試論虛擬機(jī)在計(jì)算機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用

目前計(jì)算機(jī)教學(xué)存在硬件、軟件和教學(xué)三方面的問題，虛擬機(jī)是解決這些問題的很好的技術(shù)途徑。虛擬機(jī)具有集成性、移植性、經(jīng)濟(jì)性和可維護(hù)性的優(yōu)點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)教學(xué)中的具體應(yīng)用包括操作系統(tǒng)安裝、計(jì)算機(jī)維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)安全、軟件測(cè)試和課件制作。

近幾年，虛擬機(jī)逐漸被應(yīng)用于許多學(xué)校的計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)教學(xué)實(shí)際出發(fā)，借助虛擬機(jī)解決計(jì)算機(jī)教學(xué)中的一些問題，有效地提高了計(jì)算機(jī)教學(xué)的質(zhì)量，取得良好的教學(xué)效果。

1 計(jì)算機(jī)教學(xué)的現(xiàn)狀

目前，計(jì)算機(jī)教學(xué)取得一定的成績，也存在一些問題，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面。

1.1 硬件方面

計(jì)算機(jī)是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的學(xué)科，需要給學(xué)生提供良好的實(shí)踐環(huán)境。同時(shí)，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)硬件的更新速度加快，計(jì)算機(jī)教學(xué)的開展也受到全新的挑戰(zhàn)。由于我國目前招生規(guī)模的擴(kuò)大，經(jīng)費(fèi)又相對(duì)投入有限，使得實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地不能及時(shí)得到擴(kuò)充，教學(xué)設(shè)備的硬件建設(shè)相對(duì)欠缺和滯后，新建計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)室、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室等更是不現(xiàn)實(shí)的。但是，計(jì)算機(jī)教學(xué)中的很多實(shí)驗(yàn)，如局域網(wǎng)的搭建，需要利用多臺(tái)計(jì)算機(jī)和多種設(shè)備，由于現(xiàn)有的硬件配置條件有限，學(xué)生沒有親自做實(shí)驗(yàn)的條件和機(jī)會(huì)，無法培養(yǎng)其動(dòng)手操作能力。

1.2 軟件方面

目前的計(jì)算機(jī)教學(xué)一般是使用公共機(jī)房。公共機(jī)房只能滿足一般的實(shí)驗(yàn)要求，同時(shí)為了便于機(jī)房的管理和維護(hù)，通常為所有的計(jì)算機(jī)安裝硬盤保護(hù)卡和應(yīng)用系統(tǒng)策略來限制學(xué)生的某些操作。學(xué)生上機(jī)的時(shí)候，不允許他們隨意安裝軟件，更不允許進(jìn)行如硬盤分區(qū)、格式化等操作。學(xué)生無法在實(shí)際的環(huán)境中操作練習(xí)，只能被動(dòng)地進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)踐教學(xué)的效果較差。

1.3 教學(xué)方面

許多計(jì)算機(jī)教師的思想觀念還沒有完全轉(zhuǎn)變，在計(jì)算機(jī)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(dāng)然，也由于經(jīng)費(fèi)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(shí)而缺乏動(dòng)手實(shí)踐，無法操作實(shí)驗(yàn)，對(duì)一些知識(shí)點(diǎn)無法掌握透徹。

綜合以上分析，可以看出目前計(jì)算機(jī)教學(xué)存在問題的關(guān)鍵是教學(xué)設(shè)備不足。如何充分利用好現(xiàn)有的教學(xué)設(shè)備，來滿足最大化的教學(xué)需求，這是一個(gè)新的挑戰(zhàn)。筆者認(rèn)為利用虛擬機(jī)可以改善上述計(jì)算機(jī)教學(xué)中存在的問題，較好地達(dá)到一機(jī)多用的目的。

2 虛擬機(jī)簡(jiǎn)介

2.1 虛擬機(jī)的概念

虛擬機(jī)（Virtual Machine，簡(jiǎn)稱VM），就是虛擬的計(jì)算機(jī)，是指運(yùn)行于物理計(jì)算機(jī)上的、用軟件模擬出來的、具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運(yùn)行在一個(gè)完全隔離環(huán)境中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。虛擬機(jī)是相對(duì)于常用的物理計(jì)算機(jī)而言的，又被稱為邏輯計(jì)算機(jī)，其本質(zhì)上是對(duì)物理計(jì)算機(jī)的模擬仿真。

虛擬機(jī)以文件的形式存放于物理計(jì)算機(jī)中，僅占用物理計(jì)算機(jī)的一部分資源。一臺(tái)物理計(jì)算機(jī)，可以虛擬出多臺(tái)完整的虛擬機(jī)，并且不同的虛擬機(jī)可以運(yùn)行單獨(dú)的操作系統(tǒng)而互不干擾，使用的時(shí)候就如同打開一個(gè)應(yīng)用程序一樣。

每臺(tái)虛擬機(jī)都具有自己的CPU、內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)卡、BIOS、光驅(qū)、顯卡、聲卡、USB接口等，只不過這些硬件設(shè)備都是用虛擬軟件模擬出來的。在計(jì)算機(jī)教學(xué)中，可以利用虛擬機(jī)進(jìn)行開機(jī)、關(guān)機(jī)、硬盤格式化、設(shè)置BIOS等操作，這一切對(duì)主機(jī)沒有任何影響。

目前，計(jì)算機(jī)教學(xué)中比較常用的虛擬機(jī)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(duì)比較成熟，可以虛擬更多的主流操作系統(tǒng)，功能更強(qiáng)大，使用起來比較容易，市場(chǎng)占有率比較高。

2.2 虛擬機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

1）集成性。能夠在一臺(tái)PC機(jī)上運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)，每個(gè)虛擬機(jī)都可安裝不同的操作系統(tǒng)，而不需要對(duì)物理硬盤進(jìn)行分區(qū)或重新開機(jī)，不受到物理計(jì)算機(jī)硬件的限制。各虛擬機(jī)與主機(jī)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(jī)表現(xiàn)在物理電腦上是一個(gè)文件，不同的操作系統(tǒng)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(jī)文件到其他計(jì)算機(jī)上使用，大大節(jié)省系統(tǒng)安裝的時(shí)間。

3）經(jīng)濟(jì)性。由于虛擬機(jī)是利用軟件來模擬完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，無需添加新的硬件設(shè)備，真正可以做到一機(jī)多用，同時(shí)又節(jié)省維護(hù)費(fèi)用。

4）可維護(hù)性。虛擬機(jī)與主機(jī)之間有良好的隔離性，在虛擬機(jī)上進(jìn)行的操作不會(huì)破壞物理計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)和軟件，對(duì)主機(jī)現(xiàn)有的硬盤分區(qū)和數(shù)據(jù)都不會(huì)造成任何破壞。

3 虛擬機(jī)在計(jì)算機(jī)教學(xué)中的具體應(yīng)用

3.1 操作系統(tǒng)安裝

操作系統(tǒng)有MS-DOS、Windows98、Windows2000、Windows XP、Linux、Unix等不同系列、不同版本。由于操作系統(tǒng)的安裝具有一定的危險(xiǎn)性，學(xué)生可以在硬盤上建立自己的虛擬機(jī)，并進(jìn)行安裝操作系統(tǒng)的練習(xí)。在虛擬機(jī)環(huán)境下可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)操作系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，帶來極大的方便。

3.2 計(jì)算機(jī)維護(hù)

出于公共安全考慮，磁盤分區(qū)、格式化等危險(xiǎn)操作，學(xué)生一般沒有機(jī)會(huì)親手實(shí)踐。在虛擬機(jī)環(huán)境下，學(xué)生可以任意進(jìn)行磁盤分區(qū)、格式化、設(shè)置CMOS、設(shè)置BIOS SETUP參數(shù)等一些計(jì)算機(jī)維護(hù)操作。操作完成后，通過映象功能可以非常輕松地將操作系統(tǒng)恢復(fù)到原樣。

3.3 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用

學(xué)生在學(xué)習(xí)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(yuǎn)程訪問和路由的設(shè)置等知識(shí)時(shí)，單憑理論講授是很難理解和掌握的。利用虛擬機(jī)，學(xué)生可以在單臺(tái)計(jì)算機(jī)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(xiàn)集群試驗(yàn)。若學(xué)生不能按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)，借助虛擬機(jī)的掛起功能，保留當(dāng)前狀態(tài)，以便下次繼續(xù)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(jì)算機(jī)病毒、木馬等知識(shí)時(shí)只能停留在講述階段，利用虛擬機(jī)可以改變這一狀況。教師可以在虛擬機(jī)系統(tǒng)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(xiàn)安全防御等操作，讓學(xué)生更加直觀地了解系統(tǒng)的安全及防御技術(shù)。

3.5 軟件測(cè)試

學(xué)生在學(xué)習(xí)軟件設(shè)計(jì)、網(wǎng)頁設(shè)計(jì)等課程時(shí)，編寫的程序需要在多種環(huán)境及多種操作系統(tǒng)環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試。應(yīng)用虛擬機(jī)，不需要實(shí)際安裝所有的系統(tǒng)與插件，就可以輕松地模擬出各種測(cè)試環(huán)境，有利于發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。

3.6 課件制作

計(jì)算機(jī)教師在制作課件時(shí)，常常會(huì)需要多種操作系統(tǒng)中的操作。通過虛擬機(jī)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，或者直接利用視頻捕捉功能將操作過程錄制下來，有助于制作圖文并茂的課件。

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

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