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中图分类号:G642 文献标识码:B
文章编号:1672-5913 (2007) 24-0008-02
在计算机科学与技术专业的课程体系中,无论是专业基础课、专业课还是专业选修课,基本可以分为两条主线:一是软件课程体系;另一个就是硬件课程体系。一般来说,计算机软件课程在计算机专业中基本能够得到重视和加强。而计算机硬件课程体系相对比较薄弱。随着电子技术和社会经济建设的发展,计算机科学与技术与电子科学技术相互渗透和融合、硬件软件化和软件硬件化日益普遍,尤其是ARM、SOC、SOPC等技术的出现,计算机软、硬件的融合日益显著和成熟,加强计算机硬件课程的建设、硬件课程体系及新的实验平台的建设显得越来越重要和必要。
1计算机硬件课程教学思路的改革
计算机硬件课程包括:数字逻辑电路设计、计算机组成原理、微机原理与接口技术、计算机系统结构、单片机原理与应用、嵌入式系统、计算机维护、EDA技术等。传统的计算机硬件课程主要任务是讲授计算机的工作原理,以配合计算机软件课程的教学。而技术的发展需要软硬结合、软件硬件化或交融,硬件课程教学的任务不但要学生了解计算机结构、原理,而且要用硬件描述语言进行部件及应用系统的设计。结合软件知识,能够设计计算机应用系统,尤其是嵌入式系统的应用日益普及,应用范围迅速扩大,要培养学生综合设计能力。除此以外,计算机的维护也是学生能力的培养的一个方面。
本教学成果是对计算机硬件课程进行体系改革及教学内容的梳理,确定硬件课程系列中基础层、系统层、应用层分别要讲授的知识和学生应该掌握的能力,以及各层之间的衔接和关联的内容,如图1所示。制定教学大纲、实验大纲、课程设计大纲等教学文件,教改项目的研究,教材、实验指导书编写,实验室建设。教案、多媒体课件的制作。
图1 计算机硬件课程结构
在基础层,主要是“数字逻辑电路设计”课程的建设,从99年开始对该课程教学内容进行了改革,编写出版了教材,引入可编程器件、ABEL语言,改造实验设备,在2001年获得江苏省教学成果二等奖。2002年该课程获得江苏省二类优秀课程。在此基础上,进一步对教学内容进行梳理,配合计算机组成原理的课程改革,将硬件描述语言从ABEL改为VHDL,引入FPGA技术的介绍及实验项目,又更新了实验设备,在2004年重修编写出版了教材和编写了实验指导书。主要思路是让学生掌握数字电路的基本知识和现代设计方法,能够设计一般的数字逻辑部件及简单的数字系统。所以在课程结束后安排了1.5周的课程设计,学生可以在FPGA芯片上运用VHDL语言设计如电子钟、交通灯控制器、电梯控制器等简单的数字系统。
在系统层,该层有“计算机组成原理”、“微机原理与接口技术”、“系统结构”。其中“计算机组成原理”课程是最主要的硬件课程,该课程一直是我们教研教改的重点。采用多媒体、网络等多种教学方式,课件文字精炼、图文结合、动画丰富、重点突出,培养学生自我学习、自主学习的能力。实践教学中突出设计能力和创新意识的培养。采用基于FPGA的实验设备,通过设计与教材紧密结合的实验教材和课程设计教材,形成了完整的相关课程教材系列,连贯性好。着重训练学生的设计能力,激发学生学习兴趣和创新思维。该课程在2006年被评为江苏大学一类精品课程。课程的教学主页(/subject/zcyl/)上的教学文档、资料、课件、实验指导等齐全。“微机原理与接口技术”课程原来以从16位CPU的机型讲授,根据目前技术的发展,改成以32位CPU的机型讲授,并且在2005年更新了实验设备和实验指导书。
在应用层,由前二层主要课程的课程设计及专业选修课、综合课程设计组成,主要在3个方面的应用:数字系统的设计,运用硬件描述语言设计计算机接口及整个应用系统,如“EDA技术”;计算机应用系统设计,包括硬件电路、应用软件。“单片机应用”、“嵌入式系统”课程就是培养学生系统设计能力,单片机教学采用了C8051F系列单片机芯片,他是在系统编程的SOC(system of chip)芯片, 编写出版了专门的教材、设计了专用的实验设备、编制了实验指导书。“嵌入式系统”也专门定制了ARM7、ARM9、ARM10的试验设备和编写了实验指导书;另外一个方面就是计算机的维护,根据目前的教学条件,开辟了专用的计算机维修实验室,面向全校开设了计算机维护的选修课,2005年编写出版了计算机维护的专用教材。
2特色教材建设
在明确了硬件课程教学目的和思路的基础上,开展相关课程的教材建设,组织课程自编教材与选用精品教材相结合,近几年出版了4本教材,由于大多数“数字逻辑”方面的教材是重点讲授数字电路原理,作为后续课程的技术基础。所有我们组织力量编写了《数字逻辑电路设计》教材,增加了硬件描述语言的设计方法、在系统可编程器件的技术,精简了传统的设计部分,99年在东南大学出版所出版,2004年进行了修改,增加了VHDL硬件描述语言的设计内容、FPGA器件的内容以及VHDL语言设计数字系统的实例,在清华大学出版社出版,已经三次印刷,在全国范围的高校中得到使用。在“单片机原理及应用”课程的教材方面,由于目前我们使用了最新的片上系统(SOC)型的单片机进行教学、实验,所有实验内容均可以直接运用到实际的工程项目中,传统的单片机教材已不能满足要求,2004年参编了《单片机原理与应用》,由机械工业出版社出版,加进了部分内容。我们自己又编写了合适教学要求的教材《C8051F单片机原理及应用》,2006年在中国电力出版社出版。由于计算机技术发展太快,“计算机维护”课程一直没有合适的教材,我们组织编写了《计算机系统高级维护教程》,2005年在中国科技大学出版社出版。
3开放实验平台建设
2004年获得中央与地方共建高校实验室建设项目“计算机基础实验室建设”的支持,及时更新了相关课程的实验设备,大部分的实验设备都是任课老师根据技术的最新发展提出实验设备的功能结构,由厂商定做的。几款实验设备目前已作为该生产厂家的定型产品销售到很多其他学校。设计了实验项目和实验内容,编写实验指导书。2005年省高教所教改项目“开放实验室信息查询系统”通过省级鉴定。建设了实验教学网站(202.195.167.4:8080)、教学专用的ftp,学生可以随时随地获得教学资源。改革了学生做实验的模式,集体实验和分散预约相结合(学生可以在任何地点、时间通过网络进入实验网站进行预约),提前预习实验内容,写好实验报告的“静态”(实验项目、实验原理、内容、实验设备等等)部分后,再到实验室开始做实验,在实验过程中完成实验报告的“动态”(实验调试过程、出现的问题、解决方法、实验结果、分析等)部分。提高了实验效果,激发了学生实验兴趣。
4结束语
本文介绍了计算机硬件课程的教学思路的改革,通过近几年的实践,取得了成效。建立了老中青的课程教师梯队,备课,出卷、改卷,有一支过硬的、每人能任2门以上主要硬件课程的主讲教师队伍。硬件课程中有2门获省级2类优秀课程,一门获校级一类优秀课程,有3项教研项目通过省级鉴定,多项相关科研项目通过省级鉴定并获得省、市级科技进步奖。获得多项校级教案、教学质量、优秀教师、讲课比赛等奖项。出版教材4部,发表教研教改论文12篇。有2名本教学成果成员指导的07届学生,所做的硬件应用的毕业设计论文被评为校优秀论文。
作者简介:
鲍可进(1958-),男,江苏靖江人,副教授。研究方向:嵌入式计算与应用
通信地址:江苏镇江学府路301号 江苏大学计算机学院。邮编212013
E-mail:
【关键词】大专院校 计算机 硬件教学 课程整合
一、引言
随着Internet的飞速发展,信息时代到来,教育专家们就中国国情提出目前大专院校应该培养的是复合型,技术型,全面发展的人才。但目前计算机硬件教学出现了学生学的知识不能满足社会需求的问题,笔者就目前大专计算机硬件课程教学的教学现状以及存在的问题进行了分析,提出大专层次的计算机专业教学迫切需要改革课程体系,培养适应社会的需求的人才。并且作者根据自己教学实践经验,对如何搞好计算机硬件教学进行了深入思考。
二、计算机硬件教学现状
1.培养方向不明确
人才培养目标,作为学校对其培养的人的具体标准和要求,具有一定导向作用,你定什么样目标就培养什么样的人才,它是整个教学活动的目标,但笔者发现目前大专计算机硬件教学对人才培养目标还认识不够,主要有以下几个方面:
(1)没有明确的教学目标或有教学目标但没有用;
(2)教学目标过于陈旧,过时;
(3)教学目标过于拔高。
2.课程种类繁多混乱
就笔者了解,目前大多数大专院校开设的硬件课程种类有《电路基础》,《微机原理与接口》,《计算机组成原理》,《系统结构与分析》,《汇编语言设计》,《EDA》,《计算机组装与维护》等,多数大专院校开设了部分上述课程,甚至有些学校开设了全部课程,我们不难看出,这些课程和本科生的课程没什么区别,作为大专生在三年的学习时间内能完成如此多的课程吗?是不是能达到预期的教学效果?其它课程也有类似问题。所以说课程过于繁多混乱。
3.教材过时落后
就笔者所教的《微机原理》来说吧,该教材选用的是李大友主编的一本教材,笔者发现,教材当中有一部分内容,如芯片结构,存储器部分内容已经过时。计算机技术是一个飞速发展技术,它知识更新的速度惊人的,刚出现的知识理论不久就会过时,甚至被,因此,应根据计算机的科技发展,适时的选取适合、最新的教材。
4.内容过多过难
其实这也是整个大专教学普遍存在的问题,对所教学生过于拔高,在内容的设计中存在过多过难的现象,专科的教学一定要把握好“度”,做到“够用”即可,在难度上一定要作到“适合”,始终牢记我们培养的是三年制大专人才。特别是计算机硬件课程的设计更应该注意。
三、研究与思考
1.加强教学研究
就目前而言,我国对高职高专人才培养工作的关心还不够,远远比不上对本科教育的关心。我国目前还处于职业教育的起步阶段,职业教育还不够成熟,所以会出现“技工慌”等现象,大学生找工作不容易,相反技工找工作倒容易。因此,从学者到教育部门对大专教学的研究还不够,整个大专教学还没有走上正轨。笔者在工作中发现,你要寻找关于大专教学的资料是很少的,特别是教材方面更明显,要找一本好的适合专科教学的教材是非常不容易的,大部分有名的编者是不关心专科教育的。因此,笔者提出,我们应加强专科教育教学的研究工作,编写出适合专科教学的教材,加强各高职高专学校之间的交流是非常重要的。同理,计算机硬件课程的教学同样存在此问题,因此,在计算机硬件的教学中我们应多做研究,多学习。
2.调整教学目标
在教学目标上,一定要有明确可行的教学目标,千万不可拔高,脱离教学目标。笔者认为,专科教学培养的主要是技术型人才,所以,培养目标一定要专,千万不能追求“大”,“全”。就计算机硬件课程而言,根据培养目标开设一定量的课程即可。例如,你的培养目标是培养“动漫设计”方面的人才,那么计算机硬件仅需开设一们硬件综合课程,让学生了解硬件方面的知识即可。至于学习其它硬件课程的必要性就不大了。如果你培养的是“电子设计”方面的人才,那么,你可能要开设好多硬件课程才行。
3.进行课程整合
针对目前硬件课程多而重复的问题,而大专学习的时间仅有三年的时间(部分大专专业仅有两年),我们要用系统论的观点和方法,对大专计算机人才培养过程中的课程进行分析,从培养学生综合素质的高度,重新审视原有课程的体系问题,该整合的必须整合,该重组的必须重组。目前,已经有些院校提出了硬件课程的组合,例如,有些专业将所有硬件课程整合成《硬件基础》课程,当然该如何整合,这要视专业而定。
4.提高教学效率
计算机硬件课程主要讲述的是计算机的硬件原理及应用,而硬件芯片内部的结构根本无法获得,所以的教学本身比较枯燥,抽象,难以理解,因此如何提高课堂教学效率,上好一堂课,让学生获得更多的课堂信息对计算机硬件教学来说是非常关键的。笔者提出以下三个方面:
(1)运用多媒体技术演示
由于计算机硬件课程抽象,所以我们可以用多媒体技术来模拟演示计算机内部的组成结构、信息流动、运算过程等,例如,《计算机组成原理》中当讲到ALU时,我们可以用多媒体动画来演示它的运算过程。学生可以直观了解计算机内部的工作原理,这样可以达到很好的教学效果。
(2)上好实验课
实验课是计算机硬件教学非常重要的环节,如《计算机组成原理》的《微机接口》实验、汇编语言实验等,实验教学是指导学生主动参与完成知识,探究知识的创新性学习过程,让学生在探索中掌握规律,在研究过程中进行思维加工,在实际运用中达到知识创新。实验课程好坏,直接影响到学生理论课程的学习以及将来到工作岗位上的表现。
(3)提高学生兴趣
兴趣可以激发人的求知欲,但计算机硬件课程的学习是一个比较枯燥、辛苦的学习过程。因此,在教学过程中一定要运用新的教学方法及思想激发学生的兴趣。这对于硬件课程的学习是非常关键的。
5.勇于创新
创新是动力,创新是生命。计算机硬件的更新速度本来非常快,只有不断的创新,不断学习,才能立于不败之地。要搞好计算机硬件教学,必须研究新的教学方法,新的教学手段,才能使学生获得最新的知识及技术。
四、结论
“教育之所以重要,归根到底还在于人的重要”,就笔者所在的学校而言,通过改革,已取得很好的教学效果,越来越多的学生说“我能听懂”,而越来越少的学生说“我什么都没学会”,因此,大专计算机硬件的教学,要根据社会的需要,制定合适的培养目标,开设合理的课程,选好教材,运用先进的教学手段,这样才能取得好的教学效果。
参考文献:
[1]刘雅琴.《微机原理》课程教学改革的研究[J].福建电脑,2005,(11).
[2]郭庆,陈尚松.传统教学方法与多媒体教学方法的相互配合[J].电气电子教学学报, 2004,(26).
[3]刘雅琴,郭雪梅.高校计算机硬件课程教学方法研究[J].河南: ,1999,(5).
计算机理论浅析计算机硬件组装与教学方法初探
计算机硬件组装与维护课程是计算机应用技术的一门重要基础课程,其主要任务是使学生了解计算机各种部件的分类、性能、选购方法,理解各主要部件工作原理、硬件结构、软件安装、相互联系和作用,并能掌握微型计算机的组装与简单故障的维修方法。
由于计算机硬件安装强调的是动手能力,按时以往传统的教学模式,只能是纸上谈兵。例如教师在讲述CPU相关知识时往往要把CPU结构、功能、原理做为重点来讲,而这些知识对职业学生以后的就业几乎没有任何作用,而对CPU的种类、厂家、性能、与其它部件的搭配等,这些对职业学生将来就业有用的,则介绍得不多。学生对这些理论并不是很感兴趣,也很难记住这些知识,而等到他们就业时,这些理论已经过时了。同时由于学生缺乏动手能力的培养与训练,毕业后走上工作岗位,即使面临一些简单的操作方面的问题也无从下手。相反,我们在一些电脑市场看到的工作人员往往没有什么计算机学历,但是他们对计算机组装与维修非常熟练。他们通常的经验是:做的多了、熟了,就会了,不需要懂得太多知识。这种现象使我们意识到计算机应用技术更要注重培养学生的动手操作技能。为此,我们应该在计算机应用专业进行大胆探索,引入一种以实际需求为教学目的的改革教学模式,培养适应社会需求的学生。
本课程的教学改革可以用以下的教学方法:
1.充分运用计算机技术辅助教学。由于教学资源缺乏,那么可以利用3DS MAX虚拟现实的技术来解决。学生不光可以在学校使用这一资源,也可以把这种辅助教学软件带回家进一步学习。我们可以用3DS MAX强大的建模功能,建立出计算机中的“CPU”、硬盘、显卡、主板等核心硬件,并且每一个硬件完全对比真实实物建模,内部构造也要建模完成,这样就可以节省大量资金和使用空间,可能刚开始做这些硬件模型需要一定的时间,但是一劳永逸,这些虚拟的模型造价远远低于真实硬件的价格,并能得到同样的教学效果。不用像传统硬件教学,在使用设备的时候搬来搬去,只需要一个U盘,你就可以拥有一个计算机硬件设备实验室,便于教师随身携带,去不同场合教学使用。学生放假也可以把这个“虚拟的硬件实验室”带回家,只要有一台计算机,就可以在家中做练习,巩固对知识的掌握。
2.充分运用项目教学法。在教学中,以社会的实际需求为标准,主要采用项目教学来构建教学模式。从学习者的角度说,项目教学是一种学习方法,特别适用于学习操作类的知识和技能,尤其适用于学习计算机应用方面的知识和技能。所谓项目教学法,就是师生通过共同实施一个完整的项目工作而进行的教学活动,在这是指采取小组讨论、协作学习的方式,以实际的任务来驱动学生的学习。同时还可采取多种形式来完成各个任务,比如:行动导向、小组抢答、网上模拟攒机、小组竞赛等。行动导向的教学形式是:每次任务之前,老师在充分考虑学生和设备的安全问题之后,把任务直接下达给他们,每个小组从任务的计划——决策——实施——检查等各个环节都是独立完成,中途有疑问的,老师给他们提供若干学习途径:实习报告、网络、老师的辅导、小组间的互助等。老师在巡视过程中,不断记录存在的问题或及时更正一些不当的做法,并对学生的操作过程做适当点评,最后由学生根据老师的点评继续完善任务。通过完成任务,应用已有知识和掌握新知识,真正做到全面提高学生的综合职业素养。
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常见的软件破解方法
首先我们来了解一下破解中几个重要的专业术语。
(1)断点,所谓断点就是程序被中断的地方,中断就是由于有特殊事件发生,计算机暂停当前的任务,转而去执行另外的任务,然后再返回原先的任务继续执行。解密的过程就是等到程序去获取我们输人的注册码并准备和正确的注册码相比较的时候将它中断下来,然后我们通过分析程序,找到正确的注册码。
(2)领空,所谓程序的领空,就是程序自己的领土地盘,也就是我们要破解的程序自己程序码所处的位置。每个程序的编写都没有固定的模式,所以我们要在想要切人程序的时候中断程序,就必须不依赖具体的程序设置断点,也就是我们设置的断点应该是每个程序都会用到的东西。
(3)API,即Application Programming Interface的简写,我们叫应用程序编程接口,是一个系统定义函数的大集合,它提供了访问操作系统特征的方法。API包含了几百个应用程序调用的函数,这些函数执行所有必须的与操作系统相关的操作,如内存分配、向屏幕输出和创建窗口等,WINDOWS程序以API为基础来实现和系统打交道。无论什么样的应用程序,其底层最终都是通过调用各种API函数来实现各种功能的。
了解了以上三个专业术语后,我们看下基本的软件破解方法。
2.2利用算法注册机。算法注册机是要在分析了软件的注册码算法的基础上,制作出来的一种可以自动生成软件注册码的程序。所以软件的算法很重要,一般软件作者自己也编写,方便软件的销售使用。这类软件加密的特点是一个注册码只能在一台电脑上使用,像和电脑进行了一对一的绑定。使用步骤是首先运行试用的软件,得到本台机器的软件机器码,再用算法注册机算号注册,然后用算法注册机直接算出合适的注册码,最后用算出来的注册码直接注册。
2.3利用内存破解。我们知道所有正在运行的程序的数据,全部都要加载到内存中去,软件在进行注册码认证的时候会有个比较的过程,所以我们只须知道所要破解软件的注册码的内存地址,就达到目的了。这种方法的优点是无须花大力气掌握软件注册码的算法,非常节省编写内存注册机的时间。步骤是先加载内存注册机,再通过它去获得内存中软件的真实注册码,或修改内存中软件相关的某些数据,来达到破解软件的目的。主要有2种方式,第一种直接从内存中得到注册码,第二种在内存中模拟已注册程序的运行环境。
2.4补丁破解法和文件注册法。补丁破解法是指用相关的补丁程序来修改软件,以达到破解软件的目的。此方法一般是破解软件的验证注册码或时间,基本上都是修改原程序的判断语句。比如程序试用期是一个月,就可以把这个修改掉,来达到无限使用的目的。文件注册法就是把软件的注册内容放到一个文件里,以方便自己或别人用它来注册,主要有注册表导人和注册文件导人两种方式。
3.建立虚拟计算机实验室。由于计算机硬件安装与维护实践中设备容易在操作中损耗,因此,虚拟的计算机硬件设备最大程度的解决了这些问题,虚拟的设备是不会有磨损和消耗的。做了错误操作,计算机会提示你这样做的后果,也不会真实地损坏虚拟设备,这样极大地方便了刚刚开始入门的硬件维修学生,他们再也不用担心自己损坏硬件设备了,可以放开手脚地练习计算机硬件维修技术。当然虚拟硬件设备同样也会有一些维护问题。例如计算机病毒是可以损坏虚拟硬件的,但是只要做好备份和计算机软件常规维护工作,这些可能的损坏变得很小。比起真实的硬件设备维护,资金消耗和工作量小得太多。从中我们不难看到虚拟技术的强大和明显优势。因为虚拟机是一款软件,它可以在电脑上模拟出一个虚拟的计算机,但是学生却可以像对一台真正的计算机一样来对它进行各种操作。
4.采用全面的考核方法。在计算机组装与维修实操课中,对于每个任务不是单凭终结成绩就了事的。老师可以把每个任务按10分算,这10分包含:纪律、学习主动性、回答问题情况、卫生、任务完成次序等。这样做,学生不光注重任务的结果,还注意在整个实操过程中自己的一言一行、一举一动。而且,在每次任务进行过程中,老师可以在大屏幕上时不时地展示每个小组的本次任务得分情况,并根据学生的具体表现动态地变化这个得分表。通过这一举措,相信学生在实操时几乎看不见违反纪律的情况,给人的感觉是整个实操场地秩序井然。
总之,通过计算机辅助教学、运用项目教学、建立虚拟实验室、全面考核这四方面的处理,我想计算机应用教学无论从质上还是从量上,将会有一个飞跃。我们能将计算机组装与维修这门课程的教学提上一个台阶,也能让学生在这些教学改革中学到有用的知识.锻炼他们的实践动手能力!
参考文献:
[2]蔡泽光,廖乔其 计算机组装与维修清华大学出版社2004
[4]如何在中职学校开展《计算机组装与维修》专业课程的教学 百度2008
(1) 国务院学科评议组成员、国防科技大学校长温熙森教授:
邹逢兴教授在各层次、各环节教学中坚持教书育人、为人师表、治学严谨、学风端正,学术造诣深,教学水平高,且有符合时代特点的教学思想和科学先进的教学方法,教学质量和教学效果获得学生和专家的高度评价。他主讲的“计算机硬件技术基础”系列课程,改革和建设成果显著,且自编有高质量的全国、全军统编教材、“九五”国家级重点教材和教育部“面向21世纪课程教材”,在全国同领域中有较大影响。他重视教师队伍建设,自觉指导和帮助中青年教师不断提高授课水平,对形成“一课多人,一人多课,后继有人”的教师梯队作出了重要贡献。
(2) 中国工程院院士、知名计算机专家、国防科技大学副校长卢锡城教授对课程主体教材综合评价:
该书取材合适、深度适宜,结构上分微机部件、微机原理、微机接口和微机应用四大模块,每个模块难易有别,循序渐进,符合认知规律。该书选材系统、实用,全部内容基于80X86,能较好地反映国内外该领域的科学研究和教学成果,完整地表达课程内容。实验选择的重点是设计性和综合性实验,突出原理提示,启发思路,具体电路和程序由学生自己动手,体现了创新教育改革思想,有助于培养学生的独立工作和创新能力。
(3) 国防科技大学本科教学督导专家组组长王兴业教授:
“计算机硬件技术基础”是由国家级教学名师邹逢兴教授领衔开设的一门计算机基础教育课。这门课从开设到现在已历20余年,期间经过多次教学改革的锤炼,精益求精,在教学内容和教学效果上均属国内上乘,校本科教学督导组本年度(2004年)作为优秀课程建设质量评价对象,重点跟踪了课程组的教学情况,对其课堂教学质量的评价如下:
一、本学期在第一线教学的教师共4人,都能做到备课认真,对教学内容非常熟练,在课堂上精神饱满,讲课有激情并能驾驭课堂。严格要求自己,严格课堂纪律,做到教书育人,为人师表。
二、由邹逢兴教授主编的教材,体系上有创新,内容适度,取材合理,层次清晰,循序渐进。课堂教学都能做到重点突出,条理分明,对课程中的难点解析透彻。
三、本课程采用了CAI课件教学,教学课件制作质量高,形式上图文并茂,兼有动画,画面显示清晰;内容上层次清楚,携载了较大信息量。但教师并没有被多媒体课件约束,能恰当地将板书和多媒体结合,做到了多种形式教学,教学互动,课堂气氛活跃,充分调动了学员的主动性和积极性。
四、这门课授课的几位教师,教学水平较高,尤其是邹逢兴教授,讲课语言生动准确,表达能力强,恰当运用案例教学,理论联系实际,能在传授知识的同时,注意培养学员的科学精神、学习方法和能力。
五、教学效果好,学员对这门课讲授的满意程度高。
(4) 第一届国家级教学名师、西安交通大学冯博琴教授:
该课程及其负责人邹逢兴教授因其教学改革、课程建设成果和全军、全国统编教材而在国内同行中有很大影响,知名度很高。他带领课程组全方位地开展课程改革和课程建设,形成了一流的教师队伍、一流的教学内容、一流的教材、一流的教学方法手段和一流的教学条件及管理水平,并最终体现在一流的教学质量、教学效果上,不仅为课程组赢得了国家级教学成果奖和优秀教材奖,也为自己赢得了第一届国家级教学名师的荣誉。从邹教授的网上教学视频录像看,他讲课条理清晰、逻辑严谨、概念准确、重点突出,语言精练流畅、详略得当,确有名师风范。
(5) 全国高等学校计算机基础教育研究会副理事长、上海市教学名师、同济大学龚沛曾教授:
对邹逢兴教授负责的“计算机硬件技术基础”课程我早有所闻、早有所知。他发表了许多卓有见解的教研论文,出版了很多在国内很有影响的教材著作,这些论文和教材著作充分体现了作者与时俱进的教学思想、不断创新教学的探索追求和课程组在课程内容、课程体系、教学方法手段、考试考核方法、实践性教学的改革和数字化教学环境的建设等方面所做的卓有成效的工作。他们的教学成果多次获得军队级、国家级教学成果奖,教材多次获得全国优秀教材奖,邹教授本人荣获第一届国家级教学名师奖,我认为不是偶然的,而是长期课程改革、课程建设成果积累的结晶。从邹教授应邀在一些学术会上的报告发言和发表的论文、著作可以看出,他的学术造诣很深、表达能力很强、条理清晰、逻辑严谨、重点突出,可见他的课程教学效果是一流的。
2学生评价
部分学员(学员队)对邹老师授课的评价摘录
(1)三院2002级学员队:
授课老师邹逢兴教授,上课语言风趣幽默,总能在笑声中启发大家的思维,很多学员反映听邹教授的课是一种享受,让人有种如沐春风的感觉。在本课程开课之初的绪论课上,邹教授就本课程的总体框架、教学目的等给学员作了生动而详尽的说明,学员普遍反映,通过该次绪论课,对本课程有了一个整体的把握,也增强了学好本课程的信心。邹教授备课认真,上课时不仅把课本中的内容讲解得深入浅出,而且常常把课题前沿向大家介绍,使大家受益匪浅。教学方法上,邹教授在总结以往授课经验上,对教学方法和手段进行了有益的尝试,打破了过去“老师讲,学生听”的固定思路,经常让学生到讲台上讲解,一方面激发了学生的学习热情;另一方面也活跃了课堂气氛,在学员中取得了很好的效果。
(2) 合训旅2000级机械工程与自动化专业学员:
通过以上科学的教学模式,大家较好地掌握了这门课。有一点比较好的证明就是在这次毕业设计中,拿出老教材回顾几天后,又能较好地运用当时所学的知识。我们对所学课程知识印象较深的原因是教员在教学过程中在各部分、各章节的学习中强调要做到原理、技术与应用并重,理论与实践紧密结合的缘故。这门课给我们感受很深的两点就是,与其他课程相比,它的上机实验课时占课程总课时的比例大和实验开设较早,在刚刚学习了汇编语言程序入门知识后就开始上机操作使学员较早投入到实践中,提高对本课程的兴趣。这门课本身的实践性就很强,与教材配套的计算机硬件技术基础实验教程就较好的把握了实践性教学环节。它分为微机部件、微机原理、微机接口和微机应用四个部分。各个部分侧重点有所不同,不同的类型、不同的难度适合于不同程度的学员,培养了综合应用微机原理和接口技术独立设计、调试实际微机应用系统的能力。”
(3) 合训旅2000级信息工程专业学员队:
不得不讲的是邹逢兴老师科学创新的教学方法,这特别体现在与课程配套的实验课上。邹老师的实验课,不管是设计性为主,还是验证性程序,这些都需要实验者自己去设计,在设计的基础上才动手做实验。而邹老师的讲授则重要是“实验原理提示”为主,着重启发我们从实验任务及要求出发,从粗到细的逐步设计出硬件,软件方案。每个实验都必须花心思去考虑、准备、实现完成,同学们在学到知识的同时也获得较大的成就感和自信心。课程结束后,大部分同学都具备了自己设计、实现简单电子系统的能力,我队多名同学后来在电子设计竞赛、“挑战杯”等比赛中获得的优异成绩就是邹老师优秀教学效果的最好证明。
网上“教学评价”栏的学生评价摘录
(1) 学号为200307022013的学员:
邹老师可以说是科大名师的典范,能有幸在您的指导下学习真是我的荣幸,您那铿锵有力的声音,一丝不苟的作风,处处都体现着军人教师的风范,佩服。
(2) 学员周晗:
邹老师的课非常精彩,生动有趣而且充满激情,与同学们的互动很好。通过上课学习,还有网络课程提供的复习资料,使我对这门课的学习轻松了很多。
(3) 学号为200203009014的学员:
邹教授的课内容丰富,条理清楚,上课幽默,善于调动学员兴趣和课堂氛围,激发大家的学习兴趣。
(4) 学号为200203009033的学员:
在学习计算机硬件课程中,邹逢兴教授的悉心指导,一丝不苟的作风,严谨求实的态度,踏踏实实的精神都给我以深刻教育。硬件课程理论与实践相结合,使我对于各部分的认识有了进一步的理解。感谢老师们的悉心指导。
关键词: 《计算机组成原理》 创新素质教育 启发式 实践教学
1.引言
创新素质教育在国外起步较早。德国柏林大学最早于19世纪初推出了“教学与科研相统一”的办学原则;美国哈佛大学早在1945年发表的哈佛“红皮书”――《自由社会中的一般教育》中提出了知识和能力协调发展的原则,把教育分成一般教育和专门教育,其中的专门教育即注重学生创新能力的训练;美国麻省理工学院致力于给学生打下牢固的科学、技术和人文知识基础,培养创造性地发现问题和解决问题的能力。20世纪70年代,美国教育界就明确提出了培养具有创新精神的人才的目标。斯坦福大学在美国硅谷成功过程中发挥了巨大的作用,则更加证明了创新素质教育对国家的发展极为重要。
我国在20世纪80年代中期开始倡导培养创新型人才,但对创造型人才培养这一问题的深入研究,却是20世纪90年代以后。1999年10月,中国比较教育研究会第十届学术年会在西南师大召开,大会的主题是“跨世纪创新人才培养的国际比较”,并在会后出版了年会的学术论文选《跨世纪创新人才培养的国际比较》。2006年7月,在上海举行的第三届中外大学校长论坛以“创新与服务”为主题,关于创新人才的研究再一次成为研究的热点。
从目前计算机组成原理的教学情况来看,国内外有较大的差异。国外的教学通常是通过以下几种方式进行的:1.给学生指派研究性课题。这种课题涉及文献检索,销售产品的Web检索,实验室的研究活动等。2.给学生指派仿真性课题。领悟处理器的内部操作,学习和评价某些设计性能的最好方法之一就是仿真处理器的某些关键元器件,因此,这也是国外教学的主要方式之一。3.给学生指派阅读、报告类题目,即要求学生阅读并分析文献中的论文。而国内的教学基本上是以教师讲授基本原理和学生做实验相结合的方式进行的。
在全社会提倡创新素质教育的前提下,地方高校的《计算机组成原理》课程教学也应有所改革。高校教师应该把创新教育融入到《计算机组成原理》课程的教学工作中,让学生在每一次的学习过程中,都能够欣赏到前人创新的经历与成果培养起他们创新的兴趣和勇气,初步领略到创新的思路和方法,使学生在毕业走出校门时,具备基本的创新素质,成为建设创新型国家的栋梁之才。
我通过对创新素质教育下的计算机组成原理教学改革的研究,对《计算机组成原理》教学存在的一些问题进行了分析和讨论,并提出了一些改进措施和方法,以促进学生动手能力和创新能力的提高。学生通过感受到创新在推动技术进步中的巨大作用,从而培养起的创新兴趣与创新意识,初步掌握创新的能力与方法,可为将来在建设创新型国家的伟大事业中建功立业打下扎实的基础。
2.教学中存在的问题
2.1《计算机组成原理》是硬件系列课程中的核心课程,是计算机专业重要的专业基础课,它需要以《汇编语言》、《模拟电路》、《数字逻辑电路》、《微机原理》等课程为基础,它又与《计算机系统结构》、《操作系统》、《微机接口技术》、《单片机系统及应用》等课程密切相关,所以是一门难度较大的课程。由于先修课程知识不扎实,硬件课程自身的特点决定了它跟其他计算机课程相比,既零碎又比较枯燥和抽象,容易让学生产生畏难情绪,而且随着计算机技术和电子技术的飞速发展,计算机内部结构日趋复杂和庞大而且高度集成化,学生对硬件课程认识不足,普遍感到《计算机组成原理》这门课难学、难懂、概念抽象。
2.2授课方式和考核方式缺乏活力。尽管现在很多高校已经采用现代化的教学手段,但是仍然缺乏师生互动,在考核方式上,仍然采用传统的闭卷考试为主,学生学习的积极性和主动性不高。
2.3实践教学相对较弱。很多高校“重软轻硬”的观念也影响到了学生的认知水平,对硬件实验根本就不重视,而《计算机组成原理》更多涉及芯片的构造、工作原理和应用,很多知识只有通过实践操作和验证,才能真正理解和掌握。
3.教学改革与探索
3.1教学内容与教学方法的改革
针对《计算机组成原理》课程的特点和教学难点,在授课中坚持以系统整体结构组成为主线,以工程应用为中心,自顶向下、由表及里,层层细化教学内容,使学生一步步地由表层深入计算机内核,从而有利于学生对计算机原理的理解,增强学生学好计算机组成原理的信心。改变传统的教学计划,对教学内容应进行大胆取舍,对于重点内容要讲深、讲透,对于可讲可不讲的内容要坚决舍弃,使学生对重点内容学精、学通、学透,重视《计算机组成原理》先导课程的学习。在教学中常会发生这样的情况,例如讲到运算器,控制器中的部分逻辑电路时,发现学生对译码器、时序逻辑电路等非常陌生,甚至根本就没学过,因此不得不花大量时间给他们复习,所以注意先导课程的知识与计算机组成原理内容的相互渗透、融合和课程之间的衔接,避免内容的重复,将会大大提高学生对本课程的学习兴趣与信心。
3.2教学方式的改革与探索
采用启发式教学。所谓启发式教学,是指在课堂上激发学生思考问题,然后引导学生提出问题,又引导学生去思考如何解决这个问题的教学方式。教师要注重方法,化难为易。在教学过程中,应注意充分运用“分析―综合、具体―抽象”的逻辑方法,善于使用类比、比喻等方法来表达概念,对于重点、难点或比较抽象的概念,备课时要考虑在课堂上如何用显见、易懂的事例或简明的语言,使学生比较容易接受。
3.3充分利用现代教学手段提高教学质量
由于《计算机组成原理》课程的教学内容具有较强的抽象性和技术性,现有的传统教学手段无法直观、形象地描述计算机内部组成的工作过程和原理,因此,充分利用现代教学手段可在一定程度上提高教学效率。立体化课件形象直观的演示和强大的交互功能,可以使学生寓教于乐,极大地改善课程中枯燥、抽象难懂部分的教学效果。另外,进行网络课程建设也是改进教学的重要手段。教师利用Internet网络,在学校网站上教学大纲、教学内容、教案、多媒体课件等辅导材料指导学生学习,并提供多层次的自测练习题,这样学生可根据自己的学习情况选择相应的层次进行练习。这种方式改变了传统的师生交流方式,实现了网络化的教学互动,可提高教学效率,推进优质教学的资源共享,形成丰富的教学模式,极大地提高教学质量,并获得良好的教学反馈。
3.4在实践环节加强硬件动手能力
在学习基本原理的基础上,如何结合计算机技术的发展,充分体现硬件技术的系统性和实践性,是当前所面临的重要问题,也是真正提高计算机专业学生硬件设计能力所必须解决的问题。转变观念,把传统的“闭合式”实验转换成“开放式”实验,让学生在空余时间随时可以进行硬件实验。教师除了让学生自己动手完成各基本单元的连接并验证通过,如运算器、存储器、寄存器、总线、控制器、时序控制等单元实验,而且可以安排课程设计、小型作业、毕业设计,以及各种社会实践活动,以工程设计思想和方法来训练学生,最后在课程设计毕业设计阶段软硬件结合构造出一个完整的模型机系统,是实践环节改革的最终目标。
4.结语
我对《计算机组成原理》教学中存在的一些问题进行了分析,在教学内容、教学方法、教学方式、教学手段和实践教学等方面采取了一些改进措施和方法,提高了教学质量、教学效率,培养了学生的独立分析问题、解决问题的能力和创新开发能力。但是,教学改革是一个逐步深化的长期过程,还需要教师立足于提高教学水平、教学质量、培养全面发展的新型人才的出发点上,不断提高自身素质,不断摸索,不断创新。
参考文献:
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[8]赵若阳,李宁,库少平.计算机硬件课程体系及内容改革的思考[J].计算机教育,2006,(3).
【 关键词 】 虚拟现实技术;计算机教学
1 引言
随着现代的科技进步,我们的教学手段从传统的一支粉笔一块黑板和三尺讲台组合的旧时代,走向了以各种高科技手段辅助教学的新时代,尤其是以计算机辅助教学技术为代表。在这样的大环境下,虚拟现实技术映入了我们的眼帘。未来的教学环境下我们将更多的应用虚拟现实技术进行我们的教学过程,虚拟现实技术将是一种非常行之有效的教学辅助手段,将给我们的教学过程带来划时代的变革。
2 虚拟现实技术
虚拟现实技术是伴随多媒体技术发展起来的计算机新技术。虚拟现实技术是利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨率显示技术,生成三维逼真的虚拟环境,用户需要通过特殊的交互设备才能进入虚拟环境中。这是一门崭新的综合性信息技术,它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支。虚拟现实的主要特征包括多感知性(Multi-Sensory)、浸没感(Immersion)、交互性(Interactivity)、构想性(Imagination)等。
作为一个教育者,我们都知道,人类在教育过程中,是一个知识、技术传承的过程,也可以说是一种经验的传承过程。我们教育者迫切地需要一种工具,可以为受教育者直观地展示他们所要学习的经验场景,让他们设身处地地在这样的场景下接受我们的经验传承,那样应该是事半功倍的。另外,在传授经验的过程中我们可以使用真实的工具,但我们的教育资源是有限的,如何得到更多的工具提供给受教育者,这也是我们教育者面临的客观难题。综上所述,我们教育者在教学过程中遇到的诸多难题都可以通过虚拟现实技术来解决。
3 教学中的应用
虚拟现实是在计算机中构造出一个形象逼真的模型。人与该模型可以进行交互,并产生与真实世界中相同的反馈信息,使人们获得和真实世界中一样的感受。当人们需要构造当前不存在的环境(合理虚拟现实)、人类不可能达到的环境(夸张虚拟现实)或构造纯粹虚构的环境(虚幻虚拟现实)以取代需要耗资巨大的真实环境时,就可以利用虚拟现实技术。在虚拟教学方面,可以应用教学模拟进行演示、探索、游戏教学。利用简易型虚拟现实技术表现某些系统(自然的、物理的、社会的)的结构和动态,为学生提供一种可供他们体验和观测的环境。建立教学模拟的关键工作是创建被模拟对象(真实世界)的模型,然后用计算机描述此模型,通过运算产生输出。这些输出能够在一定程度上反映真实世界的行为。虚拟教学模拟是一种十分有价值的 CAI 模式。
现阶段,虚拟现实技术在教学中的应用还停留在比较浅的层次,譬如说多媒体课件的开发等,这些技术属于桌面级的虚拟现实。桌面虚拟现实利用个人计算机和低级工作站进行仿真,计算机的屏幕用来作为用户观察虚拟境界的一个窗口,各种外部设备一般用来驾驭虚拟境界,并且有助于操纵在虚拟情景中的各种物体。这些外部设备包括鼠标、追踪球、力矩球等。它要求参与者使用位置跟踪器和另一个手控输入设备,如鼠标、追踪球等,坐在监视器前,通过计算机屏幕观察360度范围内的虚拟境界,并操纵其中的物体,但这时参与者并没有完全投入,因为它仍然会受到周围现实环境的干扰。桌面级的虚拟现实最大特点是缺乏完全投入的功能,但是成本也相对低一些,比较适用于教学过程中采用多媒体教学课件或教学软件的应用。
4 实例说明
以一套计算机硬件设备的安装、维修调试的虚拟现实系统为例。在设计过程中,通过三维建模软件,真实还原计算机系统的硬件系统,然后运用程序设计技术赋予每一个计算机硬件以相对应的真实性能参数,这样一套计算机硬件设备的安装、维修调试的虚拟现实系统就完成了。当然这个系统设计过程随着仿真程度越高也将越复杂,投入的各种资源也将越多。
使用者在使用系统的时候,将以第一人称视角进入场景中,整个场景为三维建模而成,操作者可围绕一整的计算机进行漫游。当鼠标点击某个计算机部件时,在鼠标位置将显示该部件名称。鼠标右键单击该配件将弹出菜单选项,内容包括提取部件,整机的其他部分将隐藏,单独显示该部件,使用者可通过鼠标旋转放大该部件,并利用动画加解说的形式对标准的计算机硬件安装调试过程进行演示,在演示的过程中应可以进行暂停、播放、快进等操作。还可以事先为使用者预设多个计算机硬件故障,并规定检修时间,使用者将以第一人称视角进入场景中,按照设置好的步骤对计算机硬件进行检查,模拟实际的计算机硬件检修过程。当鼠标点击选中某个部件时,显示该部件的名称、方位信息,发现该部件存在故障时,可对故障进行确认,并在界面上显示故障名称及数量等。
当然随着未来科技的进步,我们在教学过程中还可以实现虚拟现实技术中更高端的——投入的虚拟现实技术。高级虚拟现实系统提供完全投入的功能,使用户有一种置身于虚拟境界之中的感觉。它利用头盔式显示器或其它设备,把参与者的视觉、听觉和其它感觉封闭起来,并提供一个新的、虚拟的感觉空间,并利用位置跟踪器、数据手套、其它手控输入设备、声音等使得参与者产生一种身在虚拟环境中,并能全心投入和沉浸其中的感觉。这样的技术,完全可以排除周围现实环境的干扰,真正地做到身临其近感觉,给受教育者完全“真实”地经验感受。
5 结束语
虚拟现实技术已经和理论分析、科学实验一起,成为人类探索客观世界规律三大手段。我们教育者更应该善于应用这种先进的辅助教学手段,使我们的知识、技术传承过程更直接,使受教育者能够更直观的感受知识内容,更好地完成学业。虚拟现实技术在未来的教育教学过程中必将占据越来越重要的位置,成为教学过程中不可或缺的重要元素。
参考文献
[l] 张涛.多媒体技术与虚拟现实.清华大学出版社,2012-2-28.
[2] 贺雪晨等编著.虚拟现实技术应用教程.清华大学出版社, 2012-6-1.
虚拟化技术VMware虚拟机一、引言
随着我国高校教育规模的不断扩大,招生人数不断地增长,但是各种教学资源和实验设备并没有得到增加。由于高校计算机网络专业的学生需要熟悉各种网络环境下设备的操作能力,这就需要学校有足够的网络实验设备。如何利用现有的设备资源完成更多教学实验,提高学校教学质量,成为各高校当前一个重要的研究课题,尤其是在网络技术专业的相关课程的教学过程中,学生学习需要完成各种网络实训操作,需要的网络硬件设备数量多且价格昂贵,因此大部分学校的实验设备都不足,如何克服这种设备不足带来的矛盾,成了学校管理者和老师们共同关心的课题。
在网络技术专业教学过程中,学生需要完成互联网络技术、服务器技术、局域网技术等核心课程的学习,这几门课程的教学都有一个共同点,那就是实践性特别强,并且需要用到较多的硬件设备,如路由器、交换机、电脑、尤其需要多台电脑才能满足实验要求。每做一次实验,有时需要几台电脑和几种不同的操作系统环境,一般的机房难以满足网络专业学生实验的需要,如果单独建一个网络实验室,价格高且利用率低。例如,在讲服务器技术时候,可能需要学生学习在Windows Server2003和Linux两种不同的操作系统环境下搭建Web、Ftp、DNS、DHCP、E-mail等服务器的实验。在现今的高等学校中,许多实验都采用公共多媒体机房来做。由于受维护和病毒等因素困扰,机房一般都加装有还原卡,安装和卸载软件都是不允许的行为,并且机房里的电脑一般不可能同时安装多个操作系统,因此,许多学校计算机网络技术专业的实践课程的实验得不到很好的开展,甚至一门课程难得做几次实验,学生都是通过教师的理论教学和多媒体课件来理解课程内容,实验课程形同虚设,导致学生实际动手操作能力不断下降,课堂教学效果受到很大的影响。
二、虚拟化相关概念
针对上面教学实验中存在的困难,如何去解决这个问题,采用虚拟化网络架构可以使这个问题很到很好解决。虚拟化是将计算机中的运算、存储、空间以及应用程序等资源分离成个体,经过合理调配让资源的使用方式更具有效率。如今,随着计算机硬件制造技术得到飞速的发展,现代的计算机系统都具有强大的运算和处理能力,仅仅运行单个操作系统和简单应用程序,对这些计算机系统来说大多数时间处于空闲状态,计算机的运算和处理能力没有得到充分应用。利用虚拟化技术,可以在在一台物理计算机上运行多个虚拟机,这些虚拟的计算机和真正的物理计算机一样,具有真实的CPU、硬盘、内存、BIOS和操作系统,使得计算机系统硬件资源得到充分利用,也解决了利用物理主机虚拟多台计算机来进行虚拟网络连接和服务器实验,既节约了经费,也提高硬件资源的利用效率。
(一)虚拟机
虚拟机是指利用一台计算机的物理资源可在多环境空间被共享。它是一种严密隔离的软件容器,它的运行过程类似真实物理计算机,虚拟机拥有自己的操作系统和应用程序,它是基于软件实现自己的虚拟(包括CPU、内存、硬盘和网卡)不含任何硬件,完全由软件组成。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,甚至虚拟机本身也认为自己是一台“真正的”计算机。由于虚拟机完全由软件组成,不包含任何硬件组件,因此,与物理硬件相比,虚拟机有许多独特的优势。虚拟机具以下三个特性:
1.兼容性,指虚拟机与所有标准的x86 计算机都兼容;
2.隔离性,指虚拟机相互隔离,就像在物理上是独立分开的一样,各自有不同的系统和应用软件;
3.封装性,指虚拟机将整个计算环境封装起来,因此代替物理计算机做一些破坏性的实现,而对真实的物理计算机系统不会产生任何的影响。
(二)虚拟平台
虚拟机技术应用于试验平台有很多种途径,最简单就是安装虚拟机软件,从而在一台计算机上部署若干台互相独立的计算机,这种方法被广泛应用于教学实验当中,平台虚拟化表现为在一个给定的硬件平台上宿主机创造一个模拟的计算机环境(虚拟机)提供给客户。虚拟机软件对于用户应用程序没有限制,宿主机允许运行真实的操作系统。虚拟机就好像直接运行在计算机硬件上。虚拟机对硬件资源的访问被统一管理在一个比处理器和系统内存更有限制性的层次上,客户软件经常被限制访问计算机周边设备,或者被限制在较低的设备性能上,这取决于宿主机硬件访问策略的设定。
三、虚拟化软件VMware Workstation
(一)VMware Workstation简介
VMware Workstation是VMware公司桌面级的虚拟化应用软件,教师使用 VMware Workstation为学生创建虚拟机,在其中包含课程所需的所有课件、应用和工具。每堂课结束时,VMware Workstation 可以自动将虚拟机恢复到原始状态,为下一批学生做好准备。Workstation 还可以模拟整个虚拟网络环境,其中包括客户端、服务器和数据库虚拟机,整个环境都在单台物理机上。利用VMware Workstation无需重启即可在同一台计算机上同时运行多个虚拟机,并且每个虚拟机都可选择不同的多种操作系统(包括Linux、Windows XP Windows Server 2003),它不象物理计算机在同一时刻只能运行一种操作系统,利用这种特性来搭建网络实验平台,既节省计算机硬件数量,也提高计算机硬件的利用效率,同时降低实验成本。利用VMware Workstation的“快照”功能,可以快速地把系统还原成初始状态,这样做完一次实验后,经过简单的还原又可以做下一个试验,使用“克隆”功能可以快速地建立多个虚拟机,保证实验正常开展,同时学生在虚拟机上做实验,对真实的物理设备不会产生任何影响,特别是一些本来对系统有损坏的实验,如系统的安装、BIOSS的设置等。
(二)VMware构建虚拟机具有以下优点
1.真实性,虚拟机就象真实物理设置一样,具有物理设置所有的属性,用户觉察不到是虚拟机还是物理设备。
2.安全性,通过VMware软件构建的虚拟机与宿主机和其他虚拟之间相互隔离,虚拟网络与外部网络相互隔离,因此不会对外部网络和主机产生破坏。
3.多样性,用户可以根据不同的实验环境和需求,灵活生成需要的虚拟网络拓朴结构和虚拟机配置,不用担心硬件设置不足。正因为虚拟机有以上的这些特性,所以在现在的网络技术专业的实验中,经常都应用虚拟机来做相关实验项目,节省资金,提高设置的使用效率。
(三)VMware虚拟化网络连接的实现
安装VMware Workstation软件后,VMware为虚拟机网络连接提供了以下三种连接方式:
1.Bridge(桥接)模式。虚拟机直接连接到外部网络,在该模式下所有虚拟机都可以看成是一台实际存在的物理机,每一个虚拟机都拥有独立的IP地址,宿主机和虚拟机都是通过VMnet0作为虚拟交换机来实现访问其他物理主机和Internet。这种模式可以模拟Windows Server 2003和Linux环境下Web、Ftp、DHCP、DNS等各种需要静态IP地址的服务器搭建。
2.NAT(地址转换)模式:该模式下使用Vmnet8作为虚拟交换机,虚拟机使用已共享的主机IP地址,在这种模式下面由于虚拟机没有静态IP地址,通过DHCP服务器获取动态IP,因此外网主机不能访问虚拟机,但是虚拟机可以访问宿主机和Internet。
3.Host-only(仅限主机)模式:连接虚拟机到一个私有网络,这种模式下虚拟机和宿主机之间使用VMnet1作为虚拟交换机进行相互访问,但不能和外网主机以及Internet进行相互访问。这种模式可以模拟局域网中的环境,做一些以太网环境下的实验,因此在实验中可以根据实际情况,灵活选用不同的连接模式来完成实验项目。
(四)VMware虚拟化网络原理
虚拟网络中的各组成元素和物理网络中的组成相似,提供了虚拟交换机(VMnet0)、虚拟网卡、虚端口等。网卡设置和真实环境一样具有MAC地址,可以设置IP地址和网关、DNS等,虚拟机操作系统和应用程序,通过常用的设备驱动程序或者VMware用于虚拟环境优化的设备驱动程序与虚拟网卡进行通信。在虚拟机外部,虚拟网卡拥有自己的MAC地址,并且根据需要可以安装一张或多张虚拟网卡以满足实验的需要。这些虚拟网卡与物理网卡一样遵守标准以太网协议。不论哪种情况,虚拟机操作系统中的通信与物理设备通信一样。虚拟交换机的工作原理和二层物理交换机也一样,每台宿主机都有自己的虚拟交换机,虚拟交换机的一端与虚拟机连接,另一端与虚拟机所在宿主机物理网卡相连,虚拟机通过与虚拟交换机上的链路和物理网卡与外部网络进行通信。虚拟网络体系结构如图1所示:
四、利用VMware搭建网络实验平台
实例分析:
通过以上分析,我们利用VMware workstation在Windows Server 2003和Red hat linux 9.0环境下搭建Web和Ftp服务器,其中有一台Windows Server 2003虚拟机带两张网卡,模拟跨网段访问服务,测试所建服务是否正确。实验拓朴图如图2所示:
需求分析:根据拓朴所示,本实验需要5台电脑,其中四台装Windows Server2003,另一台预装Red Hat Linux9.0操作系统,交换机一台,两台不同环境的服务器,2台测试机,一台作为路由器。如果采用虚拟机软件来进行实验,如果硬件配置比较好,则只需要一台物理主机,从主机里装四台虚拟机,选择Vmare桥接模式就可进行实验操作。
实验目的:验证在不同环境下建立Web、Ftp服务器的操作能力,同时体验网段的概念,在双网卡服务器路由没打开时和打开以后,在宿主机上访问服务器的的变化情况。
实验步骤如下:
1.首先安装Vmware workstation(安装步骤省略);
2.安装虚拟机,由于有四台Windows Server 2003的虚拟机,只需要安装其中一台,其余三台用选择“虚拟机”-“管理”―“克隆”,快速克隆另外三台虚拟机节省安装时间。而Red Hat Linux需要重新安装。
3.设置IP地址,并分别在Windows 2003和Red Hat Linux9.0服务器上创建Web服务器和Ftp服务器(创建过程许多书上网络上都有,本文不再叙述)。
4.分别在ip地址192.168.1.4虚拟机和宿主机192.168.2.2上IE地址栏输入http://192.168.1.2、http://192.168.1.3测试Web服务器是否正确。其中在宿主机上测试时需要打开双网卡虚拟机的路由功能。
5.分别在ip地址192.168.1.4虚拟机和宿主机192.168.2.2上IE地址栏输入Ftp://192.168.1.2、Ftp://192.168.1.3测试Ftp服务器是否确。
五、结束语
随着计算机硬件处理能力的提高和虚拟网络实验的推广应用,一定程度上缓解了高校招生规模的扩大而带来的实验设备不足的问题,同时由于虚拟网络体系结构的特殊性,学生在做各种实验的时候提高了设置的安全性,减少实验过程中对设备的危害,减轻设备维护的难度,通过实验操作,增强学生解决问题的综合素质能力,通过虚拟网络实验,学生不仅可以用它来组建各种局域网、对等网以及各种环境下服务器的搭建实验,还可以做一些服务器集群等对硬件要求较高的实验。因此,虚拟网络架构的使用,对高校网络实验的实现起到积及的推动作用,对提高设备效率,节省设备购置资金具有现实意义。
参考文献: