CC BY
67
МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (96) 2011
%
МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ
УДК 378 : 681 3 А. М. ШАБАЛИН
Омский государственный институт сервиса
ВИРТУАЛЬНЫЙ КОМПЬЮТЕР КАК ИННОВАЦИОННОЕ СРЕДСТВО ОРГАНИЗАЦИИ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА ДЛЯ БУДУЩИХ КОНКУРЕНТОСПОСОБНЫХ СПЕЦИАЛИСТОВ В СФЕРЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
В данной статье рассматривается практическая составляющая подготовки будущего конкурентоспособного специалиста в области информационных технологий, обосновывается необходимость использования в вузе инновационного программного средства «Виртуальный компьютер», применение которого иллюстрируется на примере одной из разработанных автором практических работ.
Ключевые слова: подготовка ИТ-специалистов в вузе, инновационное средство обучения, лабораторный практикум, критерии выбора виртуальных компьютеров.
Задача подготовки потенциальных профессионалов для различных сфер человеческой деятельности является актуальной для нашего общества. В первую очередь это относится к учебным заведениям высшего профессионального образования, главной целью которых является подготовка конкурентоспособного специалиста на современном рынке труда, вла-
деющего стройной системой знаний, обладающего способностью к решению профессиональных задач в различных ситуациях. Особый вклад в достижение этой цели вносит организация практической учебной деятельности будущих специалистов в области информационных технологий, поскольку даже необходимый теоретический багаж знаний не сможет
полностью обеспечить выработку у студентов тех умений, благодаря которым они стали бы конкурентоспособными специалистами.
На сегодняшний день представлено много электронных учебных изданий, ставших уже традиционными, с помощью которых готовятся специалисты данного направления. Но относительно недавно на рынке программного обеспечения (ПО) появились продукты, эмулирующие работу реального персонального компьютера (ПК), изначально предназначенные не для образовательных целей, а, например, для организации нескольких виртуальных серверов на одном мощном компьютере.
Однако наше исследование показало, что данное ПО позволяет расширить круг учебных средств, используемых в вузах, поскольку, по сравнению с традиционными средствами, формирует не только знания, но и умения. К примеру, можно знать, как объединить два компьютера в сеть, соответственно ответить на все вопросы теста по этому блоку, получить положительную оценку и считать, что сможешь применить свои знания на практике после окончания обучения. Но, как известно, знания без практического закрепления, особенно самостоятельного, быстро забываются. В то же время современные электронные учебные издания не могут предоставить возможности обучаемому попробовать, например, объединить в сеть ПК с операционной системой Microsoft Windows XP и Microsoft Windows Seven, не говоря уже о других возможных вариантах операционных систем. При изучении, к примеру, специальных дисциплин ин-форматического цикла: «Операционные системы, среды и оболочки», «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации», «Мировые информационные ресурсы», «Сетевые операционные системы» — должны быть выработаны следующие умения:
— подготавливать ПК к установке операционной системы (форматировать жесткие диски, осуществлять разбиение жесткого диска на логические диски и т.д.);
— устанавливать операционную систему и драйверы сопутствующих устройств;
— самостоятельно осваивать стандартные программы, идущие вместе с операционной системой Windows и обеспечивающие стабильную работу ПК;
— обновлять операционную систему и устанавливать необходимое сопутствующее ПО;
— осваивать популярные пакеты утилит и программ, обеспечивающих диагностику и исправление ошибок операционной системы;
— работать с базовой системой ввода и вывода (BIOS);
— разбираться в реестре операционной системы;
— работать с современными антивирусными программами для быстрой и своевременной локализации появившихся в системе вирусов;
— объединять ПК с различными операционными системами в локальную сеть;
— обеспечивать надлежащий уровень безопасности сетевой операционной системы средствами ее администрирования [1].
Таким образом, учебное заведение, реализуя цель подготовки конкурентоспособных специалистов, должно обеспечить развитие этих, безусловно, базовых умений будущего специалиста в области информационных технологий, используя различные возможности. Самым простым, на первый взгляд, является организация специальной лаборатории, но, например, для дисциплины «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации» потребуется на
каждого обучаемого минимум два ПК одновременно. Если же возникает необходимость увеличить это число до трех, то на каждого обучаемого должно будет отводиться еще и дополнительное сетевое оборудование, к примеру, коммутатор. В результате учебное заведение столкнется с рядом трудностей. Во-первых, для размещения группы студентов потребуется очень большое помещение, которое, естественно, должно соответствовать всем требуемым санитарным нормам и способно вместить перечисленное выше количество техники, что, на наш взгляд, невозможно. Во-вторых, данную лабораторию не смогут себе позволить в финансовом отношении большинство вузов России. В-третьих, дорогостоящей технике данной лаборатории будут грозить постоянные поломки, сбои, отказы, так как обучаемые, особенно на первом этапе, могут надолго вывести из строя какой-нибудь компонент или весь ПК в целом из-за специфики лабораторных работ. Эти и некоторые другие проблемы можно решить с помощью эмуляторов.
Эмуляция-имитация работы одной системы средствами другой без потери функциональных возможностей и искажений результатов. Эмуляция выполняется программными и/или аппаратными средствами. Настоящий этап развития информационных технологий характеризуется всесторонним развитием ПО. Средства эмуляции не являются исключением из этого правила, и компании-гиганты, специализирующиеся на производстве аппаратного и программного обеспечения, вкладывают огромные средства в появление новых программ, эмулирующих поведение тех или иных устройств. Так, за последние 10 лет появился ряд таких программ, как виртуальные компьютеры, эмуляторы игровых приставок, приводов оптических дисков, принтеров, активного сетевого оборудования.
Рассмотрим более подробно класс программ «Виртуальные компьютеры», имеющего довольно длительную историю использования на мэйнфреймах, но пришедшего в сферу ПК относительно недавно.
В 90-е годы прошлого века появился новый класс программ, идея которого заключается в возможности работы на одном ПК нескольких операционных систем одновременно. Данный класс программ получил название «Виртуальные компьютеры». Пользователь получает в свое распоряжение полнофункциональный виртуальный компьютер со всем набором компонентов (оперативная память, процессор, собственные виртуальные периферийные устройства), с помощью которого он может поставить необходимую версию операционной системы и установить прикладное ПО. Количество обслуживаемых виртуальных компьютеров определяется, в первую очередь, доступными ресурсами памяти, диска, процессора реального компьютера, на который установлен виртуальный компьютер.
Операционная система, управляющая реальным оборудованием и предоставляющая функции для доступа к нему, называется хостовой операционной системой. Хостовая операционная система загружается самостоятельно и не требует виртуального компьютера для своей работы. Операционные системы, работающие в виртуальных компьютерах, называются гостевыми операционными системами. На одном физическом компьютере может быть запущена одна хостовая и любое количество гостевых операционных систем.
Популярность виртуальных компьютеров позволяет широко применять их в различных сферах деяте-
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (96) 2011 МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ
МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (96) 2011
льности. Так, данный класс ПО активно используют в следующих целях:
— для миграции с одной операционной системы на другую с обеспечением запуска приложений старой операционной системы;
— для разработки и тестирования ПО в различных конфигурациях и на базе разных операционных систем на одном компьютере;
— для проведения экспериментов над различным ПО (включая компьютерные вирусы, программы-шпионы и т. д.) без боязни нанесения вреда хостовой операционной системе.
Нами был разработан и внедрен комплекс лабораторно-практических работ с применением виртуальных компьютеров по дисциплинам информатиче-ского цикла для будущих специалистов данного направления.
Лабораторная работа для студентов, специализирующихся в области информационных технологий, — это вид учебно-познавательной деятельности, при выполнении которой идет прямое нацеливание на будущую профессию.
Здесь перед студентами ставятся проблемные вопросы, решение которых требует хорошей теоретической и практической их подготовленности. Именно поэтому лабораторная работа становится приоритетной формой проведения практических занятий, где для решения широкого круга образовательных задач по специальным дисциплинам используются эффективные средства обучения.
На современном рынке ПО программ, эмулирующих работу компьютера, представлено огромное количество, но, как уже отмечалось выше, данный программный продукт не был специально разработан как дидактическое средство, поэтому нам представляется актуальным сформулировать критерии выбора виртуального компьютера для применения его в целях решения образовательных задач.
Результаты нашего исследования показали, что 6 критериев выбора виртуальных компьютеров в образовательных целях можно считать основными [2].
Первый критерий—«Тип эмуляции» (характеристика возможности работы с различными операционными системами и приложениями для них на одном компьютере одновременно) — является базовым для применения виртуальных компьютеров в обучении. На сегодняшний день известны 3 основных типа эмуляции работы ПК, имеющих свои плюсы и минусы: эмуляция API операционной системы, полная эмуляция, квази-эмуляция. При эмуляции API операционной системы можно поставить одну операционную систему и работать одновременно как с ее приложениями, так и с приложениями другой операционной системы, но при этом падает коэффициент совместимости и становится практически невозможной поддержка различных платформ. При использовании полной эмуляции осуществляется абсолютная совместимость при работе с несколькими операционными системами одновременно, но скорость функционирования гостевых приложений очень низка, так как для выполнения последовательно выбираются коды гостевой операционной системы и эмулируется поведение каждой отдельно взятой инструкции. Квазиэмуляция является наиболее практичным и перспективным типом эмуляции, поскольку при его использовании сохраняется довольно высокая производительность операционных систем и большой уровень интеграции с аппаратным обеспечением, что позволяет широко применять программные продукты этого направления в различных сферах деятельности [3].
Вторым критерием являются «Системные требования и цена» (необходимый минимальный уровень компьютерной системы, в которой сможет функционировать программное средство «Виртуальный компьютер»), так как он часто является решающим при приобретении виртуального компьютера. Кроме того, важным моментом введения данного критерия является предоставляемая пользователю возможность получить информацию о технических характеристиках компьютеров, которыми должна быть оснащена лаборатория, работающая на основе эмулирующего средства.
Третьим, критерием, является «Эмулируемое аппаратное обеспечение» (характеристика, основанная на наличии виртуально создаваемых компонентов компьютерной системы и анализе их свойств), с помощью которого можно выяснить возможности виртуального компьютера формировать необходимые профессиональные умения будущих конкурентоспособных специалистов и решать вопросы количества лабораторных работ, которые можно выполнять с помощью этого виртуального компьютера.
Четвертый критерий—«Функциональное наполнение» (перечень возможностей программного средства «Виртуальный компьютер», оптимизирующий работу с ним) — позволяет сравнить дополнительные настройки и утилиты виртуальных компьютеров, с помощью которых можно приблизить к реальности его деятельность при выполнении лабораторных работ.
Пятый критерий—«Интерфейс» — помогает оценить комфортность работы студента с виртуальным компьютером.
Шестой критерий—«Производительность» (временная характеристика, отражающая, насколько соотносимо время выполнения задачи в реальном и виртуальном компьютере) — позволяет сравнить, как с различными приложениями работает виртуальный компьютер по сравнению с реальным аналогичной конфигурации. Данный критерий помогает при выборе такого виртуального компьютера, возможности которого позволяют с наивысшей производительностью работать с программным и аппаратным обеспечением и решать дидактические задачи в рамках учебного занятия.
Таким образом, основные критерии выбора виртуального компьютера применительно к любой программе-эмулятору позволяют судить о возможности использования данного средства в процессе обучения и провести на его основе комплекс лабораторных работ.
На сегодняшний день существуют, как минимум, 2 представителя данного класса программных продуктов, удовлетворяющие всем перечисленным ранее критериям выбора виртуального компьютера для образовательных целей:
1. Microsoft Virtual PC 2007 (http://www.microsoft.com);
2. Oracle Virtual Box 3.x (http://www.virtualbox.org).
Программный продукт от компании Microsoft, который, на наш взгляд, лучше ориентирован на работу со своими операционными системами семейства Windows. Продукт компании Oracle является открытым и в большей степени подходит для работы с операционными системами Linux.
Данные программы основаны на квази-эмуляции, обладают полным набором функциональных возможностей, необходимых для использования в обучении, а также имеют удобный интерфейс и достаточно высокую производительность. Дополнительным, но немаловажным фактором использования именно этих мощных программ является бесплатность их
Таблица і
Схема разбиения виртуальных жестких дисков
Диск 1 Файловая система NTFS FAT FAT32
Метка С: D: Е:
Буква Фамилия студента1 Фамилия студента2 Фамилия студентаЗ
Диск 2 Файловая система NTFS NTFS
Метка F: G:
Буква Фамилия студента4 Фамилия студента5
распространения, что имеет большую ценность в сегодняшней ситуации, когда вузы России при подготовке специалистов должны пользоваться лицензионным ПО.
Дидактическое применение виртуальных компьютеров огромно, и возможности их использования при выполнении лабораторных работ практически безграничны, поэтому мы считаем данный класс ПО наиболее эффективным средством в обучении информатике конкурентоспособных специалистов XXI века.
Используя виртуальные компьютеры в лаборатории, студенты приобретают умения, которые впоследствии помогают им самостоятельно выполнять аналогичные операции во внеаудиторной практической работе.
Например, итоговая практическая работа по операционной системе Windows Seven, которую студенты выполняют внеаудиторно, а защита происходит в стенах учебного заведения, осуществляется на ПО MS Virtual PC 2007 и должна отвечать следующим требованиям [4]:
— установить операционную систему Windows Seven, которая должна быть зарегистрирована на имя пользователя. Во время установки инсталлятором разбить винчестеры по схеме, представленной в табл. 1. Присвоение букв и форматирование организовать с помощью инструментария Windows;
— создать 2-х пользователей (администратора и пользователя). Логины пользователей — «Фамилия студента 1» и «Фамилия студента2». Настроить для них профиль, пароль, иконку при загрузке. Профили должны отличаться настройками и внешним видом;
— установить 15 программ в систему, упорядочить ярлыки программ в общем профиле по тематике (Офис, Графика, Антивирусы и т. д.). Одной из программ должна быть какая-нибудь дисковая оболочка.
В итоге меню «Программы» у обоих пользователей должно иметь общую часть и индивидуальную (отличающиеся некоторыми ярлыками);
— осуществить управление стандартными и пользовательским службами. Стандартные службы отключаются из решения о том, чтобы компьютер не был подсоединен к сети и должен обладать максимальным быстродействием. Все пользовательские службы, созданные установленными программами, должны быть выключены (в автозагрузке также необходимо все отключить);
— осуществить управление реестром. Сделать в реестре 15 изменений, оптимизирующих работу системы. Результаты занести в Избранное;
— создать три пакетных файла, выполняющих функционал, придуманный студентом, и поместить ссылку на них в автозагрузку.
Таким образом, в результате использования виртуальных компьютеров выполнение лабораторных практикумов по специальным дисциплинам, безусловно, делает работу студентов эффективной, уровень познавательной самостоятельности обучаемых — высоким и, как следствие, улучшает практическую подготовленность будущих конкурентоспособных специалистов.
Библиографический список
1. Шабалин, А. М. Использование новых форм самостоятельной деятельности обучаемых как эффективный способ формирования будущего конкурентоспособного специалиста в средних специальных учебных заведениях / А. М. Шабалин // Компьютерные учебные программы и инновации. — 2004. — № 1. — С. 70 —76.
2. Шабалин, А. М. Тип эмуляции как основной критерий классификации современных виртуальных компьютеров / А. М. Шабалин // Математика и информатика: наука и образование: межвузовский сб. науч. тр. — Омск, ОмГПУ, 2007. — Вып. 6. — С. 57 —63.
3. Гультяев, А. К. Виртуальные машины: несколько компьютеров в одном / А. К. Гультяев. — СПб.: Питер, 2006. — 224 с.
4. Шабалин, А. М. Операционные системы, среды и оболочки. Изучение операционных систем Microsoft средствами виртуального компьютера : учебное пособие / А. М. Шабалин. — Омск : ОмГИС, 2009. — 85 с.
ШАБАЛИН Андрей Михайлович, кандидат педагогических наук, доцент кафедры прикладной информатики и математики.
Адрес для переписки: e-mail: sham2000@land.ru
Статья поступила в редакцию 16.09.2010 г.
© А. М. Шабалин
Книжная полка
Кузнецова, С. В. 244 упражнения для маленьких гениев : практическое пособие / С. В. Кузнецова, Т. А. Романова, Е. В. Котова. - М.: Феникс, 2010. - 138 с. - ISBN 978-5-222-16457-0.
В пособии даны упражнения, направленные на развитие творческих и мыслительных способностей детей, представлены дидактические игры и наглядный материал, которые помогут сформировать у детей неординарное мышление, интерес и желание творить, разбудят фантазию ребенка. Каждое упражнение снабжено методическими комментариями. Рекомендовано для педагогов дошкольных учреждений и родителей детей дошкольного возраста.
