在云计算环境下的多租户虚拟机资源按

5、需供给，根据用户需求分配虚拟机资源，提供灵活的虚拟机部署和模板化虚拟机配置能力;提供包括云终端在内的富客户端访问平台资源和服务的方式;提供可视化的监控管理界面，能够实时监控各类资源，进行基于资源感知的管理;提供基于角色访问控制模型的安全权限管理。在实现技术原理上，主要使用了基于Sooc教学模式相结合传统的实验模式要求学生在规定的时间到规定的实验室进行实验，由于实验的时间有限，实验设备不充裕，实验设置简单呆板，时间和地点受限，导致学生往往对实验不感兴趣，应付了事。而通过建立基于云计算的虚拟仿真实验室，实现了面向自主学习的开放、互动的X络虚拟仿真实验环境，使学习者能够便捷、灵活地获取优质教学资源，

6、通过学习过程中的交流、互动、协作与评价，完成高效、低耗、多样的实验。3.4低成本与逼真的仿真体验相结合由于云计算的资源虚拟共享特性使得在云平台的基础上构建各种应用具有低预置成本、低维护成本和低消耗的特点。基于这一优势的同时，为了保证逼真的仿真效果，云平台能根据虚拟仿真实验的实时数据量动态地对各种软、硬件资源进行调度，充分满足虚拟仿真实验在功能和效果上的要求。4结束语基于云服务的虚拟仿真实验室能根据不同课程特点在虚拟仿真实验平台上创建适合教学的实验，特别是实际工程实训实践项目的需求，综合利用模板化虚拟机和资源调度技术，为学生提供按需的教学资源访问和实验过程。由于其可灵活设计实验、可批量生成实验平

7、台、低维护成本和低消耗等特点，虚拟仿真实验室的建设对推动教学改革，提高一体化科研教学的效率、降低成本有着积极的作用。：黄汝维陈宁江何佩聪刘晓东：电子技术与软件工程2016年8期