試論虛擬機在計算機教學中的應用

目前計算機教學存在硬件、軟件和教學三方面的問題，虛擬機是解決這些問題的很好的技術途徑。虛擬機具有集成性、移植性、經(jīng)濟性和可維護性的優(yōu)點，在計算機教學中的具體應用包括操作系統(tǒng)安裝、計算機維護、網(wǎng)絡技術應用、網(wǎng)絡安全、軟件測試和課件制作。

近幾年，虛擬機逐漸被應用于許多學校的計算機教學領域，成為一種非常有效的輔助工具。筆者從自身的計算機教學實際出發(fā)，借助虛擬機解決計算機教學中的一些問題，有效地提高了計算機教學的質(zhì)量，取得良好的教學效果。

1 計算機教學的現(xiàn)狀

目前，計算機教學取得一定的成績，也存在一些問題，主要表現(xiàn)為以下幾個方面。

1.1 硬件方面

計算機是一門實踐性非常強的學科，需要給學生提供良好的實踐環(huán)境。同時，隨著科學技術的迅猛發(fā)展，計算機硬件的更新速度加快，計算機教學的開展也受到全新的挑戰(zhàn)。由于我國目前招生規(guī)模的擴大，經(jīng)費又相對投入有限，使得實驗設備和實驗場地不能及時得到擴充，教學設備的硬件建設相對欠缺和滯后，新建計算機硬件實驗室、計算機網(wǎng)絡實驗室等更是不現(xiàn)實的。但是，計算機教學中的很多實驗，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(xiàn)有的硬件配置條件有限，學生沒有親自做實驗的條件和機會，無法培養(yǎng)其動手操作能力。

1.2 軟件方面

目前的計算機教學一般是使用公共機房。公共機房只能滿足一般的實驗要求，同時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保護卡和應用系統(tǒng)策略來限制學生的某些操作。學生上機的時候，不允許他們隨意安裝軟件，更不允許進行如硬盤分區(qū)、格式化等操作。學生無法在實際的環(huán)境中操作練習，只能被動地進行一些簡單的實驗操作，實踐教學的效果較差。

1.3 教學方面

許多計算機教師的思想觀念還沒有完全轉變，在計算機教學中，重理論、輕實踐，一直采取單一的理論講授教學，非常抽象、枯燥，學生難以理解和掌握。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行教學，使得學生只有理論知識而缺乏動手實踐，無法操作實驗，對一些知識點無法掌握透徹。

綜合以上分析，可以看出目前計算機教學存在問題的關鍵是教學設備不足。如何充分利用好現(xiàn)有的教學設備，來滿足最大化的教學需求，這是一個新的挑戰(zhàn)。筆者認為利用虛擬機可以改善上述計算機教學中存在的問題，較好地達到一機多用的目的。

2 虛擬機簡介

2.1 虛擬機的概念

虛擬機（Virtual Machine，簡稱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)。虛擬機是相對于常用的物理計算機而言的，又被稱為邏輯計算機，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(tǒng)而互不干擾，使用的時候就如同打開一個應用程序一樣。

每臺虛擬機都具有自己的CPU、內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)卡、BIOS、光驅(qū)、顯卡、聲卡、USB接口等，只不過這些硬件設備都是用虛擬軟件模擬出來的。在計算機教學中，可以利用虛擬機進行開機、關機、硬盤格式化、設置BIOS等操作，這一切對主機沒有任何影響。

目前，計算機教學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技術相對比較成熟，可以虛擬更多的主流操作系統(tǒng)，功能更強大，使用起來比較容易，市場占有率比較高。

2.2 虛擬機的優(yōu)點

1）集成性。能夠在一臺PC機上運行多個虛擬機，每個虛擬機都可安裝不同的操作系統(tǒng)，而不需要對物理硬盤進行分區(qū)或重新開機，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行通信、共享文件和網(wǎng)絡資源。

2）移植性。虛擬機表現(xiàn)在物理電腦上是一個文件，不同的操作系統(tǒng)之間能夠進行互動操作。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(jié)省系統(tǒng)安裝的時間。

3）經(jīng)濟性。由于虛擬機是利用軟件來模擬完整的計算機系統(tǒng)，無需添加新的硬件設備，真正可以做到一機多用，同時又節(jié)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，在虛擬機上進行的操作不會破壞物理計算機的操作系統(tǒng)和軟件，對主機現(xiàn)有的硬盤分區(qū)和數(shù)據(jù)都不會造成任何破壞。

3 虛擬機在計算機教學中的具體應用

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性，學生可以在硬盤上建立自己的虛擬機，并進行安裝操作系統(tǒng)的練習。在虛擬機環(huán)境下可以實現(xiàn)多個操作系統(tǒng)同時運行，帶來極大的方便。

3.2 計算機維護

出于公共安全考慮，磁盤分區(qū)、格式化等危險操作，學生一般沒有機會親手實踐。在虛擬機環(huán)境下，學生可以任意進行磁盤分區(qū)、格式化、設置CMOS、設置BIOS SETUP參數(shù)等一些計算機維護操作。操作完成后，通過映象功能可以非常輕松地將操作系統(tǒng)恢復到原樣。

3.3 網(wǎng)絡技術應用

學生在學習局域網(wǎng)的組建、網(wǎng)絡配置與管理、FTP、郵件服務器等各種網(wǎng)絡服務的配置、遠程訪問和路由的設置等知識時，單憑理論講授是很難理解和掌握的。利用虛擬機，學生可以在單臺計算機上組建網(wǎng)絡環(huán)境，進行各種網(wǎng)絡配置，也可以組建虛擬局域網(wǎng)，實現(xiàn)集群試驗。若學生不能按時完成實驗，借助虛擬機的掛起功能，保留當前狀態(tài)，以便下次繼續(xù)完成。

3.4 網(wǎng)絡安全

在網(wǎng)絡環(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(tǒng)上植入病毒文件進行病毒、木馬程序的傳播與演示，以及實現(xiàn)安全防御等操作，讓學生更加直觀地了解系統(tǒng)的安全及防御技術。

3.5 軟件測試

學生在學習軟件設計、網(wǎng)頁設計等課程時，編寫的程序需要在多種環(huán)境及多種操作系統(tǒng)環(huán)境下進行測試。應用虛擬機，不需要實際安裝所有的系統(tǒng)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(xiàn)問題和解決問題。

3.6 課件制作

計算機教師在制作課件時，常常會需要多種操作系統(tǒng)中的操作。通過虛擬機軟件，可以使用Snagit、HyperSnap-DX等屏幕捕捉程序，方便地把樣圖抓取下來，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，虛擬機是計算機教學的有效工具，在計算機教學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服務，是每個計算機教師需要研究的一個新課題。

參考文獻

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