付小林

（宜春市上高二中，江西宜春336400）

談虛擬機(jī)在中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

付小林

（宜春市上高二中，江西宜春336400）

虛擬機(jī)具有安全穩(wěn)定、高效經(jīng)濟(jì)、功能全面和可記錄性等技術(shù)特點(diǎn)，可以充分挖掘現(xiàn)有計(jì)算機(jī)硬件資源的潛力，降低安全風(fēng)險(xiǎn)和資源成本。將虛擬機(jī)應(yīng)用于中小學(xué)信息技術(shù)課程教學(xué)，可以突破已有硬件資源局限，在受保護(hù)的計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境里開展系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件安裝、局域網(wǎng)構(gòu)建、信息安全教育等活動(dòng)，能有效幫助學(xué)生理解某些抽象概念和原理、熟練掌握計(jì)算機(jī)操作技能，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力。

虛擬機(jī)；宿主機(jī)；信息技術(shù)教學(xué)

虛擬機(jī)是近年來出現(xiàn)的一種新興計(jì)算機(jī)技術(shù)。它利用某種虛擬機(jī)軟件，以一臺(tái)真實(shí)計(jì)算機(jī)（Host Machine）的操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過將宿主機(jī)上的一部分硬盤和內(nèi)存進(jìn)行組合，虛擬出一臺(tái)或若干臺(tái)邏輯機(jī)器（Virtual Machine），每臺(tái)機(jī)器擁有獨(dú)立的虛擬硬件設(shè)備，如BIOS、內(nèi)存、硬盤、軟盤、顯卡、網(wǎng)卡等。從各個(gè)虛擬客戶系統(tǒng)角度看，它們都是一個(gè)完整的系統(tǒng)，但從宿主機(jī)系統(tǒng)的角度來看，每個(gè)客戶系統(tǒng)都是在宿主機(jī)上獨(dú)立運(yùn)行的應(yīng)用進(jìn)程，它們分別采用獨(dú)立的地址空間，彼此之間沒有任何關(guān)聯(lián)?？蛻粝到y(tǒng)的內(nèi)存來自于宿主機(jī)的內(nèi)存，客戶系統(tǒng)里的硬盤也是虛擬的，實(shí)際對(duì)應(yīng)于物理硬盤上的文件。[1]在實(shí)際應(yīng)用中，可以像使用宿主機(jī)一樣對(duì)虛擬機(jī)進(jìn)行分區(qū)、格式化、安裝系統(tǒng)和應(yīng)用軟件等操作，模擬出若干個(gè)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，還可以將幾個(gè)操作系統(tǒng)組建成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。[2]虛擬機(jī)的出現(xiàn)，為信息技術(shù)教學(xué)提供了廉價(jià)、安全、高效的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

一、虛擬機(jī)的安裝與設(shè)置

由于虛擬機(jī)的內(nèi)存直接從宿主機(jī)的物理內(nèi)存中劃分，因此要比較流暢地運(yùn)行虛擬機(jī)系統(tǒng)，宿主機(jī)需要較高的硬件配置。建議宿主機(jī)的內(nèi)存在512MB以上，CPU盡量使用包含超線程技術(shù)(Hyper-Threading Technology)或多核技術(shù)的處理器。要完成一個(gè)虛擬機(jī)系統(tǒng)的搭建，必須要通過以下步驟：首先在宿主機(jī)操作系統(tǒng)(Host OS)中安裝虛擬機(jī)軟件，然后在虛擬機(jī)軟件中新建虛擬機(jī)，并且為虛擬機(jī)安裝操作系統(tǒng)，最后配置虛擬操作系統(tǒng)。目前建立虛擬機(jī)的軟件主要有VMware和Virtual PC。下面以VMware為例介紹虛擬機(jī)的安裝和配置過程。

1.安裝虛擬機(jī)軟件

VMware是VMware公司出品的一款虛擬機(jī)軟件產(chǎn)品，分若干不同版本，針對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，它們包括VMware Workstation、VMware Server、VMware ESX Server、VMware Converter、VMware Player、VMware LabManager。其中，VMware Workstation針對(duì)專業(yè)開發(fā)人員，利用它可以在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)基于X86架構(gòu)的操作系統(tǒng)，它提供的功能完全滿足信息技術(shù)教學(xué)的要求?？梢韵螺d虛擬機(jī)軟件安裝包(下載地址如：http:// www.vmware.cn，版本為VMware Workstation)，去除硬盤保護(hù)卡的保護(hù)，按照軟件安裝提示安裝虛擬機(jī)軟件。

2.建立虛擬機(jī)系統(tǒng)

（1）新建虛擬機(jī)。單擊“新建虛擬機(jī)”圖標(biāo)，啟動(dòng)虛擬機(jī)創(chuàng)建向?qū)ВO(shè)置虛擬機(jī)的操作系統(tǒng)類型、名稱、虛擬機(jī)文件存放在宿主機(jī)中的位置（注意放置在不受保護(hù)的硬盤分區(qū)上）、內(nèi)存大小、聯(lián)網(wǎng)方式、硬盤大小和接口類型等參數(shù)。

（2）啟動(dòng)虛擬機(jī)。這個(gè)過程和PC的啟動(dòng)過程沒有什么不同。當(dāng)虛擬機(jī)進(jìn)行開機(jī)自檢時(shí)，按F2可以進(jìn)入BIOS設(shè)置。

（3）安裝虛擬操作系統(tǒng)。將安裝光盤放入光驅(qū)并在BIOS中設(shè)置從光盤啟動(dòng)，然后即可以根據(jù)提示在虛擬機(jī)中安裝操作系統(tǒng)，其安裝過程和在真實(shí)計(jì)算機(jī)中安裝操作系統(tǒng)的過程完全相同。

需要注意的是，VMware是用兩個(gè)文件記錄虛擬機(jī)的信息：一個(gè)是配置文件（*.vmx），記錄虛擬機(jī)的硬件資料如內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)卡、聲卡的類型大小等信息；另一個(gè)是磁盤文件，記錄在虛擬機(jī)上安裝的操作系統(tǒng)、存儲(chǔ)的文件等信息。

3.配置虛擬操作系統(tǒng)

虛擬操作系統(tǒng)安裝好之后，按照平常操作系統(tǒng)的設(shè)置方法進(jìn)行設(shè)置。在VMware創(chuàng)建的虛擬操作系統(tǒng)中，設(shè)置主要包括虛擬設(shè)備的配置文件修改、虛擬機(jī)工具（VMware Tools）的安裝和應(yīng)用軟件的安裝。VMware提供了一個(gè)VMware Tools的驅(qū)動(dòng)包，通過它來優(yōu)化虛擬設(shè)備的性能，其安裝方法和在操作系統(tǒng)中安裝工具軟件一樣。同時(shí)，點(diǎn)擊“虛擬機(jī)”菜單欄下的“設(shè)置”按鈕，可看到相關(guān)參數(shù)設(shè)置虛擬機(jī)的硬盤、內(nèi)存有多大，是否有并口、串口，是否有網(wǎng)絡(luò)等。

二、虛擬機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)與教學(xué)應(yīng)用價(jià)值

虛擬機(jī)主要有以下三大特點(diǎn)，為其教學(xué)應(yīng)用提供了便利條件：

1.虛擬機(jī)運(yùn)行的安全性

因虛擬機(jī)系統(tǒng)通常是宿主機(jī)上的兩個(gè)文件（配置文件和安裝文件），在虛擬機(jī)中的操作都是在這些文件中虛擬進(jìn)行的，所以，一些危險(xiǎn)的操作一般不會(huì)損壞宿主機(jī)上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。虛擬機(jī)軟件還提供了還原功能，以VMware為例，可先通過工具欄上的快照按鈕保存當(dāng)前虛擬系統(tǒng)狀態(tài)，一旦虛擬機(jī)出現(xiàn)問題，可單擊還原按鈕恢復(fù)問題出現(xiàn)前的狀態(tài)。

在信息技術(shù)教學(xué)中，某些系統(tǒng)維護(hù)實(shí)驗(yàn)，如磁盤分區(qū)、格式化、安裝操作系統(tǒng)、系統(tǒng)備份與恢復(fù)等，由于有硬盤保護(hù)卡的保護(hù)無法順利進(jìn)行，而一旦取消硬盤保護(hù)卡，這些實(shí)驗(yàn)的反復(fù)進(jìn)行又會(huì)對(duì)硬件系統(tǒng)造成一定程度的損傷；另外一些操作如計(jì)算機(jī)病毒防護(hù)和網(wǎng)絡(luò)安全等實(shí)驗(yàn)，存在很大的風(fēng)險(xiǎn)，不能直接在宿主機(jī)上進(jìn)行。此時(shí)，利用虛擬機(jī)提供的安全、獨(dú)立的操作環(huán)境，可以方便學(xué)生進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)和開展各種信息安全實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。

2.虛擬機(jī)系統(tǒng)功能的全面性

虛擬機(jī)上安裝的操作系統(tǒng)擁有與之對(duì)應(yīng)的真實(shí)操作系統(tǒng)的幾乎全部的功能。虛擬機(jī)擁有利用宿主機(jī)的設(shè)備虛擬而成的、標(biāo)準(zhǔn)的、兼容性最好的虛擬設(shè)備，有自己的BIOS，可以用同樣的方法更改BIOS的參數(shù)設(shè)置。同時(shí)，每一個(gè)在宿主機(jī)上運(yùn)行的虛擬機(jī)操作系統(tǒng)都是相對(duì)獨(dú)立的，可以擁有自己獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)地址，就像單機(jī)運(yùn)行一個(gè)操作系統(tǒng)一樣，提供全部的功能，利用虛擬機(jī)可以在一臺(tái)電腦上安裝多個(gè)虛擬客戶操作系統(tǒng)，從而可以將多個(gè)虛擬操作系統(tǒng)組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。而且，它不需要通過安裝多操作系統(tǒng)，關(guān)閉和重新啟動(dòng)宿主機(jī)就可以快速地在一臺(tái)宿主機(jī)上啟動(dòng)并同時(shí)運(yùn)行一個(gè)或若干個(gè)操作系統(tǒng)。

在信息技術(shù)教學(xué)過程中，有些實(shí)驗(yàn)如多機(jī)互聯(lián)的局域網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，Telnet、FTP等各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的配置，遠(yuǎn)程訪問，需要用到多臺(tái)計(jì)算機(jī)和多種設(shè)備，如果現(xiàn)有的硬件條件無法滿足則無法開展；還有些實(shí)驗(yàn)需要操作系統(tǒng)重新引導(dǎo)后方能開展，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。顯然，使用虛擬機(jī)可以非常方便地滿足這些教學(xué)需要。

3.虛擬機(jī)操作的可記錄性

虛擬機(jī)軟件一般都提供屏幕截圖(Capture Screen)和視頻捕捉(Capture Movie)功能，借此可以方便地截取在虛擬機(jī)操作系統(tǒng)中的操作過程，制作演示教程。

在信息技術(shù)教學(xué)的某些過程中，有時(shí)由于系統(tǒng)環(huán)境配置或設(shè)備條件限制等原因無法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示，利用VMware的屏幕截圖(VM＞Capture Screen)或者視頻捕捉(VM＞Capture Movie)功能可以把原有的操作過程及顯示效果制作成視頻課件，課堂講解時(shí)配以課件的播放，或者直接在虛擬機(jī)中進(jìn)行操作演示，可以幫助學(xué)生理解抽象的概念、原理和操作過程。

三、虛擬機(jī)適用的信息技術(shù)教學(xué)內(nèi)容與使用方法

根據(jù)當(dāng)前中小學(xué)信息技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容，特別是普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中的內(nèi)容模塊，在如下課程內(nèi)容的教學(xué)中可以運(yùn)用虛擬機(jī)開展教學(xué)，以達(dá)到事半功倍的效果。

1.系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的安裝

因微機(jī)硬盤大都加了保護(hù)卡，學(xué)生對(duì)硬盤受保護(hù)分區(qū)的修改在每一次重新開機(jī)后都會(huì)恢復(fù)到先前的狀態(tài)。如此，學(xué)生無法完成硬盤的分區(qū)和格式化，無法安裝操作系統(tǒng)并進(jìn)行配置，也無法安裝新的應(yīng)用軟件。通過VMware虛擬機(jī)軟件中的屏幕截圖(VM＞Capture Screen)，教師可以先錄制操作系統(tǒng)安裝相關(guān)的操作過程，并利用Flash等軟件制作成一個(gè)簡(jiǎn)單的操作系統(tǒng)模擬安裝軟件，讓學(xué)生先利用該模擬安裝軟件初步了解操作系統(tǒng)的安裝過程；然后，引導(dǎo)學(xué)生利用VMware虛擬機(jī)軟件親身經(jīng)歷BIOS設(shè)置、硬盤分區(qū)、操作系統(tǒng)安裝、操作系統(tǒng)配置、應(yīng)用軟件安裝的整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)過程。之后，通過VMware虛擬機(jī)軟件工具欄上的“快照”功能保存當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)，并鼓勵(lì)學(xué)生嘗試?yán)肰Mware虛擬機(jī)軟件進(jìn)行一些異常狀況下的操作系統(tǒng)恢復(fù)安裝等操作，從而達(dá)到全面掌握操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件安裝的技能。

2.局域網(wǎng)的構(gòu)建

局域網(wǎng)的構(gòu)建往往要用到多臺(tái)計(jì)算機(jī)，而大多數(shù)微機(jī)實(shí)驗(yàn)室都不允許學(xué)生隨意更改網(wǎng)絡(luò)配置參數(shù)，也沒有提供學(xué)生進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置的硬件環(huán)境。利用虛擬機(jī)在一臺(tái)電腦上安裝多個(gè)虛擬客戶操作系統(tǒng)，將多個(gè)虛擬操作系統(tǒng)組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，這樣在實(shí)驗(yàn)時(shí)，每個(gè)學(xué)生在自己的計(jì)算機(jī)上就可以進(jìn)行多臺(tái)電腦的網(wǎng)絡(luò)配置。在教學(xué)中，教師可以事先用一臺(tái)學(xué)生機(jī)建立實(shí)驗(yàn)所需要的多個(gè)虛擬機(jī)，每個(gè)虛擬機(jī)的網(wǎng)卡網(wǎng)絡(luò)方式為Bridged(橋接)方式，然后把記載這些虛擬機(jī)參數(shù)的文件放到服務(wù)器上共享。學(xué)生利用教師提供的配置文件和磁盤文件來建立虛擬機(jī)，在不用對(duì)硬盤進(jìn)行分區(qū)、格式化和安裝操作系統(tǒng)的情況下，就可以快速地建立實(shí)驗(yàn)所需的虛擬機(jī)了。操作步驟如下：

首先復(fù)制備份文件到硬盤指定目標(biāo)；然后啟動(dòng)新建虛擬機(jī)向?qū)?，在“選擇一個(gè)磁盤”的三個(gè)選項(xiàng)中選“使用已存在的磁盤鏡像文件來建虛擬磁盤”，然后選備份磁盤文件；最后，修改各虛擬機(jī)的計(jì)算機(jī)名和IP地址，以方便安裝網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)。

3.信息安全教育

（1）病毒、木馬與黑客攻擊的工作原理與防治

病毒是附著在其他程序上的可以實(shí)現(xiàn)自我繁殖的程序代碼。為了讓學(xué)生從防毒、查毒、解毒三方面來掌握對(duì)計(jì)算機(jī)病毒的防治，并養(yǎng)成規(guī)范使用計(jì)算機(jī)的習(xí)慣，可以在虛擬機(jī)中以尼姆達(dá)病毒的防治和清除的過程為例講解病毒清除的一般過程：首先通過VMware虛擬機(jī)軟件新建兩個(gè)相同環(huán)境的虛擬客戶系統(tǒng)。然后從網(wǎng)絡(luò)上或QQ上收集病毒樣本。選擇一臺(tái)虛擬機(jī)客戶系統(tǒng)打上微軟官方的補(bǔ)丁，并安裝天網(wǎng)個(gè)人版防火墻，利用防火墻查找IE漏洞并自動(dòng)修復(fù)它，最后安裝病毒檢測(cè)軟件；另外一臺(tái)虛擬客戶系統(tǒng)不做以上安全防范措施。在兩臺(tái)虛擬客戶系統(tǒng)中運(yùn)行病毒樣本，觀看兩個(gè)系統(tǒng)的不同反應(yīng)。在感染病毒的虛擬客戶系統(tǒng)中，運(yùn)行病毒專殺工具或使用手動(dòng)清除的辦法清除病毒。

木馬攻擊是現(xiàn)在因特網(wǎng)環(huán)境下計(jì)算機(jī)最容易遇到的網(wǎng)絡(luò)攻擊之一。出于安全考慮，該實(shí)驗(yàn)在正常的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下是不容易完成的。為了讓學(xué)生了解木馬攻擊的原理，在虛擬客戶系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)是一個(gè)最佳選擇。在教學(xué)中可以選擇國內(nèi)最著名的“冰河”木馬程序來進(jìn)行測(cè)試，基本步驟如下：在一臺(tái)虛擬客戶系統(tǒng)中運(yùn)行客戶端控制程序G_Client.exe，點(diǎn)擊菜單“文件”下的“自動(dòng)搜索”，在“起始域”編輯框中輸入要查找另外的虛擬客戶系統(tǒng)的IP地址范圍，然后點(diǎn)“開始搜索”按鈕，在右邊列表框中顯示檢測(cè)到已經(jīng)在網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)的IP地址。顯示“OK”的計(jì)算機(jī)曾經(jīng)運(yùn)行過G_Server.exe，也就是可以被黑客控制了，同時(shí)它的IP地址在“文件管理器”里顯示出來。點(diǎn)擊任何一個(gè)，在“當(dāng)前連接”的編輯框里就顯示這一個(gè)地址，通過點(diǎn)擊“文件管理器”或“命令控制臺(tái)”可以對(duì)對(duì)方主機(jī)發(fā)起攻擊。冰河木馬程序的刪除方法則可以讓學(xué)生自己在網(wǎng)絡(luò)中尋找，以鍛煉學(xué)生解決問題的能力。

（2）數(shù)據(jù)保護(hù)與恢復(fù)

數(shù)據(jù)的丟失通常由于計(jì)算機(jī)用戶自身的誤操作、病毒或黑客的入侵造成。在一般情況下，普通用戶可以借助于專業(yè)的恢復(fù)軟件即可恢復(fù)丟失的數(shù)據(jù)。在教學(xué)中以FinalData軟件為例，恢復(fù)誤刪除的數(shù)據(jù)和硬盤被重新分區(qū)或者格式化后的數(shù)據(jù)?；静襟E如下：

在一臺(tái)虛擬客戶系統(tǒng)中拷貝文件test.txt到指定文件夾，再刪除該文件；然后運(yùn)行FinalData軟件，進(jìn)入其操作界面，選擇“文件”、“打開”，選擇要恢復(fù)數(shù)據(jù)的磁盤，單擊“確定”掃描該磁盤，已刪除列表中顯示已刪除的文件，選擇文件進(jìn)行恢復(fù)即可。

結(jié)束語

在當(dāng)前中小學(xué)校面臨計(jì)算機(jī)軟硬件更新?lián)Q代又缺乏充足經(jīng)費(fèi)的形勢(shì)下，有效利用虛擬機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)，充分挖掘現(xiàn)有計(jì)算機(jī)硬件資源的潛力，將有助于信息技術(shù)課程在保質(zhì)保量的前提下健康、持續(xù)開設(shè)。

[1]龔巧華，江魁.基于虛擬機(jī)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[J].教育信息化，2006，（8）：35-36．

[2]曲鼎，王崗.PC實(shí)用之道:病毒與黑客攻防[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006：9．

（編輯：王天鵬）

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1673-8454（2010）08-0025-03