序論：寫作是一種深度的自我表達(dá)。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇操作系統(tǒng)實驗報告范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

篇(1)

關(guān)鍵詞：虛擬機(jī)；LINUX；Vmware；實驗平臺

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）09-0048-03

Limitations and Solutions of LINUX Experimental Platform

HE De-xian

（Qujing Industrial and Commercial Vocational Technical Schools， Qujing 655000， China）

Abstract： Analysis of the defects in the traditional LINUX experiment platform：system environment susceptible to modification and destruction，lack of hardware support， hard to do integration of “teaching and studying and doing". Build a virtual machine LINUX experiment platform is discussed， which can be "infinite" extend hardware devices， to destructive modification and debugging system without affecting system， experimental process achieved the integration of "teaching and studying and doing" and so on， effectively solves the problems existing in physical experiment.

Key words： Virtual machine； LINUX； Vmware；Experimental platform

LINUX操作系統(tǒng)作為一種開放、自由、免費的軟件，它支持多用戶及多任務(wù)，支持網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，系統(tǒng)安全性較高，管理方便易用，在各類行業(yè)中應(yīng)用越來越廣。

作為應(yīng)用本科類院校及高職院校，常常在計算機(jī)類專業(yè)中開設(shè)LINUX網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)或操作系統(tǒng)實踐課程，課程常以實驗項目方式來完成一系列的實驗，因此，搭建一個良好的LINUX或操作系統(tǒng)實驗平臺，對于教師的教學(xué)、學(xué)生的實訓(xùn)是非常重要的。然而，傳統(tǒng)的實驗環(huán)境搭建困難、存在諸多不便因素，因此，改進(jìn)實驗平臺的搭建方法、改進(jìn)實驗方案、提高教學(xué)成效，是一個重要的課題。操作系統(tǒng)的實驗平臺搭建在文獻(xiàn)一中已有討論[1]，不是本文討論的重點。

1 傳統(tǒng)LINUX實驗平臺的局限性及存在的問題

1.1 傳統(tǒng)LINUX實驗平臺實驗要求

LINUX網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的實驗內(nèi)容一般有：LINUX操作系統(tǒng)的安裝、LINUX基本指令、LINUX文件系統(tǒng)、賬戶與組管理、配置磁盤管理、網(wǎng)絡(luò)配置與服務(wù)管理、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器配置與管理（其中有Samba服務(wù)器配置與管理、DHCP服務(wù)器配置與管理、DNS服務(wù)器配置與管理、Apache服務(wù)器配置與管理、FTP服務(wù)器配置與管理、SSH服務(wù)配置與管理等），甚至是嵌入式LINUX試驗[2]。以上的實驗內(nèi)容幾乎都要在多用戶的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實現(xiàn)，部分實驗對硬件設(shè)備要求比較苛刻，比如磁盤管理中的LVM系統(tǒng)搭建、RAID搭建與配置，要求硬件系統(tǒng)至少有兩塊空閑硬盤，網(wǎng)絡(luò)配置中要求有多網(wǎng)卡的條件，LINUX操作系統(tǒng)安裝要求硬件有光驅(qū)且每次都要安裝光盤…… 這些要求對于一個普通機(jī)房，是很難滿足的要求的[3]。

1.2 存在的問題

上述實驗內(nèi)容，對計算機(jī)機(jī)房的硬件及軟件條件要求較高，所在，傳統(tǒng)機(jī)房的實驗環(huán)境存在下列問題：

1.2.1教師教學(xué)平臺及多媒體教學(xué)課件不能實現(xiàn)同步

為了節(jié)約成本，目前大部分實驗機(jī)房配置的是電子教室系統(tǒng)，很少單獨配置投影或電子白板等設(shè)備，而電子教室系統(tǒng)又主要以windows平臺的為主，LINUX平臺上的幾乎沒有。所以，在LINUX的實驗教學(xué)中，教師很難在LINUX環(huán)境下用電子教室系統(tǒng)進(jìn)行實驗教學(xué)和展示多媒體課件，如切換為windows平臺，又難以實現(xiàn)LINUX環(huán)境的真實教學(xué)演示。所以，這是一個兩難的選擇，如果實驗機(jī)上安裝兩種操作系統(tǒng)，切換起來非常麻煩，這使得傳統(tǒng)的實驗環(huán)境很難滿足現(xiàn)代教學(xué)的需求。

1.2.2 實驗室管理和維護(hù)困難

現(xiàn)代的學(xué)生機(jī)房，管理人員為了減少系統(tǒng)的維護(hù)工作量，往往在系統(tǒng)中裝有保護(hù)系統(tǒng)，不論用戶對操作系統(tǒng)做什么操作，只要在系統(tǒng)重新啟動后，便能還原到初始狀態(tài)。這種方式對LINUX實驗環(huán)境是不利的，因為LINUX的許多實驗操作要求重新啟動系統(tǒng)才能生效，在受保系統(tǒng)的系統(tǒng)中完成LINUX實驗，許多實驗是無法實現(xiàn)的。但是，如果不保護(hù)系統(tǒng)，學(xué)生每次對系統(tǒng)的修改，都可能使系統(tǒng)的性能受到影響，甚至?xí)茐南到y(tǒng)，不能保證系統(tǒng)是一個“干凈”的狀態(tài)，所以，要保證每次實驗前系統(tǒng)狀態(tài)的初始化，無疑會加重實驗管理人員的負(fù)擔(dān)。這也是一個兩難的選擇，在真實計算機(jī)上安裝系統(tǒng)無法解決這樣的問題。

1.2.3 實驗室硬件設(shè)備無法滿足實驗要求

真實計算機(jī)上的LINUX實驗平臺，網(wǎng)絡(luò)適配器的數(shù)量及型號、硬盤的數(shù)量及容量、有無光盤驅(qū)動器、內(nèi)存容量等性能指標(biāo)，是固定不變的，以后也很難有變化。但在LINUX實驗平臺中，有些實驗要求硬件設(shè)備超出常規(guī)要求，如有些實驗要求有計算機(jī)有兩塊及以上的網(wǎng)絡(luò)適配器（網(wǎng)卡），有些實驗要求有兩塊甚至更多塊空閑硬盤，有的實驗要使用打印機(jī)設(shè)備等等，如果建設(shè)實驗時要滿足各類實驗要求，就必須投入大量資金來搭建實驗平臺，這對投入預(yù)算不足的實驗室是個難題，一般的學(xué)生機(jī)房很難滿足上述硬件配置要求，從而無法完成實驗要求。

1.2.4 實驗結(jié)果測試與實驗報告的整理困難

LINUX實驗中一些實驗測試需要兩臺及兩臺以上的計算機(jī)參與，如DHCP、DNS、Apache、FTP等服務(wù)器搭建與配置，需要用LINUX主機(jī)作為服務(wù)器，至少一臺計算機(jī)作為客戶機(jī)，來進(jìn)行各項功能的測試。在真實LINUX平臺，學(xué)生在一臺計算機(jī)上顯然無法進(jìn)行這樣的測試，只有與他人合作完成，這樣增加了實驗時間，無法達(dá)到獨立實驗的目的；另外，有些實驗需要整理實驗報告電子文檔，這些實驗報告電子文檔又通常是在windows平臺上用WORD來處理，在LINUX平臺上的某些實驗結(jié)果（如截圖），如果要存放到WORD文檔，這當(dāng)然是很不方便的，雖然LINUX平臺也提供了文檔處理軟件，但通用性并不是很強(qiáng)，在文檔交換中不如WORD文檔方便通用。

針對以上的問題或不足，利用虛擬機(jī)平臺搭建的LINUX虛擬機(jī)實驗環(huán)境，以上問題迎刃而解。

2虛擬機(jī)技術(shù)及常用VMM

2.1 虛擬機(jī)技術(shù)

虛擬機(jī)技術(shù)是通過虛擬化模擬的具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運行在一個完全隔離環(huán)境中的完整計算機(jī)系統(tǒng)。對硬件資源的虛擬化，可以在一臺服務(wù)器（宿主機(jī)）上模擬出多個相同或不同的硬件平臺，從而能夠同時運行多個不同類型操作系統(tǒng)并實現(xiàn)相互隔離。

虛擬機(jī)技術(shù)最早由 IBM 提出，主要用于實現(xiàn)昂貴大型計算機(jī)系統(tǒng)的安全共享，后來被移植到PC平臺。虛擬機(jī)監(jiān)視器（Virtual Machine Monitor，VMM）是虛擬機(jī)技術(shù)的核心，它是一層位于操作系統(tǒng)和計算機(jī)硬件之間的軟件，用來將硬件平臺分割成多個虛擬機(jī)。

目前典型的VMM有VMware公司的VMware workstation，Microsoft公司的Virtual PC和Oracle公司的VirtualBox，其中VirtualBox虛擬機(jī)的建立在文獻(xiàn)4中作過論述[4]。這三個平臺大同小異，現(xiàn)以VMware workstation為例說明其功能及特點。

2.2 VMware workstation虛擬機(jī)平臺

VMware Workstation（中文名“威睿工作站”）是一款功能強(qiáng)大的桌面虛擬計算機(jī)軟件，提供用戶可在單一的桌面上同時運行不同的操作系統(tǒng)，和進(jìn)行開發(fā)、測試、部署新的應(yīng)用程序的最佳解決方案。

VMware Workstation可以讓我們在一臺機(jī)器上同時運行兩個或更多Windows、DOS、Linux、Mac系統(tǒng)[5]，每個操作系統(tǒng)都可以進(jìn)行虛擬的分區(qū)、配置而不影響真實硬盤的數(shù)據(jù)，每個操作系統(tǒng)都可以虛擬出一個或多個硬件設(shè)備，如硬盤、網(wǎng)絡(luò)適配器等。你甚至可以通過網(wǎng)卡將幾臺虛擬機(jī)用網(wǎng)卡連接為一個局域網(wǎng)，作為網(wǎng)絡(luò)配置及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器測試極其方便。

3利用VMware Workstation平臺搭建的LINUX虛擬機(jī)實驗環(huán)境的優(yōu)勢

3.1 擴(kuò)充“無限”的硬件設(shè)備

在LINUX虛擬機(jī)環(huán)境里，計算機(jī)的許多硬件是可以定制或添加的，如內(nèi)存、CPU數(shù)量、硬盤數(shù)量及類型、網(wǎng)絡(luò)適配器及類型以及CD/DVD驅(qū)動器等等，如圖1所示。用戶可以通過硬件添加向?qū)砑右粋€或多個容量不同的硬盤，也可以添加不同的CD-ROM驅(qū)動器、網(wǎng)絡(luò)適配器、打印機(jī)、通用SCSI設(shè)備等等。這些硬件的生成，只有內(nèi)存容量和CPU受當(dāng)前物理計算機(jī)的限制，而其他設(shè)備幾乎不受限制――即使硬盤數(shù)量及容量受當(dāng)前物理硬盤容量限制，對目前大容量硬盤來說，這種限制顯然是微不足道的。舉例來說，當(dāng)前計算機(jī)物理硬盤為1TB，為虛擬機(jī)申請10%的容量作為虛擬硬盤，也達(dá)到100GB，如在教學(xué)中作為虛擬硬盤使用，可虛擬出至少5個20GB的硬盤，如圖2所示。這樣虛擬出來的硬盤，用戶完成RAID系統(tǒng)實驗、LVM系統(tǒng)實驗，是在物理計算機(jī)上無法比擬的。

3.2具有“金剛不壞之身”虛擬機(jī)

實驗機(jī)房首先安裝WINDOWS系統(tǒng)，WINDOWS系統(tǒng)上安裝VMware workstation虛擬機(jī)平臺，在此平臺上再安裝上LINUX系統(tǒng)，最后對整個系統(tǒng)進(jìn)行還原保護(hù)。如果實驗用這樣的策略來處理，即滿足用戶靈活地對LINUX系統(tǒng)進(jìn)行組件安裝、修改配置、重新啟動已達(dá)到生效的目的，又可保證LINUX虛擬機(jī)有“金剛不壞之身”，即不論用戶對虛擬采取何種措施，如修改配置、安裝程序、刪除文件，甚至是刪除分區(qū)、格式化硬盤等等――這些行為對物理計算機(jī)有嚴(yán)重的影響，一般是是禁止的。用戶如需要上述操作生效，只需要重新啟動LINUX虛擬機(jī)便可；如果發(fā)現(xiàn)上述操作對系統(tǒng)造了致命的損害，只需要重新啟動宿主機(jī)操作系統(tǒng)，以上的行為通通失效，這對于保護(hù)虛擬機(jī)系統(tǒng)，但又不限制用戶對虛擬機(jī)的操作，是非常有意義的。

3.3 有利于實驗結(jié)果的測試與整理

在LINUX操作系統(tǒng)上要完成一些實驗，往往要對系統(tǒng)進(jìn)行安裝、配置、重新啟動等一活動。在物理機(jī)上完成上述活動，如果機(jī)房安裝了還原系統(tǒng)，在重新啟動系統(tǒng)后，配置會還原失效；但在虛擬上完成，重啟虛擬機(jī)不會對系統(tǒng)進(jìn)行還原，可保留用戶對系統(tǒng)的修改，得到真實的實驗結(jié)果。另外，實驗結(jié)論的整理也是非常方便的，如果要邊做實驗邊整理實驗報告，或者要存儲實驗截圖，在虛擬機(jī)環(huán)境下非常容易實現(xiàn)。在宿主機(jī)上建立實驗報告文件，在虛擬機(jī)上完成實驗過程，期間可通過窗口的切換來實現(xiàn)不同界面的轉(zhuǎn)換，屏幕信息、數(shù)據(jù)或屏幕截圖也很容易通過WINDOWS系統(tǒng)或第三方軟件來實現(xiàn)。這樣在實驗過程中就可整理實驗報告，非常方便哪些實踐性比較強(qiáng)的實驗項目。

4 結(jié)束語

本文結(jié)合作者教學(xué)工作實際，分析了LINUX實驗教學(xué)中面臨的問題和困難，在實驗物理機(jī)上完成LINUX的實驗，對實驗機(jī)房的硬件要求非常高，需投入大量資金購買不同設(shè)備；對機(jī)房的軟件維護(hù)也需投入大量人力物力進(jìn)行；實驗過程中不能做到“教學(xué)做”一體化過程。提出了在VMware Workstation平臺上的LINUX虛擬機(jī)完成一系列的實驗過程，可解決上述資金投入量大、設(shè)備與軟件系統(tǒng)維護(hù)工作量大的不足，而且實驗過程做到“教學(xué)做”一體化，即教師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)、學(xué)生實驗可同時開展，極大地方便了實驗過程，縮短了實驗時間、提高了實驗效率，是LINUX實驗平臺的極好選擇。

參考文獻(xiàn)：

[1] 莊城山.虛擬機(jī)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)課程實踐教學(xué)中的應(yīng)用[J].安徽師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2015，21（2）：212-122.

[2]羅龍.基于Linux的嵌入式實訓(xùn)平臺及實驗的設(shè)計與實現(xiàn)[D]，大連理工大學(xué)，2013：3-30.

[3]肖亮.基于LINUX的操作系統(tǒng)實驗平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[D]，中南大學(xué)，2013：1-45.

[4]單康杰.基于virtualbox的虛擬化管理系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)[D]，電子科技大學(xué)，2014：5-8.

[5] 李浩.基于VMware的多操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實驗平臺的構(gòu)建[D].南昌大學(xué)，2012：7-10.

[6] 苗鳳君，盛劍會.網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)及配置管理[M].北京：清華大學(xué)出自版社，2015.

篇(2)

關(guān)鍵詞：信息安全；實驗課程；實驗平臺；軟件安全

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1引言

“信息安全”是信息安全本科教學(xué)的核心專業(yè)課程。我校本科“信息安全”課程自2005年開設(shè)，我們認(rèn)識到：

(1) 信息安全課程的教學(xué)需要重視理論的講授，使學(xué)生掌握解決問題的基本技術(shù)，更要強(qiáng)調(diào)實驗教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生解決安全問題的能力。

(2) 信息安全一個整體概念，解決某一個安全問題常常要綜合考慮硬件、系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件、代碼安全、協(xié)議安全等多個問題，因此需要培養(yǎng)學(xué)生的綜合安全技能，安全實驗內(nèi)容的系統(tǒng)性尤為重要。這里的系統(tǒng)一方面是指實驗內(nèi)容自身的體系完整，也包括實驗內(nèi)容與其他計算機(jī)或安全專業(yè)課程的有機(jī)關(guān)聯(lián)。此外，為了適應(yīng)實際應(yīng)用的需求，實驗類型也應(yīng)多樣，可分為原理驗證型、操作配置型、編程開發(fā)型、綜合應(yīng)用型。

(3) 目前的信息安全教學(xué)受到學(xué)校資金、場地等硬件條件的限制，缺乏實驗所需的軟硬件，不能開設(shè)課程所要求的全部實驗，而且在現(xiàn)實的實驗環(huán)境中，模擬網(wǎng)絡(luò)攻擊、惡意代碼的分析等對實驗環(huán)境具有潛在危害的實驗也不能完成。因此，建立信息安全虛擬實驗平臺也是我們實驗教學(xué)工作中的一個重點。

我們根據(jù)本校的特點，在學(xué)?！把芯啃越虒W(xué)示范課程《信息安全》”項目、“網(wǎng)絡(luò)信息安全實驗課程研究與實驗平臺建設(shè)”項目的支持下，作者在“信息安全”實驗課的實驗內(nèi)容設(shè)置、實驗平臺建設(shè)、學(xué)生能力培養(yǎng)等方面做了有益的實踐和探索。

2“信息安全”實驗課教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置

2.17大類實驗?zāi)K

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的信息系統(tǒng)可以用如下的層次結(jié)構(gòu)來描述。

為了確保信息安全，必須考慮每一個層次可能的信息泄漏或所受到的安全威脅。因此安全實驗的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)注意系統(tǒng)性，從以下幾個層次研究信息安全問題：計算機(jī)硬件與環(huán)境安全、操作系統(tǒng)安全、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)安全、應(yīng)用系統(tǒng)安全以及安全管理。

我們遵循信息安全PDRR模型的核心思想，以及“信息安全類專業(yè)指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范”項目組提出的“信息安全類專業(yè)知識體系”，并結(jié)合我們編寫的教材，設(shè)置的“信息安全”實驗課程的內(nèi)容包含7大類30多個模塊：

第1類：密碼學(xué)基礎(chǔ)與密碼技術(shù)應(yīng)用。包括對稱、非對稱密碼系統(tǒng)、公鑰密碼系統(tǒng)、消息摘要、數(shù)字簽名、信息隱藏與數(shù)字水印等實驗?zāi)K。

第2類：硬件與操作系統(tǒng)安全。包括常用硬件設(shè)備防護(hù)、使用微軟基準(zhǔn)安全分析器分析系統(tǒng)漏洞、Windows用戶帳號口令破解、Windows系統(tǒng)安全配置、微軟安全小工具的使用等實驗?zāi)K。

第3類：數(shù)據(jù)庫安全。包括SQL Server 2000的安全管理等實驗?zāi)K。

第4類：網(wǎng)絡(luò)安全。包括網(wǎng)絡(luò)掃描工具的使用及其編程實現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)嗅探工具的使用及其編程實現(xiàn)、遠(yuǎn)程控制原理與實踐、網(wǎng)絡(luò)防火墻的使用和攻防測試、Snort入侵檢測系統(tǒng)的使用、使用SSL為Web服務(wù)器配置安全通信、利用OpenSSL的C/S安全通信程序設(shè)計等實驗?zāi)K；

第5類：惡意代碼與安全程序設(shè)計。包括Web入侵方法實驗、代碼復(fù)審與靜態(tài)分析、惡意軟件的剖析與清除等實驗?zāi)K。

第6類：應(yīng)急響應(yīng)與災(zāi)難恢復(fù)。包括數(shù)據(jù)恢復(fù)軟件 Easy Recovery的使用、計算機(jī)取證軟件使用等實驗?zāi)K。

第7類：風(fēng)險評估與安全管理。包括安全掃描工具使用、風(fēng)險評估工具使用、整體安全方案設(shè)計等實驗?zāi)K。

2.2實驗組織及實驗類型

全部30多個實驗共分為4種實驗類型：

第一種：驗證型實驗。學(xué)生在實驗平臺的瀏覽器端輸入實驗參數(shù)，由服務(wù)器運行仿真軟件，并將實驗結(jié)果返回用戶，如實踐RSA算法原理。

第二種：操作配置型。學(xué)生從安全實驗平臺的瀏覽器端下載實驗所需的工具軟件，如網(wǎng)絡(luò)攻擊、防火墻、入侵檢測工具等，接著在單臺計算機(jī)上實現(xiàn)的虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中完成實驗內(nèi)容。

第三種：編程開發(fā)型。將核心源代碼程序以類、功能模塊或組件的形式提供給學(xué)生，學(xué)生在瀏覽器端下載程序模塊，自己動手編程實現(xiàn)，如利用OpenSSL開發(fā)包進(jìn)行安全通信程序設(shè)計。

第四種：綜合應(yīng)用型，如為校園網(wǎng)設(shè)計安全方案等，需要涉及安全需求分析、安全產(chǎn)品的選擇與部署、安全評估、應(yīng)急響應(yīng)與災(zāi)難恢復(fù)、安全管理等多層次上的安全問題。

每個實驗以3人小組協(xié)同來完成。一般以一周為完成時間，在這期間，教師還可以利用發(fā)送電子郵件、在線答疑等方式解答學(xué)生提出的問題。

2.3“惡意代碼與安全程序設(shè)計實驗”模塊介紹

計算機(jī)安全專業(yè)的學(xué)生一般都學(xué)習(xí)過C、C++等程序設(shè)計、軟件工程、網(wǎng)站開發(fā)等課程，那么“信息安全”課程的學(xué)習(xí)如何與之有機(jī)關(guān)聯(lián)呢？學(xué)生如何在已學(xué)課程的基礎(chǔ)上從安全的角度進(jìn)一步提高知識水平呢？下面以實驗內(nèi)容第5類的“惡意代碼與安全程序設(shè)計實驗”模塊為例，對實驗內(nèi)容及其實施做一介紹。

模塊1：軟件安全實驗知識準(zhǔn)備

在這個知識準(zhǔn)備模塊中介紹：

(1) 軟件安全問題，包括軟件安全問題與信息安全的關(guān)聯(lián)、軟件安全開發(fā)生命周期等，例如介紹風(fēng)險分析和代碼復(fù)審，并解釋這些行為應(yīng)該發(fā)生是在軟件開發(fā)生命周期中的哪一個階段、哪種情況下。

(2) 軟件安全漏洞與攻擊，包括緩沖區(qū)溢出(buffer overflows)、跨站點腳本攻擊(cross-site scripting)、錯誤開放認(rèn)證(fail open authentication)、隱式表單(hidden form fields)、編譯注入(interpreter injection)、競態(tài)條件(race conditions)等，并介紹相關(guān)的攻擊術(shù)語以及如何利用以上安全缺陷的入侵。

(3) 安全設(shè)計原則，介紹由Saltzer和Schroeder提出的八項安全機(jī)制作為軟件設(shè)計與實現(xiàn)原則，例如最少特權(quán)(least privilege)、自動防故障缺省(fail-safe defaults)和特權(quán)分離(separation of privilege)。

模塊2：Web入侵方法實驗

利用OWASP (the Open Web Applications Security Project, 開放網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件安全計劃) 設(shè)計的WebGoat 安全學(xué)習(xí)教程。要求學(xué)生使用Web Scarab測試工具來完成WebGoat實驗。WebScarab是一個用來分析使用HTTP和HTTPS協(xié)議的應(yīng)用程序框架。

模塊3：代碼復(fù)審與靜態(tài)分析實驗

代碼復(fù)審是軟件系統(tǒng)安全性檢查的一個重要部分，它可以在軟件投入運行甚至系統(tǒng)沒有集成前發(fā)現(xiàn)和修復(fù)安全漏洞。要求學(xué)生使用ITS4、PCLint、Fortify等靜態(tài)分析工具快速發(fā)現(xiàn)代碼安全漏洞，并對這些工具的優(yōu)缺點進(jìn)行分析。例如，ITS4的一個明顯缺陷是，它對所有出現(xiàn)strcpy()的語句都報警。

模塊4：惡意代碼剖析與清除實驗

對惡意代碼的剖析是與操作系統(tǒng)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)等安全緊密相關(guān)的重要實驗。惡意代碼的剖析實驗要求：惡意代碼運行主機(jī)的安全性、運行主機(jī)操作系統(tǒng)的安全性、感染環(huán)境的安全性、被感染系統(tǒng)的快速恢復(fù)、對惡意代碼感染前后的操作系統(tǒng)進(jìn)行分析、仿真操作系統(tǒng)的多樣性、減少成本。

虛擬機(jī)作為一種仿真技術(shù)可以完全仿真硬件平臺，這樣就可以對病毒研究提供大量的仿真PC，節(jié)省了硬件成本。而且不必?fù)?dān)心病毒對硬件的破壞，同時通過單獨的最簡單的病毒研究網(wǎng)絡(luò)來減小對于其他網(wǎng)絡(luò)的感染，這樣也解決了病毒研究環(huán)境的安全性。此外，一般的虛擬機(jī)系統(tǒng)管理軟件都可以保存虛擬操作系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)，因而可以完成“對病毒感染前后進(jìn)行分析”的實驗要求，也可以解決被感染系統(tǒng)的快速恢復(fù)的問題。因此，利用虛擬機(jī)技術(shù)是完成惡意代碼剖析實驗的一個很好的解決方案。

3“信息安全”實驗課教學(xué)平臺的建設(shè)

實驗平臺的建設(shè)思想是：采用虛擬機(jī)軟件VMWare在單臺計算機(jī)上實現(xiàn)多臺虛擬機(jī)以完成信息安全相關(guān)實驗，學(xué)生通過Web訪問，完成實驗的知識準(zhǔn)備、實驗內(nèi)容及相關(guān)軟件的下載、實驗報告的提交等工作。學(xué)生在瀏覽器端按一定步驟完成實驗，最終獲得實驗結(jié)果。下面介紹該平臺的設(shè)計思想、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作機(jī)制，該平臺的使用情況并提出了進(jìn)一步的工作。

3.1平臺設(shè)計原則

虛擬實驗系統(tǒng)的設(shè)計遵循以下原則：

(1) 開放性原則：本實驗系統(tǒng)基于校園網(wǎng)，任何接入校園網(wǎng)的學(xué)生都能使用本系統(tǒng)。

(2) 交互性原則：給出交互信息，對學(xué)生的操作做出實時反饋。

(3) 安全性與可靠性原則：系統(tǒng)自身運行保證安全可靠，并對用戶的使用過程通過日志記載。

(4) 易于維護(hù)原則：系統(tǒng)的模塊化設(shè)計，這樣既節(jié)省維護(hù)費用，又便于實驗項目的及時更新，保證虛擬實驗教學(xué)的不斷發(fā)展和完善。

3.2虛擬實驗平臺的結(jié)構(gòu)

如下圖所示，虛擬實驗系統(tǒng)包括若干實驗組，每組一般由3人組成，每組中包括：

PCm(Personal Computer, m=1,2,3)，實驗室中供學(xué)生使用的PC機(jī)；

VPCn(Virtual Personal Computer, n=1,2,3)，在某臺學(xué)生機(jī)PC上虛擬出的客戶機(jī)。

整個實驗室還設(shè)置：

LabS (Laboratory Server)，實驗服務(wù)器，實驗內(nèi)容的、更新等；

LabC(Laboratory Console)，實驗室控制臺，實驗室PC機(jī)的管理等工作。

3.3系統(tǒng)中的軟硬件部署

以一個實驗組的軟硬件部署為例介紹。

(1) 架設(shè)硬件。這個過程很簡單，將實驗室中的PC同時接到一個交換機(jī)上。

(2) 在PC1上創(chuàng)建虛擬機(jī)。安裝VMWare Workstation軟件，虛擬出3臺主機(jī)，VPC1-3的IP地址為192.168.2.1-192.168.2.3。在虛擬實驗環(huán)境的操作系統(tǒng)選擇上應(yīng)當(dāng)注意多樣化，我們選擇安裝兩個主流操作系統(tǒng)Windows 2003 Server和RedHat Linux，它們分別代表了Windows系列商業(yè)操作系統(tǒng)和開放源代碼系列的類UNIX操作系統(tǒng)；配置上采用單主機(jī)雙啟動的方式選擇啟動Windows 2003 Server或RedHat Linux；身份認(rèn)證采用網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一認(rèn)證：Windows 2003 Server采用Windows的活動目錄認(rèn)證，RedHat Linux通過pam-smb在Windows的活動目錄服務(wù)器上進(jìn)行身份認(rèn)證。

整個系統(tǒng)采用虛擬主機(jī)的方案，即虛擬主機(jī)是在物理計算機(jī)(稱為宿主機(jī))的操作系統(tǒng)上(稱為宿主操作系統(tǒng))通過軟件模擬出來的“計算機(jī)”(稱為客戶機(jī)，其上安裝的操作系統(tǒng)稱為客戶操作系統(tǒng))，客戶操作系統(tǒng)僅僅是宿主操作系統(tǒng)上的某個特定的數(shù)據(jù)文件?？蛻魴C(jī)上的任何操作只會影響宿主操作系統(tǒng)上的這個數(shù)據(jù)文件，提供虛擬主機(jī)的軟件還能在客戶機(jī)上虛擬出計算機(jī)設(shè)備(如網(wǎng)卡、磁盤等)，其中，虛擬的網(wǎng)卡可以與宿主機(jī)通信，或與宿主機(jī)所連接的物理網(wǎng)絡(luò)通信，或者，一個宿主機(jī)的多個客戶操作系統(tǒng)還可以通過虛擬的網(wǎng)卡組成網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)可以與物理網(wǎng)絡(luò)連接也可以不連接。

這個技術(shù)對于網(wǎng)絡(luò)安全實驗是非常有意義的。例如，可以在客戶操作系統(tǒng)上測試病毒的特性，在客戶操作系統(tǒng)組成的網(wǎng)絡(luò)中測試網(wǎng)絡(luò)配置，或者安裝、配置某個操作系統(tǒng)而不用擔(dān)心會弄壞宿主操作系統(tǒng)導(dǎo)致重新安裝，也可以通過拷貝客戶操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)文件來統(tǒng)一實驗環(huán)境。

3.4系統(tǒng)角色分工

虛擬實驗系統(tǒng)采用登錄機(jī)制，用戶進(jìn)入虛擬實驗室，首先必須以某種身份登錄。例如：教師用戶可以將自己創(chuàng)建的新的虛擬實驗上傳到數(shù)據(jù)庫，以充實實驗內(nèi)容。而學(xué)生用戶則無此權(quán)限。

3.5系統(tǒng)運行情況分析

本虛擬實驗系統(tǒng)具有以下一些顯著的優(yōu)點：

(1) 利于實驗的實施。通過虛擬機(jī)軟件的基本功能，可以保證信息安全實驗的安全性。例如在模擬的網(wǎng)絡(luò)攻擊中，虛擬機(jī)一旦崩潰，可以把整個虛擬機(jī)刪除，就像刪除普通文件一樣，保證了原計算機(jī)操作系統(tǒng)環(huán)境的穩(wěn)定性；

(2) 實驗成本低，易于實驗規(guī)模的擴(kuò)展。利用虛擬機(jī)技術(shù)，在單機(jī)中模擬多個系統(tǒng)環(huán)境、模擬規(guī)模不等的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，提高了設(shè)備利用率，降低了實驗成本，按照圖2中1:3的比例就可以節(jié)省2/3的硬件資源。使得信息安全的實驗的普及、推廣成為了可能。

(3) 便于實驗內(nèi)容的擴(kuò)展。由于許多儀器或部件都是“虛擬”的，其功能是由開發(fā)者定義的，可隨著新設(shè)備的推出重新“生成”新的儀器設(shè)備，使之能跟上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷更新；

(4) 虛擬實驗系統(tǒng)將使教學(xué)不再局限于有形的實驗室中，教學(xué)和動手操作實踐的空間和時間得到無形的擴(kuò)展。

通過一段時間的實際應(yīng)用，本系統(tǒng)在使用中還存在以下一些問題：

(1) 系統(tǒng)額外開銷增大。x86虛擬化技術(shù)的最大不足就是虛擬化本身會帶來系統(tǒng)開銷，同時也要消耗部分資源。這個開銷主要集中在CPU資源消耗、內(nèi)存資源消耗和硬盤存儲資源消耗上。幸好硬件資源的過剩，可以緩解這一問題。

(2) 平臺系統(tǒng)維護(hù)復(fù)雜度提高。采用虛擬化技術(shù)后，由于涉及CPU內(nèi)核管理和虛擬化軟件與操作系統(tǒng)間兼容性等問題，無論是宿主操作系統(tǒng)的升級，還是虛擬操作系統(tǒng)的升級，都需要慎重處理，即存在維護(hù)難度。

(3) 硬件配置需要適度提高。虛擬化技術(shù)是要在一臺計算機(jī)上運行盡可能多的系統(tǒng)和應(yīng)用，因而高配置的單臺機(jī)器要比低配置的單臺機(jī)器更適于部署虛擬化系統(tǒng)，不過這樣的硬件成本投入也能獲得更顯著的效益。

本系統(tǒng)的進(jìn)一步工作，將實驗成績的管理納入系統(tǒng)，實驗考核成績的查詢打印等，進(jìn)一步提高實驗系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量。

4學(xué)生能力的培養(yǎng)

實驗教學(xué)的設(shè)備建設(shè)是搞好實驗教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，而教師對設(shè)備的使用、對實驗內(nèi)容的把握、對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的跟蹤和指導(dǎo)更加重要。我們在實驗教學(xué)中，要求各組學(xué)生的實驗報告中包括以下欄目：實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗詳?xì)步驟、實驗小結(jié)與思考、參考文獻(xiàn)。其中實驗思考題由教師事先提出若干，要求學(xué)生在實驗中解決這些問題，并鼓勵學(xué)生在實驗中發(fā)現(xiàn)新的問題并努力解決。參考文獻(xiàn)也做了數(shù)量的要求，這樣一方面是為了督促學(xué)生廣泛閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，另一方面教師也可從學(xué)生所列的參考文獻(xiàn)對學(xué)生實驗的完成質(zhì)量有所了解。

對于各組學(xué)生提交的實驗報告還會利用上課時間進(jìn)行討論，取長補(bǔ)短，歸納整理。課后，教師還對完成得較好的實驗報告加以進(jìn)一步地指導(dǎo)，進(jìn)行提煉和升華，形成論文。目前，我們這種：實驗――匯報討論――提煉升華的三階段實驗指導(dǎo)經(jīng)驗已取得了一些成果，如學(xué)生已經(jīng)完成了“高性能的文件加密系統(tǒng)”、“OpenSSL的C/S安全通信程序”、“U盤病毒及免疫程序”、“基于系統(tǒng)調(diào)用截獲技術(shù)的軟件行為分析系統(tǒng)”等安全軟件，并已在《電腦編程技巧與維護(hù)》等雜志上發(fā)表。此外，“軟件可信驗證”實驗作為我?！氨究粕蒲杏?xùn)練計劃”項目立項，學(xué)生以團(tuán)隊形式參與完成。學(xué)生的資料搜集以及整理分析能力、編程能力、安全整體意識、寫作能力、團(tuán)隊協(xié)作能力都得到了培養(yǎng)和提高。

5結(jié)束語

信息安全的理論和技術(shù)還在不斷的發(fā)展和更新中，這就要求教師不斷更新信息安全實驗課的實驗內(nèi)容，加強(qiáng)與其他課程的關(guān)聯(lián)，不斷完善實驗平臺，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生安全能力，使得“信息安全”的教學(xué)真正做到使學(xué)生學(xué)以致用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳波,于泠,肖軍模. 計算機(jī)系統(tǒng)安全原理與技術(shù)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

[2] 陳波,于泠. 計算機(jī)系統(tǒng)安全實驗教程[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

篇(3)

【關(guān)鍵詞】虛擬實驗；實驗教學(xué)；網(wǎng)絡(luò)教育

【中圖分類號】G420 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【論文編號】1009―8097（2009）04―0131―02

“十一五”期間，我國科技人才培養(yǎng)，進(jìn)入了鞏固成果、深化改革、提高質(zhì)量、持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵時期。人才培養(yǎng)必須堅持以強(qiáng)化實踐教學(xué)為著力點，加強(qiáng)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，改革實踐教學(xué)內(nèi)容，完善實踐教學(xué)體系；必須堅持以信息技術(shù)的應(yīng)用作為提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段，推進(jìn)教學(xué)方法的改革，重點突破實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生和勞動者的動手實踐能力。

在我國，受教育的人口眾多，許多高等學(xué)校不具備充足的實驗場地和現(xiàn)代化的實驗設(shè)備。此外，大量的接受網(wǎng)絡(luò)教育的學(xué)生無法進(jìn)行實驗操作和練習(xí)。在這樣的背景下，虛擬實驗系統(tǒng)及其應(yīng)用的相關(guān)問題正是應(yīng)當(dāng)大力研究和發(fā)展的課題。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬實驗教學(xué)作為傳統(tǒng)實驗教學(xué)的一種有效的補(bǔ)充，已經(jīng)成為加強(qiáng)實踐教學(xué)、提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段，它不僅可以在一定程度上代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實驗教學(xué)，而且可以克服傳統(tǒng)實驗的各種制約和弊端，從而有效地解決目前實驗教學(xué)中存在的諸多問題。

一 計算機(jī)通信網(wǎng)虛擬實驗系統(tǒng)

虛擬實驗是指在計算機(jī)系統(tǒng)中采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)的各種虛擬實驗環(huán)境，實驗者可以像在真實的環(huán)境中一樣完成各種預(yù)定的實驗項目，所取得的學(xué)習(xí)或訓(xùn)練效果等價于甚至優(yōu)于在真實環(huán)境中所取得的效果。它是計算機(jī)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，也是教育領(lǐng)域應(yīng)用信息技術(shù)的一種創(chuàng)新。

虛擬實驗教學(xué)可以節(jié)約成本，突破實驗教學(xué)在時間和空間上的限制，提高學(xué)習(xí)者的自主性和創(chuàng)新性，充分發(fā)揮計算機(jī)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，成為對傳統(tǒng)教學(xué)方式的有力補(bǔ)充。利用計算機(jī)圖形技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等可以仿真出可視化的實驗環(huán)境，引入多種多樣先進(jìn)、昂貴的實驗儀器設(shè)備，同時降低誤操作的危害與損失，為學(xué)生和勞動者提供實用的知識與技能。

在我校開設(shè)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)通信網(wǎng)、Linux操作系統(tǒng)等工科課程中，實驗教學(xué)環(huán)節(jié)必不可少。我們選取了虛擬實驗教學(xué)方式，以達(dá)到讓學(xué)生多練習(xí)、多模擬、多實踐的目的。2007年6月在國家“十五”重大科技攻關(guān)項目“面向中小學(xué)的遠(yuǎn)程教育關(guān)鍵技術(shù)及示范”的“國產(chǎn)基礎(chǔ)軟件技術(shù)培訓(xùn)系統(tǒng)研制與課程開發(fā)”（編號2005BA115A03）項目資助下，我們自主開發(fā)完成了面向互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的虛擬實驗系統(tǒng)，包含一個虛擬實驗平臺，及與之配套的網(wǎng)上虛擬實驗管理系統(tǒng)。

計算機(jī)通信網(wǎng)虛擬實驗平臺仿真了計算機(jī)、路由器、集線器、交換機(jī)等4類常用儀器設(shè)備，其中計算機(jī)又包含Windows與Linux兩種操作系統(tǒng)的界面和功能。學(xué)生可以從器材欄選擇需要的設(shè)備添加到實驗區(qū)，相同的設(shè)備可以選擇多臺，利用這些仿真設(shè)備搭建虛擬的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置與實驗操作。系統(tǒng)界面如圖1所示。

虛擬實驗管理系統(tǒng)可以提供實驗管理、報告管理、個人消息、在線論壇、用戶管理等功能。系統(tǒng)分為教師、學(xué)生和管理員三種角色，不同角色擁有不同權(quán)限。(1)學(xué)生：完成實驗任務(wù)、在線提交實驗報告、保存實驗結(jié)果，查看教師給出的成績與批語、進(jìn)行自主實驗等；(2)教師：進(jìn)行教學(xué)管理（新建典型實驗、進(jìn)行實驗安排、批改實驗、實驗成績等）；(3)管理員：進(jìn)行課程管理（設(shè)置實驗課程、進(jìn)行授課安排）和教學(xué)論壇的管理與實驗用戶的管理、學(xué)校管理和權(quán)限管理。同時這三種角色還擁有參與教學(xué)論壇、站內(nèi)消息的功能。

二 虛擬實驗教學(xué)的實施方案

利用自主開發(fā)的虛擬實驗平臺，開展計算機(jī)通信網(wǎng)等課程的實驗教學(xué)，是由基本實驗、綜合實驗和設(shè)計實驗三個層次構(gòu)成?；緦嶒炇怯沙Ｓ玫挠嬎銠C(jī)網(wǎng)絡(luò)配置等實驗組成，側(cè)重于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用操作能力的訓(xùn)練；綜合實驗為DHCP、HTTP服務(wù)器等配置實驗，側(cè)重于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)操作能力的訓(xùn)練；設(shè)計實驗為學(xué)生提供了一個開放的實驗平臺，讓學(xué)生自由搭建網(wǎng)絡(luò)，側(cè)重于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計能力的訓(xùn)練，增強(qiáng)創(chuàng)新精神。

對于單門課程，每學(xué)期在網(wǎng)上一定量的實驗作業(yè)，如圖2所示。公布實驗要求與報告格式，由學(xué)生操作完成之后，直接通過網(wǎng)絡(luò)提交實驗結(jié)果與實驗報告。教師直接在網(wǎng)上批改并可利用網(wǎng)上實驗管理系統(tǒng)進(jìn)行成績統(tǒng)計。最后將成績按照一定比例計入學(xué)生的總評成績。以計算機(jī)通信網(wǎng)課程為例，每學(xué)期2個必做實驗，由基本實驗構(gòu)成；2個選做實驗，學(xué)生在教師的5個實驗范圍內(nèi)，選擇2個完成，以綜合實驗為主。最終的實驗成績計入學(xué)生總評成績的20%。此外學(xué)生也可以自由設(shè)計實驗，完成后提交給教師。如果學(xué)生做的非常優(yōu)秀，可以給以5%的加分成績。

三 虛擬實驗教學(xué)的實踐

我校實驗教學(xué)改革走過了一段漫長的路程。2005年9月開始研制虛擬實驗系統(tǒng)。2007年研制完成后，經(jīng)歷了1年時間的完善和修改。在2008年初投入實際教學(xué)，在Linux操作系統(tǒng)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)通信網(wǎng)等課程中進(jìn)行應(yīng)用，已完成2個完整學(xué)期的教學(xué)工作。第一個學(xué)期是小規(guī)模使用，選擇了一個百人左右的班級。第二個學(xué)期在全年級推廣使用，進(jìn)行實驗操作的學(xué)生總計超過2000人，并取得了良好效果。在對學(xué)生的問卷調(diào)查中，有90%以上的學(xué)生支持虛擬實驗教學(xué)方式。85%以上的學(xué)生認(rèn)為在虛擬實驗教學(xué)中獲得了很大收獲?？梢哉f，虛擬實驗教學(xué)模式的使用，解決在網(wǎng)絡(luò)教育中開展實驗教學(xué)的難題，有利于提高學(xué)習(xí)效率，有利于發(fā)揮學(xué)習(xí)個體的主動性，促進(jìn)個性化的發(fā)展，有利于在教學(xué)中實施素質(zhì)教育。

在虛擬實驗教學(xué)實踐中，我們也發(fā)現(xiàn)了一些問題。最主要的問題是實驗成績評定，教師工作量很大。我校網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)生每年招生約2000人，一位教師可以開設(shè)課程布置實驗，但是批改的時候，面對數(shù)以千計的實驗報告和實驗結(jié)果，負(fù)擔(dān)比較重。今后在實驗結(jié)果的保存、實驗批改流程方面需要改進(jìn)，力爭實現(xiàn)自動批改。

本文提出了一種新的虛擬實驗教學(xué)模式，采用自主研發(fā)的虛擬實驗系統(tǒng)，針對多門課程開展網(wǎng)上虛擬實驗教學(xué)，取得了較好的教學(xué)效果。2008年9月，虛擬實驗相關(guān)課程“計算機(jī)通信網(wǎng)”被評為2008年度國家網(wǎng)絡(luò)教育精品課程。

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞：智慧教育；云平臺；教育云；實踐教學(xué)

0引言

傳統(tǒng)時代的智慧教育通常是用一套公眾接受的帶有真理性質(zhì)的思維模式來啟發(fā)和教育學(xué)生。進(jìn)入信息化時代，人們對智慧教育的認(rèn)識又發(fā)生了改變：智慧教育是一種通過信息技術(shù)來改革傳統(tǒng)教育各個方面，目的在于培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的創(chuàng)新能力、批判思維能力、問題解決能力等高階思維能力，即發(fā)展學(xué)習(xí)者的智慧[1]。信息時代的智慧教育是利用現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)，來改進(jìn)或完善傳統(tǒng)教育的缺陷，通過對教育的不斷優(yōu)化來培養(yǎng)學(xué)習(xí)者終生學(xué)習(xí)的能力和發(fā)展學(xué)習(xí)者的智慧。智慧實驗是智慧教育的一個分支。云計算作為分布式計算的一種，其在教育領(lǐng)域的遷移稱為“教育云”[2]。國外研究者在2009年前后開始關(guān)注教育云[3]。根據(jù)國家十二五規(guī)劃《素質(zhì)教育云平臺》的要求，各個地區(qū)涌現(xiàn)出了諸多教育云的教學(xué)應(yīng)用案例[4]。例如，2014年5月，重慶市召開了教育“云課堂”項目應(yīng)用推進(jìn)工作研討會，會上展示了教育云課堂教師講授與同學(xué)學(xué)習(xí)和互動的整個過程，整堂課利用云平臺+微課+PPT來呈現(xiàn)，學(xué)生在課堂上利用平板電腦學(xué)習(xí)，實現(xiàn)學(xué)習(xí)資源的共享。明確感受到了實驗教育云未來發(fā)展的強(qiáng)勁趨勢及學(xué)校自身發(fā)展的需要和辦學(xué)定位，我?！L春工業(yè)大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院的科研團(tuán)隊結(jié)合學(xué)院自身需要研發(fā)了實驗教育云平臺。

1實驗教育云平臺的功能設(shè)計、架構(gòu)設(shè)計及實現(xiàn)

1.1實驗教育云平臺的功能設(shè)計

實驗教育云平臺功能模塊主要包含系統(tǒng)管理模塊、實驗教學(xué)管理模塊和實驗進(jìn)度管理模塊。系統(tǒng)管理模塊包括班級管理、權(quán)限管理、課程管理和鏡像管理子模塊。班級管理子模塊主要是系統(tǒng)管理級以班級為單位導(dǎo)入學(xué)生的姓名、學(xué)號和密碼。權(quán)限管理子模塊是系統(tǒng)管理者為實驗教師和學(xué)生分配不同的使用權(quán)限。課程管理子模塊為教師分配本學(xué)期的實驗課程。鏡像管理子模塊為不同的實驗課程分配不同的實驗環(huán)境。實驗教學(xué)管理模塊主要是教師進(jìn)行實驗教學(xué)的管理，包括教師上傳實驗指導(dǎo)書，課前布置每堂課使用的實驗環(huán)境。教師可以查詢學(xué)生的實驗報告完成情況，并對學(xué)生的實驗相擬度進(jìn)行查詢，并最終給出學(xué)生的實驗成績。實驗進(jìn)度管理模塊的操作者是學(xué)生。首先學(xué)生完成實驗教育云平臺的登錄，然后根據(jù)實驗指導(dǎo)書的實驗內(nèi)容對實驗環(huán)境進(jìn)行實際操作或程序設(shè)計，完成實驗內(nèi)容后截圖并提交實驗報告，最后由教師給出實驗成績后，學(xué)生在學(xué)生端查詢實驗成績。實驗教育云平臺的功能設(shè)計如圖1所示。

1.2實驗教育云平臺的架構(gòu)設(shè)計

在圖2中，Web服務(wù)器的主要功能是通過互聯(lián)網(wǎng)接入Web服務(wù)，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)將虛擬實驗環(huán)境移植到Web頁面和生成動態(tài)網(wǎng)頁[5]，這樣使用者就通過虛擬生成的實驗環(huán)境進(jìn)行實驗操作。將多個Web服務(wù)器組成了云端Web客戶群。應(yīng)用服務(wù)器端主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，并對采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，然后將處理后的數(shù)據(jù)的結(jié)果傳送到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行保存，同時將處理結(jié)果通過Web傳送到Web服務(wù)器端。由于此可，這種B/S結(jié)構(gòu)極大地簡輕了云端Web服務(wù)器的工作負(fù)荷，只需安裝Web瀏覽器作為云端的運行平臺同時只負(fù)責(zé)一小部分的人機(jī)交互的業(yè)務(wù)邏輯處理工作，主要的業(yè)務(wù)邏輯處理工作由服務(wù)器群實現(xiàn)。所以這種“瘦客戶端/胖服務(wù)器”模式易于后臺管理和維護(hù)，并具有良好的穩(wěn)定性、魯棒性和可擴(kuò)展性。

1.3實驗教育云平臺的實現(xiàn)

按照實驗教育云平臺的功能設(shè)計與架構(gòu)設(shè)計，其教育云平臺的實現(xiàn)如圖3所示。圖3的左側(cè)為學(xué)生的實驗指導(dǎo)書的內(nèi)容，圖的右側(cè)為R語言的實驗環(huán)境。學(xué)生提交實驗報告后，教師可以在后臺查詢實驗報告提交情況和錄入實驗成績。

篇(5)

1.改革教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)內(nèi)容是一門課程的根本，對教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新在很大的程度能影響教學(xué)效果。為此，要打破高校教學(xué)的固有模式，在課程增添與實踐密切相關(guān)的新的教學(xué)內(nèi)容，新的教學(xué)內(nèi)容的選取，要以典型工作崗位的工作任務(wù)、工作過程及其所需的知識點的全面分析為依據(jù)。如引入一些公司或企業(yè)的實際業(yè)務(wù)需求的項目作為實踐內(nèi)容，這樣的教學(xué)內(nèi)容作為新的項目和任務(wù)，可以成為學(xué)生掌握知識的驅(qū)動力，通過設(shè)計實驗完成這些項目或任務(wù)，加強(qiáng)學(xué)生的實踐動手能力，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)效果。改變課程教學(xué)內(nèi)容，以項目為目標(biāo)，以企業(yè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能的實現(xiàn)為任務(wù)，不再是紙上談兵，而是將知識點體現(xiàn)在實際操作中。針對本課程，將從日常教學(xué)中的理論部分和上機(jī)實踐來進(jìn)行改革。理論部分：每次授課分為兩小節(jié)，第一小節(jié)課學(xué)習(xí)教材相關(guān)知識點，第二小節(jié)針對本項目用到的知識點進(jìn)行具體的說明，也就是說前面是公共知識的學(xué)習(xí)，后面是知識點應(yīng)用到項目的實踐。實踐部分：每次做實驗必須先寫實驗報告，內(nèi)容包括：實驗名稱、實驗任務(wù)、實驗預(yù)期效果、實驗步驟、心得體會等，不寫實驗報告者不能進(jìn)機(jī)房做實驗。只有這樣，學(xué)生上機(jī)才不會懵懵懂懂，才會有目標(biāo)地做實驗。在上機(jī)實踐中每人一臺計算機(jī)，需要在自己的機(jī)器上完成具體的任務(wù)目標(biāo)。下課時將實驗效果截圖到WORD文檔中作為作業(yè)提交。本課程理論教學(xué)32學(xué)時，實踐教學(xué)16學(xué)時，總共8次上機(jī)，在這短短的8次上機(jī)中要完成既定項目目標(biāo)，任務(wù)非常艱巨，要求學(xué)生在課余時間需要自己動手熟悉操作步驟，這樣才能達(dá)到要求。這8次上機(jī)內(nèi)容的具體安排是：第一次：使用虛擬機(jī)安裝RHEL5.2，熟悉Linux系統(tǒng)，熟悉常用Shell命令；第二次：繼續(xù)熟悉Shell命令，安裝YUM軟件倉庫；第三次：飛揚(yáng)廣告公司網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞脑O(shè)計與搭建；第四次：DHCP服務(wù)器的配置管理；第五次：DNS服務(wù)器的配置管理；第六次：FTP服務(wù)器的配置管理；第七次：WWW服務(wù)器配置管理；第八次：Mail服務(wù)器的配置管理。以本課程新增的實驗教學(xué)內(nèi)容“飛揚(yáng)廣告公司網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞脑O(shè)計與搭建”為例，該實踐內(nèi)容是完成一虛擬中小企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需求為目標(biāo)，以項目開發(fā)流程為主線，最終滿足企業(yè)實際應(yīng)用。這個虛擬企業(yè)是feiyang，它是一家廣告設(shè)計公司，主要從事平面媒體設(shè)計、等相關(guān)業(yè)務(wù)?？偣疚挥诮K省南京市，人數(shù)50人左右。該公司需要通過Linux平臺實現(xiàn)以下網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能：DNS服務(wù)：實現(xiàn)名稱解析、動態(tài)更新等功能；文件服務(wù)：為企業(yè)內(nèi)部員工提供一個可靠、安全的存儲空間；FTP服務(wù)：為企業(yè)合作伙伴提供相關(guān)文件的下載；DHCP服務(wù)：實現(xiàn)IP地址等相關(guān)信息的動態(tài)分配；WEB服務(wù)：為企業(yè)內(nèi)部員工及商業(yè)合作伙伴提供一個展示和交流的平臺；郵件服務(wù)：為企業(yè)內(nèi)部員工提供郵件服務(wù)。[2]為此，課程內(nèi)容增加新的課程任務(wù)：（1）設(shè)計實驗環(huán)境。為了便于計算機(jī)公共機(jī)房的管理，本課程上機(jī)實驗均在VMware虛擬機(jī)環(huán)境下進(jìn)行。VMwareWorkstation是一款功能強(qiáng)大的桌面虛擬計算機(jī)軟件，為用戶提供可在單一環(huán)境同時運行不同操作系統(tǒng)并進(jìn)行開發(fā)、測試、部署應(yīng)用程序的最佳解決方案。VMwareWorkstation可在一臺物理機(jī)器上模擬完整的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，其更好的靈活性與先進(jìn)的技術(shù)勝過市面上其他的虛擬計算機(jī)軟件。[3]（2）設(shè)計教學(xué)內(nèi)容。在本課程中引入完整項目的實例：虛擬企業(yè)Feiyang廣告設(shè)計公司的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能的設(shè)計與實現(xiàn)，其物理拓?fù)淙鐖D1所示：本項目的驗收目標(biāo)是：假設(shè)公司某部門的員工上班，開機(jī)后可以自動分配公司內(nèi)部的私有IP地址，員工進(jìn)入公司內(nèi)部局域網(wǎng)，通過DNS和WWW進(jìn)行網(wǎng)頁瀏覽、通過FTP進(jìn)行有權(quán)限的文件上傳下載、通過Mail收發(fā)電子郵件。如果能實現(xiàn)這些功能，那么本課程主要內(nèi)容的教學(xué)目標(biāo)也就達(dá)到了。本項目實現(xiàn)的關(guān)鍵是搭建虛擬公司的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。利用VMWare虛擬化，將一臺虛擬機(jī)（圖1物理拓?fù)鋱D中的Router_DHCPRelayServer）設(shè)置為路由器，將各個部門不同網(wǎng)段的虛擬機(jī)通過這臺虛擬機(jī)路由器聯(lián)系在一起，實現(xiàn)公司內(nèi)部分處不同網(wǎng)段的部門均能正常地使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。[4]通過這個實際項目的學(xué)習(xí)，將平常零散的知識整合起來，運用到實際工程中，加深學(xué)生對知識的理解，同時也鍛煉了學(xué)生的實踐能力、團(tuán)隊協(xié)作、溝通交流等多方面能力，為以后的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。如果多個類似這樣的實驗內(nèi)容融入到教學(xué)中，讓學(xué)生通過反復(fù)訓(xùn)練鞏固和掌握Linux的知識及應(yīng)用，對于該課程的講授和學(xué)習(xí)都能起到事半功倍的效果。

2.改革教學(xué)方式

因為學(xué)生畢竟是第一次接觸Linux，剛開始有些同學(xué)在Linux下都找不到指定的文件夾，在此情況下讓學(xué)生敲命令、修改服務(wù)配置文件可謂困難重重。為了能讓教學(xué)內(nèi)容順利開展，筆者改變了以往的教學(xué)方法，在本課程中提供7次實驗的項目指導(dǎo)書，安排每次實驗任務(wù)目標(biāo)和項目指導(dǎo)書內(nèi)容有所側(cè)重，將項目實施的每一步驟圖文并茂的呈現(xiàn)，對于學(xué)生成功完成實驗起到指導(dǎo)作用。在教學(xué)中，即使有項目指導(dǎo)書的輔助，還是存在問題，有些學(xué)生反饋：按照指導(dǎo)書的操作步驟，還是不能完成實驗任務(wù)，嘗試多次也無法成功。針對這些偶然性出現(xiàn)的問題，筆者進(jìn)一步完善了教學(xué)方式，在教學(xué)中融入大量的具體操作的視頻。在確認(rèn)項目指導(dǎo)書正確性的前提下，以視頻錄像形式，讓學(xué)生更直觀更清晰地了解每一步的界面，對服務(wù)器的配置管理按照視頻來一步一步操作，能夠完成既定的實驗。除了以教學(xué)項目指導(dǎo)書和操作錄像視頻作為輔助之外，在本課程中還增加了很多互動的教學(xué)課時。例如，在課程結(jié)束前，要求學(xué)生從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)實施和教學(xué)效果三個方面對于新的教學(xué)模式談?wù)劯惺?，大多?shù)學(xué)生表示新的教學(xué)模式比較新穎，實驗內(nèi)容豐富，能學(xué)到很多東西。同樣也存在其他意見，比如實驗課時偏少，實驗內(nèi)容偏多等。針對學(xué)生反饋的意見，進(jìn)一步調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，以期達(dá)到更好的教學(xué)效果，這也是本課程改革最根本的目標(biāo)。在這里筆者以近3年實施改革前后的考試成績?yōu)閷嵗瑢?008級至2010級計算機(jī)科學(xué)與應(yīng)用專業(yè)3個年級本課程期末考試成績的結(jié)果分析圖呈現(xiàn)出來。數(shù)據(jù)表明對課程的改革有一定的成效，當(dāng)然，教學(xué)效果的改善不能完全由考試成績來佐證，但至少可以作為量化的一個指標(biāo)。3.改革考核方式鑒于本課程教學(xué)改革的新方向，考核方式為：平時成績、一次大作業(yè)和期末考試。平時成績占20%，期末考試占60%，大作業(yè)占20%。期末考試分為筆試和機(jī)試，筆試占40%，機(jī)試占20%。這一次大作業(yè)要求是本項目的所有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能的完整實現(xiàn)，每個人都要撰寫項目實驗報告。

3.結(jié)論

篇(6)

摘 要 在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué)中,由于需要組建具有多種操作系統(tǒng)的教學(xué)網(wǎng)絡(luò),通常設(shè)立專門的實訓(xùn)實驗室來保證教學(xué)效果,教育成本較高。本文提出了利用VMware 虛擬平臺實現(xiàn)在普通機(jī)房搭建可以運行多個不同類別的操作系統(tǒng)的教學(xué)網(wǎng)絡(luò),能促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)各種配置操作,緩解了高職教學(xué)過程中實驗場地和設(shè)備不足的缺陷,有極強(qiáng)的教學(xué)實用價值。

關(guān)鍵詞 VMware Workstation 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué) 協(xié)作學(xué)習(xí)方案 個人學(xué)習(xí)方案

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是高職高專計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)必修課,該課程的教學(xué)內(nèi)容及其對應(yīng)實訓(xùn)的教學(xué)目的是用來培養(yǎng)一個高級網(wǎng)絡(luò)管理員的綜合網(wǎng)絡(luò)服務(wù)配置和管理技能。而要掌握這些技能必然要求一個由多臺裝有各種操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)實訓(xùn)環(huán)境。但由于教育資源匱乏、經(jīng)費不足等諸多原因?qū)е赂呗毟邔Ｔ盒４蠖嗳鄙賹ｉT的實訓(xùn)實驗室,實際教學(xué)多在普通機(jī)房中進(jìn)行。而普通機(jī)房為了便于維護(hù),所有機(jī)器均為預(yù)裝操作系統(tǒng),且使用硬盤保護(hù)卡保護(hù),學(xué)生很難有機(jī)會實施各類操作系統(tǒng)的安裝調(diào)試,更不能奢望親自搭建各類網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。教學(xué)過程一般有兩種形式,或者純粹是教師對學(xué)生說實驗(即把每一個步驟說給學(xué)生聽),或者直接給學(xué)生看教學(xué)用的操作視頻,實驗報告顯然都是抄寫的,教學(xué)效果可想而知。針對當(dāng)前存在的問題,采用虛擬機(jī)平臺技術(shù)搭建實訓(xùn)平臺無疑是個不錯的選擇。

一、虛擬機(jī)技術(shù)簡介

虛擬機(jī)(Virtual Machine)技術(shù),就是用軟件模擬現(xiàn)實的計算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù),并且可以在一臺計算機(jī)上虛擬出多臺虛擬的計算機(jī),從而解決教學(xué)的實際問題。

利用這種技術(shù),可以在現(xiàn)有計算機(jī)主操作系統(tǒng)上建立若干個同構(gòu)或異構(gòu)的虛擬計算機(jī)系統(tǒng),這些虛擬機(jī)系統(tǒng)均有獨立的CPU、內(nèi)存、硬盤,甚至還擁有獨立的BlOS。在虛擬機(jī)環(huán)境下,多個操作系統(tǒng)可以同時運行,并且不需要重啟即可完成操作系統(tǒng)之間的互相切換。更重要的是,通過虛擬出來的各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,虛擬機(jī)能完成和主機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)通訊。不僅如此,多個主機(jī)上的多個虛擬機(jī)還可以通過主機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接成標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)。

目前流行的虛擬機(jī)軟件主要有VMware 公司的VMware 和Microsoft 公司的Virtual PC。

二、VMware Workstation 與Virtual PC 虛擬機(jī)對比

VMware Workstation和Virtual PC在虛擬化領(lǐng)域都是大名鼎鼎,那么我們應(yīng)該如何根據(jù)自身需求選擇產(chǎn)品呢?VMware與VPC(Virtual PC)對比來說,硬件兼容性較強(qiáng),具有較全面的功能,逼真的裸機(jī)模擬能力,強(qiáng)大的虛擬網(wǎng)絡(luò)模擬能力,可運行在多種操作系統(tǒng)平臺(Windows(NT以上)和Linux操作系統(tǒng)上)。VPC卻是小巧精悍、方便實用、易上手,但硬件兼容性較差,輔助工具功能太單薄,不支持移動存儲設(shè)備,只能運行在Windows系列(98以上)和MacOS上。

所以,專業(yè)級用戶適合選擇VMware,追求簡單方便的Windows入門用戶選擇VPC。我們的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué)顯然屬于專業(yè)級別,應(yīng)該選用VMware。

三、基于VMware Workstation的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué)

結(jié)合建構(gòu)主義教學(xué)理論及實際的教學(xué)活動,本文提出兩種方案來搭建VMware Workstation網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)實驗平臺:

(一)協(xié)作學(xué)習(xí)方案

在一個教學(xué)機(jī)房中,分別由教師機(jī)和所有的學(xué)生機(jī)共同搭建一個大型的實驗網(wǎng)絡(luò),本方案的理論基礎(chǔ)是利用VMware Workstation具備在多個主機(jī)上分別創(chuàng)建多個虛擬機(jī),并通過主機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接成一個標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)的特性。以我校機(jī)房為例(每機(jī)房學(xué)生機(jī)60臺,教師機(jī)1臺),可搭建如表1所示的實驗網(wǎng)絡(luò)。

1.基礎(chǔ)實體網(wǎng)絡(luò)配置

在一個標(biāo)準(zhǔn)學(xué)生機(jī)房(60 臺學(xué)生機(jī))里,所有學(xué)生機(jī)器預(yù)裝了Windows 2000 pro操作系統(tǒng),除E盤外其它驅(qū)動盤均設(shè)有硬盤保護(hù)卡;前面教師機(jī)預(yù)裝了Windows XP,未設(shè)置硬盤保護(hù)。機(jī)房內(nèi)所有機(jī)器由一組堆疊交換機(jī)經(jīng)RJ-45口連接成一個小局域網(wǎng),并通過Uplink口向上連接到校園局域網(wǎng),網(wǎng)絡(luò)采用TCP/IP 協(xié)議,網(wǎng)段使用192.168.10.0,保證網(wǎng)絡(luò)連通性。

2.虛擬機(jī)配置

教師機(jī)安裝VMware Workstation平臺后,在其上安裝windows server 2003,必須配置AD。學(xué)生機(jī)需在機(jī)房管理員的協(xié)助下先取消硬盤保護(hù),后安裝VMware Workstation平臺,隨后按教師要求分別在虛擬機(jī)上安裝windows XP 或windows server 2000/2003或其他操作系統(tǒng)。安裝后由機(jī)房管理員重新對硬盤設(shè)置保護(hù)。虛擬機(jī)網(wǎng)段使用192.168.0.0。

3.網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué)

教師上實訓(xùn)課時可以將各項網(wǎng)絡(luò)服務(wù)配置分成幾大模塊,擬出一個完備的操作方案,讓學(xué)生協(xié)同完成整個大網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)配置管理。具體上課時,教師使用教師機(jī)登錄虛擬機(jī)中的Windows server 2003,學(xué)生使用學(xué)生機(jī)上的虛擬機(jī)操作系統(tǒng)登錄到教師機(jī)上的虛擬機(jī)域中,進(jìn)行相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)配置實驗。

(二)個別學(xué)習(xí)方案

本方案的創(chuàng)設(shè)基于我院專業(yè)特點,大多數(shù)學(xué)生自配了個人機(jī)(多為筆記本電腦),且配置較高(處理器均為雙核,內(nèi)存≥2G,硬盤≥250G),適合一機(jī)安裝多臺虛擬機(jī)使用。所以,推薦學(xué)生在個人機(jī)上搭建一個有多種操作系統(tǒng)(Windows系統(tǒng)和Linux)的標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)實驗平臺,實驗網(wǎng)絡(luò)組成如表2所示。網(wǎng)絡(luò)配置將四個操作系統(tǒng)的IP地址設(shè)置在一個網(wǎng)段中即可連通。學(xué)生課下時間可以復(fù)習(xí)或自主完成各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)配置實驗,切換操作系統(tǒng)就像切換對話框中的選項卡一樣方便,而且對整個實驗的整體性把握的更好,鍛煉了學(xué)生的自主性學(xué)習(xí)。

四、總結(jié)

實際上,虛擬機(jī)平臺技術(shù)不僅應(yīng)用于《網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)》實訓(xùn)課中有較好的教學(xué)效果, 也可以應(yīng)用到計算機(jī)專業(yè)其他相關(guān)課程如計算機(jī)組裝和維護(hù)、互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)等的實訓(xùn)教學(xué)中。對高職高專計算機(jī)專業(yè)各門專業(yè)課程來說,教學(xué)實訓(xùn)非常重要,但往往受到現(xiàn)有實驗設(shè)備的限制而使學(xué)生實踐不足。而將VMware 虛擬平臺技術(shù)應(yīng)用到計算機(jī)類課程的教學(xué)實訓(xùn)中既經(jīng)濟(jì)又安全,且能夠保證教學(xué)質(zhì)量,同時實驗設(shè)備的利用率得到了很大提高。因此,在計算機(jī)類專業(yè)課程的教學(xué)實訓(xùn)過程中,大力推行虛擬機(jī)平臺技術(shù)具有非?，F(xiàn)實的意義。

參考文獻(xiàn):

[1]王春海,劉曉輝,白鳳濤.VMware 虛擬機(jī)實用寶典.北京:中國鐵道出版社.2007.

篇(7)

關(guān)鍵詞：虛擬實驗室；Proteus；單片機(jī)應(yīng)用

1Proteus簡介

Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及器件。它是比較好的仿真單片機(jī)及器件的工具。雖然國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真軟件），從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是現(xiàn)今世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等。

Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真件），從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。

Proteus軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是：

（1）原理布圖；（2）PCB自動或人工布線；（3）SPICE電路仿真。

革命性的特點：

（1）互動的電路仿真

用戶甚至可以實時采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。

（2）仿真處理器及其電路

可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境。

2虛擬實驗室構(gòu)建

LabcenterElectronics公司開發(fā)的Protues軟件，是唯一一種能進(jìn)行各種處理其實時仿真、調(diào)試和測試的EDA工具。其具有實現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路及微控制器系統(tǒng)與外設(shè)的混合電路系統(tǒng)的電路仿真、軟件仿真、系統(tǒng)協(xié)同仿真和PCB設(shè)計等功能。是目前世界上最先進(jìn)、最完整的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與仿真平臺。KeiL Vision2軟件。該軟件支持眾多不同公司的芯片及編輯、編譯和程序仿真等于一體，還支持PLM、匯編和C語言的程序設(shè)計。選用Proteus來構(gòu)建虛擬電子實驗室，只需建立一個計算機(jī)局域網(wǎng)，由一臺服務(wù)器，一臺教師機(jī)和若干臺學(xué)生機(jī)（可根據(jù)班級學(xué)生數(shù)確定）組成。在服務(wù)器上安裝Proteus+Keil并進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，還可根據(jù)需要開發(fā)實驗教學(xué)指導(dǎo)系統(tǒng)。一旦建立起局域網(wǎng)Proteus虛擬實驗系統(tǒng)，就無需添置任儀器儀表和耗材，達(dá)到無損耗的實驗系統(tǒng)。

建立Proteus虛擬實驗室具有極大的可行性和現(xiàn)實意義。現(xiàn)有高等學(xué)校都擁有相當(dāng)數(shù)量的公用計算機(jī)，具有校園網(wǎng)和實驗室局域網(wǎng)平臺資源。Proteus可在Windows98/NT/2000/XP/2003等操作系統(tǒng)環(huán)境下進(jìn)行，其操作界面與Windows下的軟件很相似，學(xué)生己具備學(xué)習(xí)和使用Proteus的基礎(chǔ)技能。

在Proteus虛擬實驗系統(tǒng)中可開發(fā)各類電子及單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實驗。包含模擬電路、數(shù)字電路和微處理器系統(tǒng)在內(nèi)的仿真實驗，并且不受任何元器件及工具條件的限制?？梢哉f，能使教學(xué)進(jìn)入到一個無約束，可隨意進(jìn)行創(chuàng)新開發(fā)設(shè)計的虛擬世界。

虛擬實驗室可以采用局域網(wǎng)進(jìn)行多媒體教學(xué)，通過教師機(jī)對學(xué)生機(jī)方式教師可以同步演示電路圖，并講解其原理。根據(jù)電路原理圖的元件需求，學(xué)生可以在元件庫中找到相應(yīng)的虛擬元件。整個實驗結(jié)束后，學(xué)生將數(shù)據(jù)輸入到電子實驗報告系統(tǒng)中，系統(tǒng)會自動生成實驗報告，然后將實驗報告發(fā)送到主機(jī)，整個實驗教學(xué)結(jié)束。同傳統(tǒng)的實驗教學(xué)相比，采用虛擬實驗室教學(xué)，效率更高，教師同學(xué)生的互動性更好。

3在Proteus虛擬實驗室進(jìn)行實驗項目的過程

在Proteus虛擬實驗系統(tǒng)進(jìn)行實驗或綜合性、設(shè)計性實驗項目，可以使原理圖設(shè)計、元器件選擇，性能測試，系統(tǒng)功能動態(tài)仿真，實驗結(jié)果的分析與實驗報告生成一個工程項目完整過程一氣呵成，使學(xué)生真正感受到生動、創(chuàng)新的樂趣，激發(fā)學(xué)生自動創(chuàng)新的興趣。徹底改變了傳統(tǒng)電子系統(tǒng)設(shè)計迷茫，反復(fù)，甚至全盤失敗的枯燥過程。基于Proteus虛擬實驗系統(tǒng)實驗過程，可按圖1所示流程進(jìn)行。

有很多的電子設(shè)計與仿真軟件，如Orcad， Protel， Mutisim， Pspice等。這些軟件可以做頻率響應(yīng)、噪聲分析等工作，但在做元件實時行為分析時效果卻不夠理想。而Proteus不僅具有上述軟件的仿真功能，還可以對各類單片機(jī)、ARM7進(jìn)行實物模型的行為仿真，仿真圖形逼真清晰，并可以將實時仿真的結(jié)果以各種格式輸出。

參考文獻(xiàn)：

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