虛擬機(jī)技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用研究

唐寬天津商務(wù)職業(yè)學(xué)院，天津300221

虛擬機(jī)技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用研究

唐寬
天津商務(wù)職業(yè)學(xué)院，天津300221

根據(jù)高職院校現(xiàn)有計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備配置狀況及對(duì)計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)的需求，提出通過將虛擬機(jī)技術(shù)引入部分課程的教學(xué)，使其作為一種新的輔助教學(xué)手段，加強(qiáng)了課堂實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，突破傳統(tǒng)教學(xué)模式，為學(xué)生提供了一個(gè)對(duì)計(jì)算機(jī)硬件無損的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生通過實(shí)際動(dòng)手操作，增強(qiáng)了自身技能水平，使課程取得了不錯(cuò)的教學(xué)效果。

虛擬機(jī)系統(tǒng)；威睿工作站；計(jì)算機(jī)教學(xué)；實(shí)踐教學(xué)；虛擬主機(jī)

高職院校是培養(yǎng)高素質(zhì)技能型人才的搖籃，當(dāng)前國(guó)家正向著信息化、工業(yè)化、現(xiàn)代化大國(guó)迅速發(fā)展。因此，對(duì)技能型人才的需求不斷提升，高職院校適應(yīng)國(guó)家發(fā)展需要，把學(xué)生培養(yǎng)成為適合國(guó)家發(fā)展的有用之才，培養(yǎng)動(dòng)手能力強(qiáng)的技能型緊缺人才是職業(yè)教育當(dāng)前所面臨的緊迫任務(wù)和根本使命。但由于部分計(jì)算機(jī)課程的特殊性，受到實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的局限，知識(shí)的掌握只能停留在書本上而忽略了動(dòng)手實(shí)踐的環(huán)節(jié)，加之部分實(shí)驗(yàn)可能會(huì)對(duì)原有物理計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)造成損壞，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ綗o法完成，導(dǎo)致很難達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。另外目前學(xué)生就業(yè)壓力大，學(xué)生迫切希望提高自身技能水平，為就業(yè)奠定良好的基礎(chǔ)，對(duì)能夠?qū)嶋H動(dòng)手操作的實(shí)踐環(huán)節(jié)存在較大的需求。

為了確保實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量，構(gòu)造一個(gè)良好的教學(xué)實(shí)踐環(huán)境，將虛擬機(jī)系統(tǒng)引入教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)迫在眉睫，利用虛擬機(jī)系統(tǒng)構(gòu)建的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，可以在院校公共機(jī)房開展一系列具有開放性、拓展性的實(shí)驗(yàn)，而不會(huì)對(duì)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)環(huán)境造成影響，不僅為計(jì)算機(jī)課程的教育實(shí)踐環(huán)節(jié)提供了良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，增強(qiáng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)造性。同時(shí)也提高了公共教學(xué)計(jì)算機(jī)教室的利用率，節(jié)約了相關(guān)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)經(jīng)費(fèi)。

一、虛擬機(jī)技術(shù)簡(jiǎn)述

1.虛擬機(jī)系統(tǒng)

虛擬機(jī)系統(tǒng)是指在物理計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)上建立的虛擬計(jì)算機(jī)平臺(tái)，將該物理計(jì)算機(jī)稱為宿主機(jī)，通過虛擬機(jī)系統(tǒng)可以在宿主機(jī)上模擬出若干個(gè)虛擬的硬件環(huán)境，稱為虛擬主機(jī)，通過虛擬主機(jī)安裝操作系統(tǒng)建立的虛擬機(jī)操作系統(tǒng)，與真實(shí)安裝在物理計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)幾乎相同的功能，它們使用獨(dú)立的虛擬CPU、虛擬硬盤、虛擬內(nèi)存等虛擬硬件，這些虛擬硬件可兼容絕大部分操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序。同時(shí)虛擬主機(jī)支持共享宿主機(jī)的物理硬件，如光盤驅(qū)動(dòng)器、軟盤驅(qū)動(dòng)器、USB接口等。使用者可在在虛擬主機(jī)上進(jìn)行BIOS設(shè)置、磁盤分區(qū)、磁盤格式化、安裝操作系統(tǒng)、安裝應(yīng)用程序等操作而不會(huì)對(duì)宿主機(jī)操作系統(tǒng)造成任何影響。

2.威睿工作站簡(jiǎn)介

威睿工作站，英文名稱VMware Workstation，它是一款具有超強(qiáng)功能的桌面虛擬計(jì)算機(jī)軟件，使用戶能夠在單一桌面上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)不同的操作系統(tǒng)，進(jìn)行測(cè)試 、開發(fā)及對(duì)新應(yīng)用的部署。威睿工作站可在一臺(tái)物理計(jì)算機(jī)上模擬完整的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，其擁有的先進(jìn)技和與靈活性與其他的虛擬計(jì)算機(jī)軟件相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)威睿工作站也成為了系統(tǒng)管理員和開發(fā)者實(shí)現(xiàn)建立實(shí)時(shí)快照，拖曳共享文件夾，建立虛擬網(wǎng)絡(luò)等功能的必備工具。

二、虛擬機(jī)技術(shù)的特點(diǎn)

1.虛擬機(jī)技術(shù)可在物理計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)上虛擬出多臺(tái)虛擬計(jì)算機(jī)，每臺(tái)虛擬機(jī)計(jì)算機(jī)相對(duì)獨(dú)立，可安裝不同的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。

2.多個(gè)虛擬計(jì)算機(jī)可同時(shí)運(yùn)行，各虛擬計(jì)算機(jī)間、虛擬計(jì)算機(jī)和物理計(jì)算機(jī)之間可以進(jìn)行軟、硬件資源共享。

3.每個(gè)虛擬計(jì)算機(jī)的虛擬硬件都是標(biāo)準(zhǔn)化的，可有效解決硬件兼容性問題。同時(shí)能夠在物理主機(jī)的操作系統(tǒng)上虛擬出相同的虛擬硬件，通過簡(jiǎn)單的復(fù)制可以實(shí)現(xiàn)在各個(gè)虛擬主機(jī)操作系統(tǒng)共享，不存在硬件間的差別，當(dāng)其中某一個(gè)虛擬主機(jī)損壞時(shí)可以很快的得到恢復(fù)。

4.虛擬硬件中的虛擬磁盤是由一個(gè)或多個(gè)物理磁盤中的文件構(gòu)成，通過備份物理磁盤中的虛擬主機(jī)文件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬主機(jī)系統(tǒng)的快速備份和恢復(fù)。

5.虛擬主機(jī)和宿主機(jī)的操作系統(tǒng)相對(duì)隔離，對(duì)虛擬主機(jī)上的虛擬磁盤進(jìn)行磁盤分區(qū)、格式化等操作不會(huì)對(duì)宿主機(jī)操作系統(tǒng)造成任何影響。

6.虛擬機(jī)系統(tǒng)對(duì)于虛擬硬件的擴(kuò)展性很強(qiáng)，可以按照需要添加或刪除部分虛擬硬件，而無需在虛擬主機(jī)上重新安裝操作系統(tǒng)。

7.通過安裝威睿工具箱等插件，虛擬機(jī)系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)各個(gè)虛擬主機(jī)間或虛擬主機(jī)與物理主機(jī)間的文件拖拽、文件復(fù)制、粘貼和移動(dòng)等功能。

8.虛擬機(jī)系統(tǒng)具有強(qiáng)大的屏幕捕獲和屏幕視頻記錄功能。

9.每臺(tái)虛擬主機(jī)都有獨(dú)立的基本輸入輸出系統(tǒng)（BIOS），通過對(duì)BIOS參數(shù)的設(shè)置能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬機(jī)系統(tǒng)下各虛擬主機(jī)硬件的差異化配置。

10.在虛擬機(jī)系統(tǒng)上的每一臺(tái)虛擬主機(jī)都具有相對(duì)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)適配器，支持配置獨(dú)立的IP地址，各個(gè)虛擬主機(jī)間支持TCP/IP等協(xié)議、Microsoft網(wǎng)絡(luò)虛擬網(wǎng)絡(luò)、Novell Netware以及Samba文件共享等。

11.虛擬機(jī)系統(tǒng)主界面上為每臺(tái)虛擬主機(jī)提供了的虛擬開關(guān)，包括：電源開關(guān)、復(fù)位啟動(dòng)及虛擬機(jī)特有的暫停按鈕。

三、虛擬機(jī)技術(shù)在高職院校實(shí)踐教學(xué)中的具體應(yīng)用

1.在開展計(jì)算機(jī)維護(hù)類課程的實(shí)踐教學(xué)過程中，所用的計(jì)算機(jī)教室往往是開設(shè)各類計(jì)算機(jī)相關(guān)課程的公用計(jì)算機(jī)教室，軟件被統(tǒng)一安裝，并由專人負(fù)責(zé)維護(hù)。學(xué)生在上課的過程中人手一機(jī)，由于公共計(jì)算機(jī)教室考慮到某些操作可能會(huì)改變計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的原有配置，甚至導(dǎo)致操作系統(tǒng)徹底癱瘓，計(jì)算機(jī)無法正常工作，計(jì)算機(jī)教室內(nèi)的計(jì)算機(jī)一般都配備了磁盤保護(hù)卡等硬件保護(hù)裝置，致使學(xué)生不能隨意安裝軟件，更不能實(shí)現(xiàn)對(duì)硬盤的分區(qū)、格式化、安裝操作系統(tǒng)以及BIOS設(shè)置等操作，教師上課時(shí)也很難通過廣播教學(xué)軟件完成對(duì)這些操作的演示。通過部署虛擬機(jī)系統(tǒng)的方式可以在虛擬主機(jī)上完成某些對(duì)主機(jī)及主機(jī)操作系統(tǒng)存在風(fēng)險(xiǎn)的操作，從而使教師演示和學(xué)生實(shí)踐環(huán)節(jié)能夠很好的完成。

2.公共計(jì)算機(jī)教室一般安裝有磁盤保護(hù)卡等硬件保護(hù)裝置，并且為了滿足一般課程需要只安裝必要的操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件以為了防止系統(tǒng)遭受破壞。在網(wǎng)絡(luò)專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)過程中，需要對(duì)某些系統(tǒng)策略進(jìn)行更改、設(shè)置。當(dāng)完成這些設(shè)置或更改操作后，系統(tǒng)會(huì)提示重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)。由于物理主機(jī)安裝了磁盤保護(hù)卡，主機(jī)重啟后，之前的操作將被還原到初始狀態(tài)，配置信息無法生效。通過部署虛擬機(jī)系統(tǒng)，可以有效地解決上述問題，虛擬機(jī)平臺(tái)下的虛擬主機(jī)在重新啟動(dòng)后仍能保存之前的配置信息，保證了實(shí)驗(yàn)的有效性和連續(xù)性。同時(shí)虛擬機(jī)系統(tǒng)還可以模擬諸如：交換機(jī)、網(wǎng)卡等多種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，以滿足各種網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)的需要。通過虛擬機(jī)平臺(tái)還能實(shí)現(xiàn)在一臺(tái)物理主機(jī)上組建基于域的局域網(wǎng)、基于工作組的對(duì)等網(wǎng)等虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)行搭建FTP服務(wù)器、DHCP服務(wù)器、郵件服務(wù)器、流媒體服務(wù)器、Web服務(wù)器、DNS服務(wù)器等實(shí)驗(yàn)操作。還可通過刪除虛擬機(jī)的虛擬磁盤實(shí)現(xiàn)組建虛擬無盤工作站網(wǎng)絡(luò)。在實(shí)驗(yàn)中，通過將一臺(tái)虛擬主機(jī)配置為服務(wù)器，部分虛擬機(jī)主機(jī)配置為工作站，在同一臺(tái)物理主機(jī)上就能夠?qū)崿F(xiàn)跨平臺(tái)的服務(wù)器配置實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)服務(wù)器、工作站、客戶端工作模式的理解，使得整個(gè)實(shí)驗(yàn)變得更加直觀。

3.軟件開發(fā)測(cè)試、移動(dòng)互聯(lián)等專業(yè)課程，在編寫各種程序的過程中，需要在單機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、跨瀏覽器、跨操作系統(tǒng)等環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試，一般教學(xué)用計(jì)算機(jī)教室無法滿足上述所有環(huán)境，通過虛擬機(jī)技術(shù)，能夠在同一臺(tái)物理主機(jī)上通過虛擬機(jī)平臺(tái)布署上述環(huán)境。

4.在操作系統(tǒng)課程相關(guān)實(shí)踐教學(xué)中，公共計(jì)算機(jī)教室一般只安裝Windows操作系統(tǒng)，而根據(jù)課程要求，學(xué)生需掌握對(duì)諸如：Unix、Linux等操作系統(tǒng)的安裝和配置。通過虛擬機(jī)技術(shù)可以在虛擬機(jī)平臺(tái)上模擬出若干臺(tái)能夠滿足安裝各種不同操做系統(tǒng)的虛擬主機(jī)，在虛擬主機(jī)上安裝操作系統(tǒng)的過程相對(duì)于物理主機(jī)的操作系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，因而在教師授課的過程中，可將虛擬主機(jī)安裝操作系統(tǒng)的過程置于后臺(tái)運(yùn)行，而不會(huì)影響教師繼續(xù)授課。

5.針對(duì)于網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)課程，傳統(tǒng)的教學(xué)模在介紹網(wǎng)絡(luò)病毒的破壞方式及傳播途徑只能停留在書本上，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中很難得到直觀體驗(yàn)。由于虛擬機(jī)系統(tǒng)的各個(gè)虛擬主機(jī)與物理主機(jī)間具有相對(duì)隔離的特性，因此在實(shí)驗(yàn)中可向虛擬主機(jī)操作系統(tǒng)中植入病毒文件，進(jìn)行系統(tǒng)攻擊與安全防御等實(shí)驗(yàn)，而不會(huì)對(duì)物理主機(jī)操作系統(tǒng)造成影響，因而使學(xué)生能夠得到更加直觀的操作體驗(yàn)。

6.某些計(jì)算機(jī)課程由于條件限制需要在多媒體教室通過投影機(jī)等設(shè)備進(jìn)行講授，且一些操作無法現(xiàn)場(chǎng)演示，導(dǎo)致教師很難通過簡(jiǎn)單的語言表達(dá)和文字性課件將一些操作環(huán)節(jié)清晰的傳授給學(xué)生。利用虛擬機(jī)技術(shù)，教師可提前通過虛擬機(jī)平臺(tái)的視頻捕獲和屏幕截取功能將操作過程記錄下來，并制作在相關(guān)課件中，在授課時(shí)展示給學(xué)生。

7.對(duì)于計(jì)算機(jī)教室的管理技術(shù)人員而言，在計(jì)算機(jī)教室的物理主機(jī)上安裝某些專用教學(xué)軟件存在系統(tǒng)兼容性問題，不同的操作系統(tǒng)與專用軟件之間甚至同一操作系統(tǒng)的不同版本與專用軟件間都有可能存在兼容性風(fēng)險(xiǎn)。而每次布署整個(gè)計(jì)算機(jī)教室都需要較大的人力和較長(zhǎng)的時(shí)間，如果在布署過程中沒有注意到存在的兼容性問題，將會(huì)導(dǎo)致此次布署徹底失敗，甚至影響該計(jì)算機(jī)教室在其他課程中的使用。為了提前發(fā)現(xiàn)并避免因系統(tǒng)兼容性問題造成的系統(tǒng)布署失敗，技術(shù)人員可提前在虛擬機(jī)平臺(tái)上模擬出各版本操作系統(tǒng)及軟件環(huán)境進(jìn)行反復(fù)測(cè)試，提前發(fā)現(xiàn)兼容性問題并解決，從而有效的避免此類事件的發(fā)生。

虛擬機(jī)技術(shù)是提高高職學(xué)院計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)水平的一種有效方式，它不僅能夠很好的模擬出真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，使學(xué)生得到更多的實(shí)踐操作機(jī)會(huì)，獲得真實(shí)的實(shí)驗(yàn)效果，增強(qiáng)其實(shí)踐技能，而且還提高了實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用效率，同時(shí)降低了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的損壞率和實(shí)驗(yàn)成本。在無需添加硬件設(shè)備投入前提下，滿足了部分課程實(shí)驗(yàn)的擴(kuò)展性需求。將虛擬機(jī)技術(shù)應(yīng)用于高職學(xué)院計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)中，具有實(shí)用性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)。因而，在計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)中推廣虛擬機(jī)技術(shù)具有非常重要意義。

［1］方鵬.高職計(jì)算機(jī)教學(xué)中虛擬機(jī)技術(shù)應(yīng)用探究［J］.湖北成人教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，（5）：70－71.

［2］羅茹娟.虛擬機(jī)技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)課程教學(xué)中的應(yīng)用［J］.中國(guó)新通信，2013，（12）：63.

［3］張曉紅.虛擬機(jī)在《網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)管理》教學(xué)中的應(yīng)用［J］.廣東廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，（2）：109－113.

［4］王太成，蔡勇.利用虛擬機(jī)技術(shù)完成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)［J］.計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2009，（4）：246－249，253.

［5］張文東，張艷燕.利用虛擬機(jī)技術(shù)構(gòu)建計(jì)算機(jī)實(shí)踐課教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)［J］.計(jì)算機(jī)教育，2009，（18）：134－135.

［6］劉真.虛擬機(jī)技術(shù)的復(fù)興［J］.計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2008，（2）：105－109.

責(zé)任編輯：陳 卓 陳 巖

Application of Virtual Machine Technology in Practical Teaching at Vocational Colleges

TANG Kuan
（Tianjin College of Commerce，Tianjin 300221）

Based on the current situation of hardware and requirements for computer practical teaching in vocational colleges，the author puts forward that making virtual machine technology as a new auxiliary teaching method through introducing it into certain courses will strengthen class practice，break the traditional teaching method and offer students an experimental environment without damaging hardware.Students，by actual operation，have enhanced their own technical level，achieving good learning effects.

virtual machine system；VMware Workstation；computer teaching；practical teaching；virtual host

G434

A

2095－5537（2014）04－00065－03

2014-04-30

唐寬（1982—），男，漢族，天津市人，天津商務(wù)職業(yè)學(xué)院助理實(shí)驗(yàn)師。研究方向：教育信息化。