試論虛擬機在計算機教學(xué)中的應用

目前計算機教學(xué)存在硬件、軟件和教學(xué)三方面的問(wèn)題，虛擬機是解決這些問(wèn)題的很好的技術(shù)途徑。虛擬機具有集成性、移植性、經(jīng)濟性和可維護性的優(yōu)點(diǎn)，在計算機教學(xué)中的具體應用包括操作系統安裝、計算機維護、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)應用、網(wǎng)絡(luò )安全、軟件測試和課件制作。

近幾年，虛擬機逐漸被應用于許多學(xué)校的計算機教學(xué)領(lǐng)域，成為一種非常有效的輔助工具。筆者從自身的計算機教學(xué)實(shí)際出發(fā)，借助虛擬機解決計算機教學(xué)中的一些問(wèn)題，有效地提高了計算機教學(xué)的質(zhì)量，取得良好的教學(xué)效果。

1 計算機教學(xué)的現狀

目前，計算機教學(xué)取得一定的成績(jì)，也存在一些問(wèn)題，主要表現為以下幾個(gè)方面。

1.1 硬件方面

計算機是一門(mén)實(shí)踐性非常強的學(xué)科，需要給學(xué)生提供良好的實(shí)踐環(huán)境。同時(shí)，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計算機硬件的更新速度加快，計算機教學(xué)的開(kāi)展也受到全新的挑戰。由于我國目前招生規模的擴大，經(jīng)費又相對投入有限，使得實(shí)驗設備和實(shí)驗場(chǎng)地不能及時(shí)得到擴充，教學(xué)設備的硬件建設相對欠缺和滯后，新建計算機硬件實(shí)驗室、計算機網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗室等更是不現實(shí)的。但是，計算機教學(xué)中的很多實(shí)驗，如局域網(wǎng)的搭建，需要利用多臺計算機和多種設備，由于現有的硬件配置條件有限，學(xué)生沒(méi)有親自做實(shí)驗的條件和機會(huì )，無(wú)法培養其動(dòng)手操作能力。

1.2 軟件方面

目前的計算機教學(xué)一般是使用公共機房。公共機房只能滿(mǎn)足一般的實(shí)驗要求，同時(shí)為了便于機房的管理和維護，通常為所有的計算機安裝硬盤(pán)保護卡和應用系統策略來(lái)限制學(xué)生的某些操作。學(xué)生上機的時(shí)候，不允許他們隨意安裝軟件，更不允許進(jìn)行如硬盤(pán)分區、格式化等操作。學(xué)生無(wú)法在實(shí)際的環(huán)境中操作練習，只能被動(dòng)地進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的實(shí)驗操作，實(shí)踐教學(xué)的效果較差。

1.3 教學(xué)方面

許多計算機教師的思想觀(guān)念還沒(méi)有完全轉變，在計算機教學(xué)中，重理論、輕實(shí)踐，一直采取單一的理論講授教學(xué)，非常抽象、枯燥，學(xué)生難以理解和掌握。當然，也由于經(jīng)費等各方面的原因，教師一般采取以講代練或課堂演示的方式進(jìn)行教學(xué)，使得學(xué)生只有理論知識而缺乏動(dòng)手實(shí)踐，無(wú)法操作實(shí)驗，對一些知識點(diǎn)無(wú)法掌握透徹。

綜合以上分析，可以看出目前計算機教學(xué)存在問(wèn)題的關(guān)鍵是教學(xué)設備不足。如何充分利用好現有的教學(xué)設備，來(lái)滿(mǎn)足最大化的教學(xué)需求，這是一個(gè)新的挑戰。筆者認為利用虛擬機可以改善上述計算機教學(xué)中存在的問(wèn)題，較好地達到一機多用的目的。

2 虛擬機簡(jiǎn)介

2.1 虛擬機的概念

虛擬機（Virtual Machine，簡(jiǎn)稱(chēng)VM），就是虛擬的計算機，是指運行于物理計算機上的、用軟件模擬出來(lái)的、具有完整硬件系統功能的、運行在一個(gè)完全隔離環(huán)境中的計算機系統。虛擬機是相對于常用的物理計算機而言的，又被稱(chēng)為邏輯計算機，其本質(zhì)上是對物理計算機的模擬仿真。

虛擬機以文件的形式存放于物理計算機中，僅占用物理計算機的一部分資源。一臺物理計算機，可以虛擬出多臺完整的虛擬機，并且不同的虛擬機可以運行單獨的操作系統而互不干擾，使用的時(shí)候就如同打開(kāi)一個(gè)應用程序一樣。

每臺虛擬機都具有自己的CPU、內存、硬盤(pán)、網(wǎng)卡、BIOS、光驅、顯卡、聲卡、USB接口等，只不過(guò)這些硬件設備都是用虛擬軟件模擬出來(lái)的。在計算機教學(xué)中，可以利用虛擬機進(jìn)行開(kāi)機、關(guān)機、硬盤(pán)格式化、設置BIOS等操作，這一切對主機沒(méi)有任何影響。

目前，計算機教學(xué)中比較常用的虛擬機軟件主要有WMware公司的WMware Workstation和微軟公司的Microsoft Virtual PC這兩種。VMware技術(shù)相對比較成熟，可以虛擬更多的主流操作系統，功能更強大，使用起來(lái)比較容易，市場(chǎng)占有率比較高。

2.2 虛擬機的優(yōu)點(diǎn)

1）集成性。能夠在一臺PC機上運行多個(gè)虛擬機，每個(gè)虛擬機都可安裝不同的操作系統，而不需要對物理硬盤(pán)進(jìn)行分區或重新開(kāi)機，不受到物理計算機硬件的限制。各虛擬機與主機之間可以進(jìn)行通信、共享文件和網(wǎng)絡(luò )資源。

2）移植性。虛擬機表現在物理電腦上是一個(gè)文件，不同的操作系統之間能夠進(jìn)行互動(dòng)操作。使用者可以直接拷貝備份好的虛擬機文件到其他計算機上使用，大大節省系統安裝的時(shí)間。

3）經(jīng)濟性。由于虛擬機是利用軟件來(lái)模擬完整的計算機系統，無(wú)需添加新的硬件設備，真正可以做到一機多用，同時(shí)又節省維護費用。

4）可維護性。虛擬機與主機之間有良好的隔離性，在虛擬機上進(jìn)行的操作不會(huì )破壞物理計算機的操作系統和軟件，對主機現有的硬盤(pán)分區和數據都不會(huì )造成任何破壞。

3 虛擬機在計算機教學(xué)中的具體應用

3.1 操作系統安裝

操作系統有MS-DOS、Windows98、Windows2000、Windows XP、Linux、Unix等不同系列、不同版本。由于操作系統的安裝具有一定的危險性，學(xué)生可以在硬盤(pán)上建立自己的虛擬機，并進(jìn)行安裝操作系統的練習。在虛擬機環(huán)境下可以實(shí)現多個(gè)操作系統同時(shí)運行，帶來(lái)極大的方便。

3.2 計算機維護

出于公共安全考慮，磁盤(pán)分區、格式化等危險操作，學(xué)生一般沒(méi)有機會(huì )親手實(shí)踐。在虛擬機環(huán)境下，學(xué)生可以任意進(jìn)行磁盤(pán)分區、格式化、設置CMOS、設置BIOS SETUP參數等一些計算機維護操作。操作完成后，通過(guò)映象功能可以非常輕松地將操作系統恢復到原樣。

3.3 網(wǎng)絡(luò )技術(shù)應用

學(xué)生在學(xué)習局域網(wǎng)的組建、網(wǎng)絡(luò )配置與管理、FTP、郵件服務(wù)器等各種網(wǎng)絡(luò )服務(wù)的配置、遠程訪(fǎng)問(wèn)和路由的設置等知識時(shí)，單憑理論講授是很難理解和掌握的。利用虛擬機，學(xué)生可以在單臺計算機上組建網(wǎng)絡(luò )環(huán)境，進(jìn)行各種網(wǎng)絡(luò )配置，也可以組建虛擬局域網(wǎng)，實(shí)現集群試驗。若學(xué)生不能按時(shí)完成實(shí)驗，借助虛擬機的掛起功能，保留當前狀態(tài)，以便下次繼續完成。

3.4 網(wǎng)絡(luò )安全

在網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下，病毒、木馬、黑客程序非常盛行。教師在講解計算機病毒、木馬等知識時(shí)只能停留在講述階段，利用虛擬機可以改變這一狀況。教師可以在虛擬機系統上植入病毒文件進(jìn)行病毒、木馬程序的傳播與演示，以及實(shí)現安全防御等操作，讓學(xué)生更加直觀(guān)地了解系統的安全及防御技術(shù)。

3.5 軟件測試

學(xué)生在學(xué)習軟件設計、網(wǎng)頁(yè)設計等課程時(shí)，編寫(xiě)的程序需要在多種環(huán)境及多種操作系統環(huán)境下進(jìn)行測試。應用虛擬機，不需要實(shí)際安裝所有的系統與插件，就可以輕松地模擬出各種測試環(huán)境，有利于發(fā)現問(wèn)題和解決問(wèn)題。

3.6 課件制作

計算機教師在制作課件時(shí)，常常會(huì )需要多種操作系統中的操作。通過(guò)虛擬機軟件，可以使用Snagit、HyperSnap-DX等屏幕捕捉程序，方便地把樣圖抓取下來(lái)，或者直接利用視頻捕捉功能將操作過(guò)程錄制下來(lái)，有助于制作圖文并茂的課件。

總之，虛擬機是計算機教學(xué)的有效工具，在計算機教學(xué)中有非常重要的作用和廣泛的應用。如何利用虛擬機更好地為計算機教學(xué)服務(wù)，是每個(gè)計算機教師需要研究的一個(gè)新課題。

參考文獻

[1]劉.談?wù)動(dòng)嬎銠C教學(xué)中虛擬機的應用[J].科技資訊,2009(36):190

蔡友林,祝紅琴,司紅偉.虛擬機技術(shù)在計算機教學(xué)中的探討[J].電腦知識與技術(shù),2009,5(10),7889-7990

王永.虛擬機在高校計算機教學(xué)中的應用[J].電腦知識與技術(shù),2006(11):164,177

何秋燕,等.淺談虛擬機技術(shù)在計算機教學(xué)與實(shí)驗中的應用[J].網(wǎng)絡(luò )安全技術(shù)與應用,2010(11):73-74

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