【摘要】隨著虛擬機(jī)技術(shù)日益成熟，利用VMware虛擬機(jī)軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)教學(xué)，不僅簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)室的管理和維護(hù)，還方便老師的教學(xué)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)，取得良好的教學(xué)效果。本文以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)為例，研究如何利用虛擬機(jī)解決原有的教學(xué)過程中遇到的教學(xué)困難，提高計(jì)算機(jī)教學(xué)的教學(xué)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】虛擬技術(shù);計(jì)算機(jī)教學(xué);服務(wù)器;網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

一、引言

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)具有理論知識(shí)和實(shí)踐操作緊密結(jié)合，要求師生互動(dòng)高，實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求高，變化比較大特點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)教學(xué)中，學(xué)校的機(jī)房為了管理維護(hù)和使用上的方便，一般都是裝好固定的操作系統(tǒng)和相應(yīng)軟件后再裝上還原卡，這種環(huán)境不太適合計(jì)算機(jī)教學(xué)工作的開展。比如在進(jìn)行操作系統(tǒng)教學(xué)中，一般要求安裝網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，如Windows2003、Linux等，有些實(shí)驗(yàn)是C/S模式，同時(shí)要有兩臺(tái)主機(jī)，現(xiàn)有的機(jī)房條件無法實(shí)現(xiàn)這種實(shí)驗(yàn)環(huán)境。又如，計(jì)算機(jī)硬件方面的教學(xué)中，當(dāng)講到硬盤的分區(qū)和格式化時(shí)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)經(jīng)常會(huì)把硬盤損壞，系統(tǒng)崩潰，教學(xué)和實(shí)驗(yàn)工作很難推進(jìn)，老師只能用PPT幻燈片或單機(jī)演示，學(xué)生無法動(dòng)手實(shí)踐，在很大程度上影響到教學(xué)效果，虛擬機(jī)軟件的出現(xiàn)非常好地解決了這一問題。

二、虛擬機(jī)原理

虛擬機(jī)實(shí)際上就是一種軟件， 這種軟件能夠運(yùn)用系統(tǒng)虛擬化技術(shù)，通過軟件模擬來實(shí)現(xiàn)具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運(yùn)行在一個(gè)完全隔離環(huán)境中的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，這種虛擬計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以是同構(gòu)或異構(gòu)的虛擬計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有獨(dú)立的CPU、內(nèi)存、硬盤，甚至還擁有獨(dú)立的BIOS。通過虛擬機(jī)軟件，你可以模擬出一臺(tái)或多臺(tái)虛擬的計(jì)算機(jī)，這些虛擬機(jī)完全就像真正的計(jì)算機(jī)那樣進(jìn)行工作，如安裝操作系統(tǒng)、安裝應(yīng)用程序、訪問網(wǎng)絡(luò)資源等等。對(duì)于用戶而言，它只是運(yùn)行在你物理計(jì)算機(jī)上的一個(gè)應(yīng)用程序，但是對(duì)于在虛擬機(jī)中運(yùn)行的應(yīng)用程序而言，它就像是在真正的計(jì)算機(jī)中進(jìn)行工作。通過虛擬出來的各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，虛擬機(jī)能完成與主機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)通訊，多個(gè)虛擬機(jī)還可以和物理主機(jī)組成標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)。目前流行的虛擬機(jī)軟件有VMware和Virtual PC，它們都能在Windows系統(tǒng)上虛擬出多個(gè)計(jì)算機(jī)，用于安裝Linux、OS/2、FreeBSD等其他操作系統(tǒng)。微軟在2003年2月份收購(gòu)Connectix后，很快發(fā)布了Microsoft Virtual PC 2004。相比而言，VMware無論是在多操作系統(tǒng)的支持上，還是在執(zhí)行效率上，都比Virtual PC 2004明顯高出一籌。

三、虛擬機(jī)構(gòu)建

我們以VMware為例，虛擬機(jī)構(gòu)建有兩種方式，一種是準(zhǔn)備好一到二臺(tái)性能很好的服務(wù)器，裸機(jī)安裝VMware，再用一臺(tái)服務(wù)器安裝Vcenter，構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的虛擬機(jī)系統(tǒng)，然后在服務(wù)器上安裝虛擬機(jī)（比如Windows98、Windows2003、Windows XP、Linux等），對(duì)虛擬機(jī)進(jìn)行復(fù)制，就構(gòu)成學(xué)生使用的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，這種方式搭建的虛擬機(jī)平臺(tái)效率高，但是不太適合于網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室室環(huán)境，一般用于企事業(yè)單位的網(wǎng)絡(luò)中心這樣的環(huán)境中。第二種方式，利用VMware workstation軟件來構(gòu)建實(shí)驗(yàn)環(huán)境，利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的操作系統(tǒng)，在操作系統(tǒng)上安裝VMware workstation，啟動(dòng)VMware workstation后可按照提示來創(chuàng)建虛擬機(jī)， 在虛擬機(jī)中安裝需要的操作系統(tǒng)，比如Windows XP、Windows Server 2003或者Linux系統(tǒng)等，然后利用還原卡或者還原軟件等，對(duì)這臺(tái)機(jī)器做克隆，將實(shí)驗(yàn)室所有的機(jī)器安全好虛擬機(jī)，構(gòu)建好一個(gè)統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。這種方式比較適合于在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下構(gòu)建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，方便高效。在用這種方式構(gòu)建實(shí)驗(yàn)環(huán)境時(shí)，我們要注意以下幾個(gè)問題：（1）虛擬機(jī)磁盤空間的問題，在創(chuàng)建虛擬機(jī)時(shí)， 磁盤默認(rèn)的40GB，我們是單機(jī)環(huán)境，硬盤空間不是太大，最好將磁盤空間設(shè)為10GB比較好。（2）網(wǎng)絡(luò)配置模式，最常用的就是橋接和NAT模式。一般用戶會(huì)選擇NAT模式，這種方式下不需要做任何設(shè)置，但是這種模式不太適合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課的要求，建議選擇橋接模式， 這種方式下虛擬機(jī)系統(tǒng)直接連入物理網(wǎng)絡(luò)，與主機(jī)和其它虛擬機(jī)共同組成局域網(wǎng)，就像配置一臺(tái)機(jī)器一樣， 我們可以給虛擬機(jī)配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，例如IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)和DNS等，如果想和主機(jī)互通，注意IP地址要和主機(jī)系統(tǒng)保持在同一網(wǎng)段，以便實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的訪問。（3）對(duì)虛擬機(jī)使用的硬件設(shè)備進(jìn)行定制?，F(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)內(nèi)存一般在4G左右，我們可以將內(nèi)存的一半分配給虛擬機(jī)使用，處理器的數(shù)量可根據(jù)主機(jī)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，不能超出主機(jī)所支持的規(guī)格。光驅(qū)和U盤等設(shè)備，可通過VMware workstation軟件設(shè)備，在物理機(jī)和虛擬機(jī)這間切換使用。

四、虛擬機(jī)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的應(yīng)用

目前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備資源緊缺、教學(xué)環(huán)境不夠完善，很難滿足計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中多機(jī)器、多操作系統(tǒng)、主客戶機(jī)系統(tǒng)等方面的要求，但是，網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室中引入虛擬機(jī)系統(tǒng)后，很好地解決了這些問題，虛擬機(jī)技術(shù)的使用確實(shí)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)課程的教學(xué)中發(fā)揮了很大作用，實(shí)踐證明虛擬機(jī)技術(shù)還可以應(yīng)用到計(jì)算機(jī)專業(yè)其它課程的教學(xué)中。現(xiàn)將虛擬機(jī)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的應(yīng)用略舉一二：第一，關(guān)于多操作系統(tǒng)的安裝和演示，在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中除了使用Windows操作系統(tǒng)外，還要使用Linux操作系統(tǒng)，如果裝的是雙系統(tǒng)，要想切換另外一個(gè)系統(tǒng)就必須重啟關(guān)掉原來的系統(tǒng)，才能進(jìn)入另外一個(gè)系統(tǒng)，在課堂上這樣做，會(huì)耽誤很多教學(xué)時(shí)間，還會(huì)中斷教學(xué)，造成學(xué)生注意力分散，課堂秩序混亂等情況，影響教學(xué)效果。使用虛擬機(jī)技術(shù)，我們同種啟動(dòng)兩種操作系統(tǒng)的虛擬機(jī)，可以自由地在兩種操作系統(tǒng)間自由切換，比較兩種操作系統(tǒng)的差異，學(xué)生實(shí)驗(yàn)只需要在一臺(tái)機(jī)器上就能輕松做完實(shí)驗(yàn)。第二，我們?cè)谧龃疟P管理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，虛擬機(jī)就發(fā)揮了很大作用。實(shí)驗(yàn)室的主機(jī)一般都是臺(tái)式機(jī)，不會(huì)使用服務(wù)器，實(shí)驗(yàn)機(jī)一般只有一個(gè)硬盤，無法做磁盤管理系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，所以很多老師在講這一部分內(nèi)容時(shí)，基本上是用PPT講解，實(shí)驗(yàn)則一帶而過，學(xué)生對(duì)Raid0、Raid1、Raid3、Raid5、Raid10的區(qū)別分不清楚，對(duì)window2003中磁盤卷的概念很模糊，沒有感性認(rèn)別，很容易忘記和混淆。但是在虛擬機(jī)環(huán)境中，我們可以自由添加磁盤，很容易做磁盤實(shí)驗(yàn)，通過各種實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，學(xué)生們很容易掌握磁盤管理系統(tǒng)的知識(shí)。第三，各種服務(wù)的安裝和驗(yàn)證，服務(wù)器中有很多服務(wù)，比如DHCP、DNS、WINS、IIS、FTP、郵件服務(wù)等，服務(wù)的安裝和演示很容易，但服務(wù)是否正確配置，如何加以驗(yàn)證是一個(gè)頭疼的問題，以前學(xué)生相互占用別人的實(shí)驗(yàn)電腦加以驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)室秩序混亂，實(shí)驗(yàn)效果很差，用虛擬機(jī)后，只需安裝一個(gè)windows XP虛擬機(jī)，與服務(wù)器配置在同一網(wǎng)段，很容易進(jìn)行驗(yàn)證。第四，關(guān)于Linux操作系統(tǒng)的講解，Linux操作系統(tǒng)在我們?nèi)粘５霓k公中基本上都用不到，但它具有系統(tǒng)安全性、開放源代碼、設(shè)備無關(guān)性、優(yōu)異的網(wǎng)絡(luò)性能等優(yōu)點(diǎn)，在很多的許多企事業(yè)單位的服務(wù)器上會(huì)用到，在講解Linux操作系統(tǒng)時(shí)，我們不需要將實(shí)驗(yàn)室主機(jī)重新安裝Linux操作系統(tǒng)，而只需裝一個(gè)Linux虛擬機(jī)。學(xué)生既可以用虛擬機(jī)做實(shí)驗(yàn)，遇到問題時(shí)，又能方便地切換到windows操作系統(tǒng)，查找資料，找到解決方案后，再切換到Linux系統(tǒng)繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，非常方便。

五、教學(xué)實(shí)踐分析

通過對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬機(jī)教學(xué)的探索，我們發(fā)現(xiàn)，虛擬機(jī)教學(xué)比較適合計(jì)算機(jī)操作性要求比較高的課程，比如：《計(jì)算機(jī)組裝與維修》、《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》、《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全》、《操作系統(tǒng)》、《服務(wù)器維護(hù)與管理》等，以下總結(jié)了提高該類課程的授課質(zhì)量的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)：

1、課程內(nèi)容的選擇上要求選擇應(yīng)用性比較強(qiáng)，動(dòng)手實(shí)驗(yàn)比較多的課程，而純理論的課程不太適合這種教學(xué)模式。

2、課堂教學(xué)要求理論與實(shí)踐相結(jié)合，做多老師舉一，學(xué)生翻三，采用循序漸進(jìn)的講解、啟發(fā)、實(shí)驗(yàn)、提問和討論等不同的授課方式，使學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)加深，拓寬學(xué)生的知識(shí)視野、提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題能力。

3、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)上，采用分組實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)揮優(yōu)秀學(xué)生的傳幫帶的作用，促進(jìn)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和提高學(xué)生的能力。

4、教學(xué)效果上，既重視理論知識(shí)的講解，又注重操作演示，更重視對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)的考核，使學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)從理論聯(lián)系到實(shí)踐，再?gòu)膶?shí)踐上升到理論，在教學(xué)過程中實(shí)現(xiàn)師生互動(dòng)，學(xué)生互助的良性教學(xué)氛圍。

六、結(jié)束語(yǔ)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各種新技術(shù)在教學(xué)中不斷的應(yīng)用，對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量，實(shí)行教學(xué)革新，推動(dòng)課程建設(shè)。本文希望通過對(duì)虛擬機(jī)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)的探索，能切實(shí)起到促進(jìn)教學(xué)，提高學(xué)生動(dòng)手能力，使學(xué)生能學(xué)以致用，真正掌握知識(shí)。也對(duì)虛擬機(jī)教學(xué)在計(jì)算機(jī)其它專業(yè)課程教學(xué)中的應(yīng)用提供借鑒。

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作者簡(jiǎn)介：劉炳芳（1973—），男，江蘇丹陽(yáng)人，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字圖書館。