Технология виртуальных лабораторий

Некоммерческая организация «Ассоциация московских вузов»
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Московский государственный университет путей сообщения» (МИИТ)
Научно-образовательный материал
«Методические указания по использованию современных
информационных технологий в учебном процессе»
Состав научно-образовательного коллектива:
1. Базанова А.А., ассистент кафедры АСУ ИУИТ
2. Варфоломеев В.А., доцент кафедры АСУ ИУИТ
3. Гуренко В.В., старший преподаватель кафедры АСУ ИУИТ
4. Добычина О.А., ведущий инженер кафедры АСУ ИУИТ
5. Сагадиева Э.В., старший преподаватель кафедры АСУ ИУИТ
Москва 2011
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ........................................................................................................................... 3
Технология виртуальных лабораторий ......................................................................... 4
Литература ....................................................................................................................... 9
Введение
Проблема повышения эффективности и качества учебного процесса всегда
являлась одной из центральных проблем образования в целом. В ходе ее решения
постоянно совершенствуются методики преподавания, расширяется материальная
база, внедряются новые формы и средства обучения. Как показывает практика, на
современном
этапе
одним
из
наиболее
значимых
средств
повышения
эффективности учебного процесса (на всех уровнях обучения) является широкое
применение информационных технологий (ИТ).
Средства ИТ обеспечивают:
 более наглядное и понятное представления учебного материала на
основе использования мультимедийных образов и интерактивных элементов;
 использование интерактивных и автоматизированных средств контроля
знаний;
 удаленный непрерывный сетевой доступ к необходимым учебным и
методическим материалам;

удаленный непрерывный сетевой доступ к изучаемым объектам (или их
моделям);

дополнительные возможности общения с преподавателем и другими
обучаемыми на основе технологий электронной почты, чатов, форумов,
вебинаров, сервисов Web 2.0 и т.п.
Целью данной работы является разработка предложений по использованию
элементов информационных технологий при поддержке практикума на основе
организации удаленного доступа к изучаемым объектам или их моделям. Такие
технологии получили название «виртуальные лаборатории» и/или «виртуальный
эксперимент».
Технология виртуальных лабораторий
В условиях современного рынка труда работодатель ожидает от молодого
специалиста высокого уровня владения современными технологиями, что
зачастую может быть обеспечено лишь путем расширения практической
подготовки, реализуемой в рамках учебных лабораторий. Возможности учебных
лабораторий по пропускной способности ограничены, а увеличение пропускной
способности, как правило, связано с финансовыми, временными и трудовыми
затратами. Решением проблемы может быть достигнуто путём внедрения
технологий виртуальных лабораторий.
Под виртуальной лабораторией (ВЛ) будем понимать набор средств
поддержки выполнения практических работ на основе удаленного коллективного
доступа по сетям передачи данных к реальному оборудованию (приборам,
аппаратно-программным комплексам) или его компьютерным и физическим
моделям [1].
При
проведении
практикума,
в
частности,
по
информационным
технологиям объект изучения (информационная система, системное или
прикладное программное обеспечение (ПО)) размещается на специально
выделенном сервере и используется обучаемыми в режиме разделяемого
удаленного доступа. При обеспечении надлежащего уровня безопасности и
разграничения прав доступа пользователи (обучаемые) имеют возможность
отрабатывать практические навыки непосредственно с рабочего места в режиме
клиент-сервер. В качестве клиента для доступа к учебному объекту обычно
используют стандартные прикладные сетевые сервисы типа telnet, rlogin и т.п.,
хотя в некоторых случаях могут понадобиться и специальные клиентские
приложения.
Важно отметить, что в виртуальной лаборатории должна быть обеспечена
возможность независимого одновременного выполнения заданий связанных с
настройкой, преобразованием, реконфигурацией учебного объекта (модели
реального оборудования, информационной системы и так далее). Это достигается
путем создания на сервере лаборатории необходимого числа виртуальных машин.
В качестве примера рассмотрим структуру программного комплекса
виртуальной лаборатории по технологиям IBM, связанным с использованием
мэйнфрейма System z. На рис. 1 представлена структура комплекса виртуальной
лаборатории, включающая две основные подсистемы:
 Учебный сервер System z;
 Web сервер ВЛ.
Преподаватель
(тьютор)
Обучаемые
Администратор
Интернет
Web – сервер
Учебный
сервер System z
Виртуальный тьютор
База данных
виртуальной лаборатории
Рис. 1. Структура комплекса виртуальной лаборатории
Учебный сервер System z служит для выполнения практических заданий в
режиме
коллективного
доступа
и
включает
стандартное
приобретаемое
программное обеспечение, которое, как правило, и является предметом изучения.
Web-сервер ВЛ ориентирован на информационно-справочную поддержку
практикума и служит для сбора и отображения индивидуальных результатов
выполнения заданий. В составе Web-сервера ВЛ представлена база данных, а
также программный модуль для автоматизации проверки результатов выполнения
заданий («виртуальный тьютор»). Web-сервер разворачиваеся на выделенном
сервере под управлением ОС Windows или Linux.
Клиенты виртуальной лаборатории используют для доступа к Web-серверу
ВЛ стандартный браузер (например, Microsoft Internet Explorer), а для доступа
пользователей к мэйнфрейму System z – программу эмуляции терминала 3270
(например, IBM Personal Communications).
Одним из важнейших принципов построения виртуальных лабораторий
является широкое использование технологий виртуальных машин.
Так, для обеспечения проведения практикума по различным дисциплинам в
режиме коллективного авторизованного доступа
на мэйнфрейме реализована
мультисистемная среда, базирующаяся на использовании технологии разбиения
ресурсов ЭВМ на логические разделы (LPAR) и виртуальных машин (рис. 2).
LPAR1
LPAR2
LPAR3
z/VM
z/OS
Учебная версия
z/OS
z/OS
Производственная версия
z/OS
Linux
Linux
Рис. 2. Мультисистемная архитектура System z
Под нужды виртуальной лаборатории выделяется два логических раздела
System z (третий раздел закрепляется для решения задач корпоративной
университетской системы).
Логический раздел с учебной версией z/OS (LPAR1) предназначен для
выполнения упражнений, предполагающих (или допускающих) возможность
коллективного доступа пользователей к ресурсам системы. z/OS имеет типовую
конфигурацию. Пользователи (обучаемые) должны иметь доступ к средствам
TSO/ISPF, UNIX-сервису, SDSF, а также располагать правами на создание и
манипулирование собственными наборами данных и файлами UNIX, запускать
пакетные задания. Преподавателю, помимо этого, необходима поддержка ftp
доступа для автоматизированного контроля результатов выполнения заданий.
Логический раздел LPAR2 работает под управлением операционной
системы z/VM, которая позволяет создавать до нескольких десятков виртуальных
машин. На виртуальных машинах устанавливаются операционные системы z/OS и
Linux в качестве гостевых. Такая конфигурация, в частности, обеспечивает
независимый доступ и использование ресурсов z/OS для множества пользователей
одновременно. При этом каждый пользователь может иметь неограниченный
набор прав в пределах своей виртуальной машины и установленной на ней копии
операционной системы. Данная схема позволяет выполнять упражнения по
администрированию операционных систем и системного ПО, вплоть до
начальной загрузки, перезагрузки и остановки системы, а также по управлению
производительностью,
безопасностью,
сетевыми
сервисами,
виртуальными
устройствами и тому подобное.
Важнейшим этапом при проведении практических занятий является этап
контроля,
связанный
с
проверкой
результатов
самостоятельной
работы
обучаемого и выставлением оценки (зачета). Эта задача возлагается на
преподавателя, сопровождающего учебный курс.
Существует два способа
контроля: ручной и автоматизированный. При традиционном ручном способе
обучаемый по результатам выполненной работы составляет отчет и передаёт его
преподавателю на проверку. Очевидно, что такая процедура не очень
технологична и плохо "вписывается" в концепцию электронного обучения.
Гораздо более интересным представляется способ автоматизированного
контроля, который можно назвать технологией "виртуальный тьютор" [2]. Речь
идет о разработке специального приложения, которое осуществляет контроль за
действиями пользователей при работе с учебным объектом, ведет учет
индивидуальных
результатов
выполнения
запланированных
практических
заданий и автоматически формирует зачетную ведомость. При этом если учебный
объект размещается на удаленном сервере, то программа контроля размещается
непосредственно на рабочей станции преподавателя, получая доступ к файловой
системе и журнальной информации удаленного сервера по стандартным сетевым
протоколам. Если же установка изучаемых программных средств производится на
рабочие станции пользователя, то контроль за ходом выполнения заданий
осуществляется
специальной
внедренной
программой-агентом,
которая
фиксирует результаты выполнения и передает их преподавателю по сети.
Следует отметить, что для каждого учебного объекта не только потребуется
свой вариант реализации виртуального тьютора, но и степень автоматизации
операций контроля также может оказаться различной. Дело в том, что не во всех
случаях удается строго формализовать как сами задания, так и процедуры
проверки. Это значит, что реальный преподаватель тоже не останется без работы.
Представленная
технология
виртуальных
лабораторий
успешно
применяется в МИИТе и корпоративной СДО «ОАО «РЖД» при изучении
операционных систем z/OS, UNIX, Linux, СУБД DB2 и Oracle, приложений ERP
систем на платформе SAP.
Литература
1. Варфоломеев В.А., Лецкий Э.К., Семин А.В. Инновационные проекты
развития образовательных технологий. //Мир транспорта. – 2010, - №5, - стр.
154-157.
2. Лецкий Э.К., Варфоломеев В.А. Принципы построения корпоративной
системы дистанционного (электронного) обучения. //Приборы. – 2007, - №2,
- стр. 20-27.