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虚拟机助力中职计算机实践教学 刘伟论文
发布日期: 2017-06-27 浏览次数:

虚拟机助力中职计算机实践教学

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摘要:近几年,国家加大了中职教育的投入力度,许多中职学校在教学设备、教学规模和师资力量等方面都有了较大的发展。但是中职计算机的教学活动中还存在许多问题,首当其冲的就是硬件资源有限问题,其次是公共计算机的安全问题。使用虚拟机技术,在解决以上两个问题方面体现了突出的优势。本文将论述虚拟机技术助力中职计算机实践教学,在硬盘分区、格式化,操作系统安装,病毒查杀及网络组建与实训等方面更安全、稳定、灵活。

关键词:虚拟机、计算机实践教学、VMWare

  1. 引言

    计算机专业课程是实践性很强的课程,实践是连接理论与技能的最佳纽带,然而对于学校来讲,有限的计算机硬件资源和计算机专业中多门课程的实践需求的矛盾,已经阻碍了教师有效教授知识与学生高效掌握所学技能。在计算机实践教学中,诸如磁盘操作、系统安装、网络实验、软件测试以及各种危险操作,也是摆在计算机教师与机房管理人员面前的一个棘手的问题。将虚拟机技术应用于日常的计算机实践教学过程中,除了可以一机多用、一机多能,有效地解决这些问题,同时也为中职学校进行计算机教学与实训提供了良好的解决方案。本文通过对虚拟机的原理、优势和应用进行分析,让更多的中职计算机专业的教师认识、利用和推广虚拟机,从而提高学生的计算机应用操作能力,提高教学质量。

  2. 虚拟机简介

    所谓虚拟机就是虚拟计算机,简称“虚拟机”(Virtual Machine,VM)。虚拟机就是通过软件在一台计算机上模拟出来若干台可以独立运行而互不干扰的多个具有相同或不同操作系统的计算机。其特别之处在于,每一台虚拟机都与真实的计算机类似,各虚拟机之间相互独立,每一个虚拟机都有自己的BIOS、CPU、内存、硬盘、光驱、显卡、网卡等,一台虚拟机与一台真实的计算机的不同之处在于前者只是一个技术规范,这类技术规范由一系列规则构成,与具体的计算机无关,用户可以像使用普通计算机一样对它们进行分区、格式化、安装系统软件和应用软件等操作。用虚拟机模拟出多个逻辑上的计算机,运行多个操作系统,还可以将这些计算机相互连接起来形成网络,虚拟机能同时运行操作系统的数量由计算机本身硬件配置决定。在虚拟环境下,用户可以在同时运行的多台虚拟机中来回切换系统无需重启系统,就象Word 、Excel等Windows应用程序切换一样方便。虚拟机将一个物理PC划分为多个虚拟机,如图1虚拟计算机的体系结构。最常使用的虚拟机软件是VMWare和Virtual PC,其中VMWare的使用更为广泛。
     

  3. 虚拟机的优点

    虚拟机能模拟普通计算机硬件操作的特点,它应用于中职计算机实践教学具有以下的优点:

    (一)安全性

    这里的安全性有两个方面:一是虚拟机软件提供的安全保证,因为在虚拟机中,虚拟硬盘只是对应物理主机磁盘中的一个文件。用户在虚拟机操作系统里的操作只是针对该文件,物理主机的其他文件均不会受到影响;二是物理主机中可以安装还原卡,实验过程中的任何改动,通过重新启动物理主机即可还原。

    (二)稳定性

    虚拟机为了保证虚拟机系统的兼容性和稳定性,把所有的虚拟设备都虚拟成了标准的、兼容性最好的设备,比真实环境具有更好的稳定性。在真实的环境中进行实验时,通常会由于设备的故障或不稳定导致实验失败,对于实验人员来说,由于可能不知道问题出在哪里而影响到实验的效果。而用虚拟机搭建实验环境时,实验人员无需考虑网络设备及其连接问题,因为这些设备都是“虚拟”的并且已经按照要求连通。

    (三)灵活性

    在虚拟机的操作系统中,整个操作系统都是开放的,实验人员针对虚拟机及虚拟机操作系统的改动都会生效,即使需要重新启动操作系统的操作也能够进行,不受机房还原卡的限制。另外,对于部分需要长时间多次实验才能完成的项目,可以将虚拟机的相关文件复制到没有受到保护的磁盘分区中。

    (四)有效性

    因为硬件抽象层虚拟技术提供的是一个近于真实的环境,能在虚拟机上完成的实验,也能够在真实的机器上完成,所以实验质量可以得到保证,并且能够在一定程度上保证每个学生都有动手实践的机会,提高课堂教学的有效性。

  4. 虚拟机在计算机实践教学中的应用

    (一)虚拟机软件可以完成真实环境难以实现的实训

     1、硬盘分区、格式化

    在计算机系统维护课程中,硬盘分区和格式化是必须掌握的技能,而在传统的教学手段下,学生很难进行实训操作。因为此类操作带有破坏性,如果操作方法不正确或是在操作过程中断电,很可能对计算机的硬盘造成损坏,不但无法完成实训,还会给学校带来经济损失。对于此类的实训项目,如果使用虚拟机软件来进行,会非常方便安全,在进行硬盘分区、格式化项目实训时,只需要在虚拟机中添加虚拟的硬盘,设置好引导盘,然后在引导盘中加载启动盘,启动虚拟机,即可与真实的计算机一样进行分区、格式化操作了。在虚拟机中进行分区、格式化操作,不用担心会对物理计算机造成损坏,因为所有的操作只是在虚拟的计算机中进行,而虚拟机存只是放在物理硬盘上的文件。

    2、操作系统安装

    操作系统的安装是计算机教学的一个难题,教师演示和学生实训都受到很大程度的限制,传统的做法是实训室的计算机都配置有光驱,直接在物理计算机上进行操作。而频繁地安装操作系统势必对实训室计算机造成一定的损害(需要对硬盘进行分区、格式化等操作),而且整个实训室只能进行系统安装实训,不能提供其他课程的实训使用,使得实训室的利用率降低。使用虚拟机可以很好地解决系统安装的问题。使用虚拟机软件VMware Workstation,在文件菜单中选择“新建”-“虚拟机”,在虚拟机安装向导的引导下进行一步步的配置,网络连接方式选择“桥接”,创建好一台虚拟机。将Windows操作系统的安装光盘制作成一个镜像文件,在虚拟计算机的光驱中选择“使用ISO镜像”导入镜像文件,这样在虚拟计算机的光驱中就放置了一张Windows的安装光盘。启动该虚拟计算机,按下F2键进入虚拟计算机的BIOS设置成光驱引导状态,保存并退出BIOS的设置后,虚拟计算机就可以直接进行操作系统的安装。整个安装过程与真实计算机完全相同。

    3、计算机病毒查杀

    计算机网络安全的课程中,很多涉及计算机病毒查杀的演示和实训,如果在真实的计算机环境中操作,会严重破坏系统,最好的解决方法是使用虚拟机软件,对虚拟机做好快照,以便于系统崩溃时快速还原,此时在虚拟机中运行带有病毒的程序,由于虚拟机是由软件模拟的计算机,它具备真实计算机的所有功能,病毒的发作、传染等现象和真实的环境相同。这样当虚拟机接收到外面的一个文件后,若是病毒,就可以用虚拟机来观察现象,并可进行手工或用杀毒软件查杀病毒的演示和实训了。实训过程中病毒可能会给虚拟机系统造成危害:如果虚拟机系统崩溃了,我们可以恢复快照到未感染病毒状态,然后重新进行实训即可。这种用虚拟机技术“试毒”的策略很完美地解决了计算机网络安全教学中的难题。

    4、服务器灾难恢复训练

    计算机网络中大量重要的数据存储在网络服务器中,由于病毒攻击、人为破坏、自然灾害等原因,服务器有时会发生灾难性的数据丢失问题,进行服务器的维护训练非常必要。但是服务器的购置需要大量资金,一般学校不会投入如此大量的资金,使用虚拟机创建并安装服务器操作系统可以很好的模拟真实的情况。训练的内容主要包括数据备份和还原备份数据,需要备份的数据主要包括用户的一般资料、系统资料、活动目录资料以及网络服务中的共享文件夹等;当服务器工作不正常甚至系统崩溃时,首先选择使用安全模式修复系统,不能成功的话,再选择故障恢复控制台。当这两种方法都不能修复系统时,可以选择系统自动恢复。

    (二)使用虚拟软件克服设备不足的困难

    1、将虚拟机软件应用于局域网组建与管理、服务器的配置与管理

     计算机网络类课程的实训内容当中,组建对等网和客户机/服务器类型的网络等操作,一般需要两台以上的计算机共同实现。有的实训项目还可能需要几台服务器和多台客户机,如此一来学校的实训室的计算机会出现严重不足。遇到这种实训,虽然可以采用小组协作的方式完成相应的实训内容,即每位学生只完成实训项目的部分内容,整个小组合作才能完成整个实训项目。这样做虽然可以培养学生团队合作的能力,但影响了学生操作技能的培养,学生对实训内容的掌握就会不完整,有一定的片面性。为了保证学生技能的培养,教师只有将同样的实训内容分多次完成,每位学生轮换完成同一项目中的不同内容,这样会给教学进度的完成带来影响。如果实训室计算机性能相对较好并且内存大于等于1GB时,可以使用虚拟机软件在物理计算机中虚拟出多台虚拟“计算机”,虚拟计算机可以分别安装Windows Server、Windows XP或Linux等操作系统,使用桥接技术进行网络互接,加上物理计算机也可以作为客户机进行通信,如此物理计算机就完成了多台计算机的功能,每位学生可以在一台物理计算机上独立完成实训项目,很好地克服了实训设备不足的困难。

    可以进行的实验项目有本地用户和组的管理,文件系统管理中NTFS权限的设置与验证及共享文件夹,域和活动目录,DNS服务器的配置与管理,DHCP服务器的配置与管理,管理Internet信息服务。

    2、用虚拟机构建程序测试环境

     在网页设计与制作中,编写完成的程序需要在多种环境(单机环境、网络环境、不同 IE 版本、数据库环境等问题) 及多个系统(如:Windows 2000、 Windows XP、 Windows 2003、Linux等)下进行测试与运行,有了虚拟机就会变得方便有效。目前,大部分学校机房都使用Windows XP,而XP Professional 版的 IIS5.0 功能有限,无法方便有效的进行网站文件上传和发布。安装 1 台 Windows Server 2003服务器,利用其功能强大的 IIS6.0即可以在 1 台物理机上同时进行客户机与服务器的操作,将物理机作为客户机进行网页编程、上传、调试,而将虚拟机Windows Server 2003 作为服务器进行 IIS网站的有关配置与设置, 这样1 台计算机可就以完成服务器端与客户机端的各种操作,而且结果与实际完全一样。在技能大赛中就是采用虚拟机作为服务器,物理机进行网页设计与制作,具有很强的可操作性。

    3、磁盘阵列实验

     磁盘阵列需要专业的服务器或者多块专用的硬盘,而学校的机房又不可能   为了几个实验项目将每台计算机配置3个以上的硬盘,因此磁盘管理的实验内容只能由教师做验证,学生没有实践机会,影响了教学效果。使用虚拟机可以很好地解决磁盘管理的实验项目。

    启动虚拟机软件,在虚拟机软件的工作窗口中选择虚拟的计算机,执行“虚拟机-〉设置”菜单命令,打开“虚拟机配置”对话框。在该对话框中选择“硬盘”后,单击“添加”按钮,给虚拟机添加新的虚拟硬盘,并且可以根据实验的需要添加足够的硬盘,完成镜像卷、RAID-5卷的创建实验。在此实验中,如果需要对实验效果进行验证,可以在卷创建完成后,拷贝一些数据到卷中,关闭虚拟机后,再将某个硬盘删除(表示硬盘损坏),启动虚拟机,查看数据是否可用。对于镜像卷,数据是可用的;对于RAID-5卷,数据是不可用的,需要对卷进行修复操作。修复操作是再给虚拟机添加一块硬盘,启动系统后进行修复操作,修复完成后,原来的数据就可以恢复出来。

    (三)教师便于利用虚拟机进行进行演示教学

    教师在多媒体机房授课过程中,可采用教学广播软件将教师机的桌面发送到学生机,但必须是在教师机正常启动后,对于计算机安装系统的演示则无法完成。比如物理计算机上对BIOS的设置过程无法进行演示,另外计算机管理员一般情况下也不允许任课教师随意进入和修改BIOS,采用虚拟机可以很好解决这一问题;物理计算机上不允许对硬盘分区、格式化等破坏性操作,这样教师就无法为学生演示FDISK、Format等操作命令,采用虚拟机就可以为学生讲解、演示这些命令的操作过程;VMware Workstation不但是一款优秀的虚拟机软件,还是一款非常好的截图或视频录制软件,教师可以在备课时采用截图或视频录制功能制作出多媒体课件,有利于提高教学效果和教学质量。

  5.  结束语

    使用虚拟机软件一方面可以解决中职计算机实践教学中资源紧缺、实验环境无法满足实训要求的困境,另一方面能减轻实验室管理人员计算机硬件维护的负担,尤其是学生可以自备电脑使用虚拟机软件课下进行学习。通过使用虚拟机软件,我们可以在原来的“理论学习”和“实际操作”之间增设虚拟演练环节,让学生先进入虚拟环境中模拟实际操作,在此过程中学生还可以修改实验参数获得更多的实验结果,检验到某些错误设置带来的严重后果。通过反复演练就能掌握各种操作方法和技能,然后再进行实际操作就能有效地减少操作失误和损失。因此,虚拟机技术在中职计算机实践教学中发挥了巨大作用,该技术的推广和普及也会对计算机课程及其他专业课的教学产生积极的影响。

    参考文献:

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