虛擬機技術(shù)在計算機基礎(chǔ)教學(xué)中的應(yīng)用

呂杰英

摘要：計算機技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用越來越普及，成為必不可少的實用工具，計算機掌握的熟練程度已成為企業(yè)招聘員工的必要條件之一。在計算機基礎(chǔ)教學(xué)中，中職教育非常注重學(xué)生的實際動手能力，但往往由于學(xué)校機房的軟硬件條件和安全考慮限制，不能很好地滿足教學(xué)實際需要。而應(yīng)用虛擬機技術(shù)卻能很好地彌補這方面的不足，本文就如何把這項技術(shù)在計算機基礎(chǔ)教學(xué)中的應(yīng)用作一些探討。

關(guān)鍵詞：計算機教學(xué)；虛擬機技術(shù)；操作應(yīng)用

中圖分類號：TP39 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.05.024

1 虛擬機技術(shù)介紹

虛擬機（Virtual Machine）是指通過軟件模擬的具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運行在一個完全隔離環(huán)境中的計算機系統(tǒng)。它具有與真實系統(tǒng)完全一樣的界面和功能，進入虛擬系統(tǒng)后，所有操作都是在這個全新的獨立的虛擬系統(tǒng)里面進行，可以獨立安裝運行軟件，保存數(shù)據(jù)，擁有自己的獨立桌面，切換簡便自由，不會對真正的系統(tǒng)產(chǎn)生任何影響，而且具有能夠在現(xiàn)有系統(tǒng)與虛擬鏡像之間靈活切換的一類操作系統(tǒng)。

目前流行的虛擬機軟件有VMware系列、Virtual Box和Virtual PC等，它們都能在一臺計算機上虛擬出多臺計算機和多種不同的操作系統(tǒng)。其中VMware Workstation（中文名“威睿工作站”）是一款功能強大的桌面虛擬計算機軟件，下面內(nèi)容主要以它為例子進行闡述。

2 虛擬機技術(shù)在計算機基礎(chǔ)教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 安裝操作系統(tǒng)實踐

安裝操作系統(tǒng)是計算機基礎(chǔ)學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容之一，也是每位學(xué)生必須掌握的知識點，更是計算機普及后要實際用到的技能之一，事實上很多學(xué)生都沒有學(xué)會這項技能，究其原因是學(xué)生缺少一個安裝操作系統(tǒng)的實踐機會。學(xué)校計算機實驗室主要考慮到日常的實驗教學(xué)和保證其設(shè)備的完好性，所以在操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件安裝完畢后對其進行了保護，因而操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件不允許學(xué)生擅自改變，否則會導(dǎo)致應(yīng)用軟件出錯甚至計算機系統(tǒng)崩潰影響整個教學(xué)。所以實際教學(xué)中操作系統(tǒng)安裝內(nèi)容往往只能紙上談兵，學(xué)生缺少實際動手環(huán)節(jié)，而利用虛擬機技術(shù)就可以進行操作系統(tǒng)或應(yīng)用軟件安裝練習(xí)，盡管在虛擬機中進行軟件操作時，軟件有可能破壞，數(shù)據(jù)有可能丟失，操作系統(tǒng)有可能一樣會崩潰，但是崩潰的只是虛擬機上的操作系統(tǒng)，對宿主機來說不過是一個文件損壞而已，對物理計算機上的操作系統(tǒng)和其它應(yīng)用軟件不會產(chǎn)生任何影響。

要在一臺電腦上模擬出若干臺PC，利用虛擬機技術(shù)完全可以實現(xiàn)，并且這些PC可以獨立運行而互不干擾，這臺電腦還可以“同時”運行幾種不同的操作系統(tǒng)，盡管我們經(jīng)常在一臺PC機上安裝多操作系統(tǒng)，不過其同一時間只能運行一種操作系統(tǒng)，如果想切換到不同的操作系統(tǒng)，必須重新啟動電腦進行選擇。而在虛擬機環(huán)境下情況就不同，可以同時運行多個操作系統(tǒng)，并且不需要重啟電腦，就可以在多個操作系統(tǒng)之間隨意切換，這樣大大地節(jié)省了時間，提高了效率。學(xué)生通過在一臺電腦中學(xué)習(xí)安裝不同的操作系統(tǒng)，除常用的windows系列（如windows XP、windows 7）外，還可以學(xué)習(xí)安裝蘋果MAC系統(tǒng)、安卓系統(tǒng)、Linux系統(tǒng)等等，對不同操作系統(tǒng)的安裝練習(xí)，有效提高了學(xué)生工作后遇到不同操作系統(tǒng)的適應(yīng)性，極大地擴展了學(xué)生的知識面、提高了他們的動手操作能力。如圖1可以看到VMware Workstation中安裝了多種不同的操作系統(tǒng)，并且可以同時或獨立運行：

2.2 計算機系統(tǒng)維護實踐

計算機系統(tǒng)維護技術(shù)14]是計算機日常操作的一項基本技能，也是衡量一個學(xué)生對計算機操作熟練程度的重要標(biāo)志之一。試想如果到企業(yè)工作后能幫同事維護計算機，恢復(fù)操作系統(tǒng)、安裝軟件、殺毒、清理垃圾等，一定會被刮目相看，可以增強彼此間的信任感和改善人際關(guān)系，這就需要學(xué)生在校其間掌握必要的從裸機到操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件的安裝和維護能力，而這些實際動手能力顯然不是靠聽聽理論、看看書就能解決的，必須付諸實踐。然而在實際教學(xué)中，學(xué)校機房不可能提供這種“破壞力”如此強的操練機會。故必須借助虛擬機的高度仿真性和安全性來完成這一項學(xué)習(xí)操作任務(wù)，彌補以往不能動手操作的短板。

（1）CMOS設(shè)置（BIOS Setup）

CMOS設(shè)置對大部分普通電腦操作者來說不會運用，但其又是電腦維護的必備技能之一，尤其是面對一臺“裸機”時更是如此。因此，學(xué)習(xí)CMOS設(shè)置顯得非常重要，而通過Vmware workstation的虛擬機菜單項中電源子項設(shè)置（啟動時進入BIOS）就能解決實踐學(xué)習(xí)，用虛擬機啟動后模擬進入CMOS設(shè)置（BIOSSetup）的程序界面，如圖2所示，就可以對系統(tǒng)日期時間、硬件配置參數(shù)、系統(tǒng)口令及啟動順序等等方面的內(nèi)容進行設(shè)置。而且VMware虛擬機中的BIOS設(shè)置屬于比較復(fù)雜，它模擬Phoenix BIOS程序編寫，如果讓學(xué)生熟練掌握了該BIOS設(shè)置，就可以輕而易舉實現(xiàn)對于大部分的PC機和筆記本電腦BIOS進行設(shè)置了。

（2）硬盤分區(qū)、格式化

硬盤分區(qū)和格式化操作也不適合在完好的實驗室計算機上直接操作，操作不好會導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰、應(yīng)用軟件癱瘓和數(shù)據(jù)丟失，這種操作行為，在學(xué)校計算機操作課中往往會受到嚴(yán)厲的禁止，但是學(xué)生又必須要掌握這項技能，使得教學(xué)雙方處于兩難的境界。而采用虛擬技術(shù)問題就迎刃而解，目前使用的較多硬盤分區(qū)、格式化軟件為Partition-Magic（分區(qū)魔術(shù)師）或DM，我們可以從網(wǎng)上下載這些軟件的光盤鏡像文件（ISO文件），把它們保存在物理主機的硬盤中，然后將虛擬機的CD/DVD（IDE）光驅(qū)通過使用ISO映像文件方式指向這些軟件光盤鏡像文件，在虛擬機啟動后，選擇啟動進入BIOS子項，通過設(shè)置系統(tǒng)第一啟動為CD-ROM，就運行虛擬機光盤中的分區(qū)軟件對硬盤進行分區(qū)或格式化操作練習(xí)。也可以在虛擬機系統(tǒng)中直接運行分區(qū)軟件進行各類操作（如圖3所示）。虛擬機中的硬盤是由虛擬機系統(tǒng)模擬出來的，它只是保存在物理硬盤上的特殊文件，我們在虛擬機中多次執(zhí)行格式化操作、分區(qū)或發(fā)生誤操作，至多是這個文件損壞，對真正物理硬盤的其它內(nèi)容不會損壞。

2.3 計算機網(wǎng)絡(luò)組建和安全實踐

計算機組建局域網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)安全是操作性非常強的教學(xué)內(nèi)容，如果學(xué)生沒有通過系統(tǒng)訓(xùn)練和具體實踐操作根本無法掌握其要點，特別是網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)中的模擬網(wǎng)絡(luò)攻擊會對實際的計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)帶來危害，造成計算機損壞或網(wǎng)絡(luò)癱瘓。為此利用虛擬機來仿真組建網(wǎng)絡(luò)就沒有這些當(dāng)心了。以VMware為例其網(wǎng)絡(luò)設(shè)置有三種模式：在橋接模式下，虛擬機與宿主機保持在同一網(wǎng)段但IP地址不同，表現(xiàn)出虛擬機網(wǎng)絡(luò)直接連接到物理局域網(wǎng)上，這與在該局域網(wǎng)中添加其它宿主主機在效果上沒什么區(qū)別，虛擬機就象一臺物理機與其它計算機形成對等關(guān)系；在NAT模式下，宿主機相當(dāng)于一臺NAT網(wǎng)關(guān)，虛擬機借用它的IP地址和網(wǎng)絡(luò)連接，可以直接進行上網(wǎng)，虛擬機在對外訪問時，完全“冒用”宿主主機的IP地址，這樣從外部網(wǎng)絡(luò)來看，只能看到宿主主機，完全看不到虛擬機；在Host-Only（僅主機）模式下，虛擬機被隔離到一個虛擬的局域網(wǎng)中，這種方式只能進行虛擬機和宿主機之間的網(wǎng)絡(luò)通信，此局域網(wǎng)與物理局域網(wǎng)不會發(fā)生任何數(shù)據(jù)交換，即網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其它宿主機與該虛擬機系統(tǒng)不能相互訪問。在計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中，學(xué)生在虛擬機系統(tǒng)中，可通過上述不同的情景、方式進行對比實驗，從而掌握計算機網(wǎng)絡(luò)組建的基本知識，如圖4所示既直觀又方便。

3 虛擬機技術(shù)的其它應(yīng)用

3.1 軟件測試

利用虛擬機可以方便地進行各種有風(fēng)險的破壞性實驗，進行病毒干擾和軟件測試，它能避免病毒對宿主機操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的侵害，一旦虛擬機的系統(tǒng)崩潰也不會對宿主機的系統(tǒng)軟件和數(shù)據(jù)造成傷害。在軟件測試中還可以利用VMware的快照功能來保留虛擬機的狀態(tài)，以便您可以隨時恢復(fù)到該狀態(tài)，從而節(jié)省大量的啟動時間，提高工作效率。

3.2 便于攜帶的虛擬機器

由于VMWare虛擬機模擬出來的硬件是固定型號的，與宿主機的實際硬件無關(guān)。比如，在一臺機器里用VMWare安裝了linux，可以把整個虛擬機文件COPY到其它有VMWare的機器里運行，不必再安裝。同時VMware也能識別一些其它軟件的開放虛擬化格式分發(fā)程序包文件（如Virtual Box的ova文件），這樣就可以將一臺機器中生成的虛擬機文件復(fù)制到優(yōu)盤或移動硬盤，在實驗室任一臺安裝有虛擬機環(huán)境的計算機中插入該盤，就可以達到在自己的虛擬機環(huán)境中進行實驗的目的，附身攜帶的優(yōu)盤或移動硬盤就成為一臺名符其實的虛擬機器。

3.3 屏幕錄像

在計算機教學(xué)過程中，經(jīng)常需要將一些操作過程進行屏幕錄像以進行直觀教學(xué)。平時常用的是“屏幕錄像專家”等一些專業(yè)軟件，而VMware可以通過“虛擬機”菜單下“捕捉視頻”命令將虛擬機里的操作過程錄下來，并以視頻AVI格式保存，這些文件還可以作為教師多媒體教學(xué)的素材，提高多媒體教學(xué)視覺沖擊，加深學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解與掌握。

4 結(jié)語

虛擬機技術(shù)為計算機基礎(chǔ)教學(xué)帶來了極為便利的仿真實踐，利用虛擬機的可靠性、獨立性、安全性、移植性、仿真性等特點，對傳統(tǒng)計算機基礎(chǔ)教學(xué)進行了全面的改革與創(chuàng)新，尤其對于提高技校學(xué)生的計算機綜合操作能力，有著特別重要的意義。