唐寬天津商務(wù)職業(yè)學(xué)院，天津300221

虛擬機技術(shù)在實踐教學(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)有計算機硬件設(shè)備配置狀況及對計算機實踐教學(xué)活動的需求，提出通過將虛擬機技術(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，加強了課堂實訓(xùn)環(huán)節(jié)，突破傳統(tǒng)教學(xué)模式，為學(xué)生提供了一個對計算機硬件無損的實驗環(huán)境，學(xué)生通過實際動手操作，增強了自身技能水平，使課程取得了不錯的教學(xué)效果。

虛擬機系統(tǒng)；威睿工作站；計算機教學(xué)；實踐教學(xué)；虛擬主機

高職院校是培養(yǎng)高素質(zhì)技能型人才的搖籃，當(dāng)前國家正向著信息化、工業(yè)化、現(xiàn)代化大國迅速發(fā)展。因此，對技能型人才的需求不斷提升，高職院校適應(yīng)國家發(fā)展需要，把學(xué)生培養(yǎng)成為適合國家發(fā)展的有用之才，培養(yǎng)動手能力強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。但由于部分計算機課程的特殊性，受到實驗環(huán)境和實驗設(shè)備的局限，知識的掌握只能停留在書本上而忽略了動手實踐的環(huán)節(jié)，加之部分實驗可能會對原有物理計算機的操作系統(tǒng)造成損壞，傳統(tǒng)的實驗?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)，對能夠?qū)嶋H動手操作的實踐環(huán)節(jié)存在較大的需求。

為了確保實踐教學(xué)的質(zhì)量，構(gòu)造一個良好的教學(xué)實踐環(huán)境，將虛擬機系統(tǒng)引入教學(xué)實踐環(huán)節(jié)迫在眉睫，利用虛擬機系統(tǒng)構(gòu)建的虛擬實驗環(huán)境，可以在院校公共機房開展一系列具有開放性、拓展性的實驗，而不會對現(xiàn)有的實驗環(huán)境造成影響，不僅為計算機課程的教育實踐環(huán)節(jié)提供了良好的實驗環(huán)境，增強了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)造性。同時也提高了公共教學(xué)計算機教室的利用率，節(jié)約了相關(guān)實驗室建設(shè)經(jīng)費。

一、虛擬機技術(shù)簡述

1.虛擬機系統(tǒng)

虛擬機系統(tǒng)是指在物理計算機操作系統(tǒng)上建立的虛擬計算機平臺，將該物理計算機稱為宿主機，通過虛擬機系統(tǒng)可以在宿主機上模擬出若干個虛擬的硬件環(huán)境，稱為虛擬主機，通過虛擬主機安裝操作系統(tǒng)建立的虛擬機操作系統(tǒng)，與真實安裝在物理計算機上的操作系統(tǒng)能實現(xiàn)幾乎相同的功能，它們使用獨立的虛擬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。同時虛擬主機支持共享宿主機的物理硬件，如光盤驅(qū)動器、軟盤驅(qū)動器、USB接口等。使用者可在在虛擬主機上進行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對宿主機操作系統(tǒng)造成任何影響。

2.威睿工作站簡介

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

二、虛擬機技術(shù)的特點

1.虛擬機技術(shù)可在物理計算機的操作系統(tǒng)上虛擬出多臺虛擬計算機，每臺虛擬機計算機相對獨立，可安裝不同的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。

2.多個虛擬計算機可同時運行，各虛擬計算機間、虛擬計算機和物理計算機之間可以進行軟、硬件資源共享。

3.每個虛擬計算機的虛擬硬件都是標(biāo)準(zhǔn)化的，可有效解決硬件兼容性問題。同時能夠在物理主機的操作系統(tǒng)上虛擬出相同的虛擬硬件，通過簡單的復(fù)制可以實現(xiàn)在各個虛擬主機操作系統(tǒng)共享，不存在硬件間的差別，當(dāng)其中某一個虛擬主機損壞時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或多個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文件可以實現(xiàn)對虛擬主機系統(tǒng)的快速備份和恢復(fù)。

5.虛擬主機和宿主機的操作系統(tǒng)相對隔離，對虛擬主機上的虛擬磁盤進行磁盤分區(qū)、格式化等操作不會對宿主機操作系統(tǒng)造成任何影響。

6.虛擬機系統(tǒng)對于虛擬硬件的擴展性很強，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，虛擬機系統(tǒng)還可實現(xiàn)各個虛擬主機間或虛擬主機與物理主機間的文件拖拽、文件復(fù)制、粘貼和移動等功能。

8.虛擬機系統(tǒng)具有強大的屏幕捕獲和屏幕視頻記錄功能。

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

10.在虛擬機系統(tǒng)上的每一臺虛擬主機都具有相對獨立的網(wǎng)絡(luò)適配器，支持配置獨立的IP地址，各個虛擬主機間支持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.虛擬機系統(tǒng)主界面上為每臺虛擬主機提供了的虛擬開關(guān)，包括：電源開關(guān)、復(fù)位啟動及虛擬機特有的暫停按鈕。

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

1.在開展計算機維護類課程的實踐教學(xué)過程中，所用的計算機教室往往是開設(shè)各類計算機相關(guān)課程的公用計算機教室，軟件被統(tǒng)一安裝，并由專人負(fù)責(zé)維護。學(xué)生在上課的過程中人手一機，由于公共計算機教室考慮到某些操作可能會改變計算機操作系統(tǒng)的原有配置，甚至導(dǎo)致操作系統(tǒng)徹底癱瘓，計算機無法正常工作，計算機教室內(nèi)的計算機一般都配備了磁盤保護卡等硬件保護裝置，致使學(xué)生不能隨意安裝軟件，更不能實現(xiàn)對硬盤的分區(qū)、格式化、安裝操作系統(tǒng)以及BIOS設(shè)置等操作，教師上課時也很難通過廣播教學(xué)軟件完成對這些操作的演示。通過部署虛擬機系統(tǒng)的方式可以在虛擬主機上完成某些對主機及主機操作系統(tǒng)存在風(fēng)險的操作，從而使教師演示和學(xué)生實踐環(huán)節(jié)能夠很好的完成。

2.公共計算機教室一般安裝有磁盤保護卡等硬件保護裝置，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)課程的實驗過程中，需要對某些系統(tǒng)策略進行更改、設(shè)置。當(dāng)完成這些設(shè)置或更改操作后，系統(tǒng)會提示重新啟動計算機。由于物理主機安裝了磁盤保護卡，主機重啟后，之前的操作將被還原到初始狀態(tài)，配置信息無法生效。通過部署虛擬機系統(tǒng)，可以有效地解決上述問題，虛擬機平臺下的虛擬主機在重新啟動后仍能保存之前的配置信息，保證了實驗的有效性和連續(xù)性。同時虛擬機系統(tǒng)還可以模擬諸如：交換機、網(wǎng)卡等多種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，以滿足各種網(wǎng)絡(luò)實驗的需要。通過虛擬機平臺還能實現(xiàn)在一臺物理主機上組建基于域的局域網(wǎng)、基于工作組的對等網(wǎng)等虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，在此基礎(chǔ)上可以進行搭建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)器等實驗操作。還可通過刪除虛擬機的虛擬磁盤實現(xiàn)組建虛擬無盤工作站網(wǎng)絡(luò)。在實驗中，通過將一臺虛擬主機配置為服務(wù)器，部分虛擬機主機配置為工作站，在同一臺物理主機上就能夠?qū)崿F(xiàn)跨平臺的服務(wù)器配置實驗，加強了學(xué)生對服務(wù)器、工作站、客戶端工作模式的理解，使得整個實驗變得更加直觀。

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

4.在操作系統(tǒng)課程相關(guān)實踐教學(xué)中，公共計算機教室一般只安裝Windows操作系統(tǒng)，而根據(jù)課程要求，學(xué)生需掌握對諸如：Unix、Linux等操作系統(tǒng)的安裝和配置。通過虛擬機技術(shù)可以在虛擬機平臺上模擬出若干臺能夠滿足安裝各種不同操做系統(tǒng)的虛擬主機，在虛擬主機上安裝操作系統(tǒng)的過程相對于物理主機的操作系統(tǒng)相對獨立，因而在教師授課的過程中，可將虛擬主機安裝操作系統(tǒng)的過程置于后臺運行，而不會影響教師繼續(xù)授課。

5.針對于網(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。由于虛擬機系統(tǒng)的各個虛擬主機與物理主機間具有相對隔離的特性，因此在實驗中可向虛擬主機操作系統(tǒng)中植入病毒文件，進行系統(tǒng)攻擊與安全防御等實驗，而不會對物理主機操作系統(tǒng)造成影響，因而使學(xué)生能夠得到更加直觀的操作體驗。

6.某些計算機課程由于條件限制需要在多媒體教室通過投影機等設(shè)備進行講授，且一些操作無法現(xiàn)場演示，導(dǎo)致教師很難通過簡單的語言表達(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。利用虛擬機技術(shù)，教師可提前通過虛擬機平臺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，在授課時展示給學(xué)生。

7.對于計算機教室的管理技術(shù)人員而言，在計算機教室的物理主機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。而每次布署整個計算機教室都需要較大的人力和較長的時間，如果在布署過程中沒有注意到存在的兼容性問題，將會導(dǎo)致此次布署徹底失敗，甚至影響該計算機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平臺上模擬出各版本操作系統(tǒng)及軟件環(huán)境進行反復(fù)測試，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。

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

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

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

［3］張曉紅.虛擬機在《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，2013，（2）：109－113.

［4］王太成，蔡勇.利用虛擬機技術(shù)完成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)實驗［J］.計算機技術(shù)與發(fā)展，2009，（4）：246－249，253.

［5］張文東，張艷燕.利用虛擬機技術(shù)構(gòu)建計算機實踐課教學(xué)實驗平臺［J］.計算機教育，2009，（18）：134－135.

［6］劉真.虛擬機技術(shù)的復(fù)興［J］.計算機工程與科學(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)院助理實驗師。研究方向：教育信息化。