黃宇靖

（惠州衛(wèi)生職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 惠州 516025）

基于Virtual PC計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境構(gòu)建與教學(xué)的研究

黃宇靖

（惠州衛(wèi)生職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 惠州 516025）

通過對(duì)當(dāng)前計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理與實(shí)踐教學(xué)中存在問題的分析，提出基于Virtual PC構(gòu)建計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，不但可以解決當(dāng)前機(jī)房管理上的問題，還可以提高學(xué)生的操作能力，為計(jì)算機(jī)課程的實(shí)踐教學(xué)提供一個(gè)良好的方案。

Virtual PC；虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境；計(jì)算機(jī)教學(xué)

計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)是操作性很強(qiáng)的一門基礎(chǔ)課，需要學(xué)生通過大量的上機(jī)實(shí)踐才能完成教學(xué)目標(biāo)。由于機(jī)房管理的需要，為了保護(hù)硬盤數(shù)據(jù)以及快速備份與恢復(fù)數(shù)據(jù)，我院對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)所有的計(jì)算機(jī)都安裝了還原精靈，以限制學(xué)生的操作，確保操作系統(tǒng)的安全。這種做法在很大程度上保證了機(jī)房的正常使用，也減輕了實(shí)驗(yàn)管理人員維護(hù)機(jī)房的工作量，但隨之而來的問題是：教師無法向?qū)W生演示如BIOS（基本輸入輸出系統(tǒng)）的設(shè)置，硬盤的分區(qū)、格式化，操作系統(tǒng)的安裝、維護(hù)、設(shè)置，系統(tǒng)還原等操作，學(xué)生也無法自行上機(jī)實(shí)踐相關(guān)教學(xué)內(nèi)容。為解決這一問題，一直以來的做法是通過錄屏軟件，將相關(guān)操作錄成視頻向?qū)W生展示，以彌補(bǔ)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的缺失，但是教學(xué)效果不盡如人意，大多數(shù)學(xué)生表示對(duì)此教學(xué)內(nèi)容無法理解，希望有更多的動(dòng)手機(jī)會(huì)。

同時(shí)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課程面向全院學(xué)生，在機(jī)房管理中還存在如下問題：（1）計(jì)算機(jī)數(shù)量眾多，管理難度大；（2）實(shí)驗(yàn)管理人員不足，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)管理人員工作量大；（3）機(jī)房使用率高，造成計(jì)算機(jī)損耗過快。

如何更科學(xué)有效地進(jìn)行機(jī)房管理，給學(xué)生提供更多的動(dòng)手機(jī)會(huì)呢？通過多方探索與實(shí)踐我們發(fā)現(xiàn)，采用虛擬機(jī)技術(shù)能解決機(jī)房管理與教學(xué)實(shí)踐的矛盾[1-2]。

1 什么是虛擬機(jī)

虛擬機(jī)（VirtualMachine）指通過軟件模擬的，具有完整硬件系統(tǒng)功能的、在一個(gè)完全隔離環(huán)境中運(yùn)行的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。虛擬機(jī)具有與真實(shí)操作系統(tǒng)完全一樣的功能，并且用戶在虛擬機(jī)上的一切操作不會(huì)對(duì)真實(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

采用虛擬機(jī)構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境及進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐的優(yōu)點(diǎn)在于：（1）一臺(tái)物理計(jì)算機(jī)上可以同時(shí)建立多個(gè)不同操作系統(tǒng)的虛擬機(jī)。（2）虛擬機(jī)與物理機(jī)之間可以進(jìn)行文件共享、網(wǎng)絡(luò)訪問等。（3）虛擬機(jī)的一切操作不會(huì)對(duì)物理機(jī)的安全性產(chǎn)生影響。

2 計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境的構(gòu)建

目前流行的虛擬機(jī)軟件有VMware公司的VMware workstation、Oracle公司的Virtual Box和Microsoft公司的Virtual PC，這3款軟件都虛擬或仿真了Intel x86硬件環(huán)境，通過上述3款虛擬機(jī)，我們還可以安裝多種其他的“客戶”操作系統(tǒng)。由于Virtual PC安裝程序較小，操作簡(jiǎn)單方便，可滿足非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生進(jìn)行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)維護(hù)方面的學(xué)習(xí)實(shí)踐。因此，筆者提出基于Virtual PC的計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境的構(gòu)建及教學(xué)。

與真實(shí)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)一樣，第一步，分區(qū)，安裝操作系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)程序、工具軟件、應(yīng)用軟件等；第二步，在物理操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上安裝虛擬機(jī)Virtual PC；第三步，在虛擬機(jī)上安裝操作系統(tǒng)，其與在物理機(jī)上安裝操作系統(tǒng)的步驟是一樣的；第四步，將Windows XP、Win2003 Server系統(tǒng)光盤的鏡像文件存放在D盤，以便學(xué)生練習(xí)操作系統(tǒng)的安裝使用。具體做法如下：（1）系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)置。首先是在C盤安裝好操作系統(tǒng)、各種工具軟件、教學(xué)軟件、還原精靈、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，同時(shí)將虛擬機(jī)Virtual PC、Windows XP、Win2003 Server等系統(tǒng)光盤的鏡像文件也保存在D盤內(nèi)。（2）虛擬機(jī)設(shè)置。Virtual PC的安裝十分智能，根據(jù)向?qū)崾炯纯赏瓿商摂M機(jī)的安裝。但需要注意的是，在默認(rèn)情況下，虛擬內(nèi)存分配較小，而且虛擬硬盤也沒有指定。所以在完成虛擬機(jī)的安裝后，首先要進(jìn)行虛擬內(nèi)存與虛擬硬盤的分配與設(shè)置，可以在“操作”菜單“設(shè)置”命令下對(duì)其進(jìn)行重新劃分。（3）虛擬操作系統(tǒng)安裝。在Virtual PC控制臺(tái)選擇剛建立好的虛擬機(jī)啟動(dòng)后，在“CD”菜單選擇“載入ISO映像”，載入事先準(zhǔn)備好的鏡像文件，并在“操作”菜單選擇“復(fù)位”（相當(dāng)于真實(shí)計(jì)算機(jī)的重啟），則會(huì)進(jìn)入光盤啟動(dòng)模式，接下來的工作和以往裝機(jī)的步驟一樣：①在啟動(dòng)菜單中選擇WinPE光盤系統(tǒng)啟動(dòng)虛擬機(jī)；②在WinPE下使用磁盤精靈（Disk Genius）對(duì)虛擬硬盤進(jìn)行分區(qū)與格式化；③使用GHOST軟件進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)操作。完成后的效果見圖1。至此，基于Virtual PC的計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境就建立起來了。當(dāng)然，根據(jù)實(shí)際教學(xué)的需要，我們還可以在一臺(tái)虛擬機(jī)上安裝多個(gè)操作系統(tǒng)，便于實(shí)踐教學(xué)的需要，也可以只安裝一個(gè)虛擬系統(tǒng)，其他操作系統(tǒng)由學(xué)生自己動(dòng)手完成，以提高學(xué)生的操作能力。

圖1 Virtual PC上的虛擬操作系統(tǒng)

3 虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境在機(jī)房管理與教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用

3.1 虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境在機(jī)房管理中的應(yīng)用

虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境的建立在很大程度上可以降低系統(tǒng)維護(hù)的成本，提高工作效率，優(yōu)點(diǎn)包括：（1）虛擬系統(tǒng)可以通過鏡像文件快速恢復(fù)，而且不會(huì)對(duì)硬盤造成損耗，降低了教學(xué)成本；（2）虛擬系統(tǒng)的崩潰不影響真實(shí)操作系統(tǒng)的使用，不影響正常教學(xué)，減輕了實(shí)驗(yàn)管理員維護(hù)系統(tǒng)的壓力；（3）虛擬機(jī)虛擬的硬件都是標(biāo)準(zhǔn)硬件，可有效解決硬件的兼容性問題，降低了實(shí)驗(yàn)管理員的工作強(qiáng)度；（4）一臺(tái)虛擬機(jī)上可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)不同的操作系統(tǒng)，便于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作，提高了計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)效率。

3.2 虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境在計(jì)算機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用

3.2.1 操作系統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué) 計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)的一個(gè)突出特點(diǎn)就是在計(jì)算機(jī)環(huán)境下進(jìn)行計(jì)算機(jī)教學(xué)演示，這一特點(diǎn)的好處是教學(xué)實(shí)踐過程就是實(shí)際的操作應(yīng)用，但缺點(diǎn)也非常明顯：所有的演示與實(shí)踐都是在已建立的操作系統(tǒng)之上進(jìn)行，不能進(jìn)行如磁盤分區(qū)、格式化、操作系統(tǒng)安裝、系統(tǒng)備份與恢復(fù)等操作，而且這些操作不可避免地會(huì)對(duì)磁盤數(shù)據(jù)造成影響甚至破壞，特別是一些錯(cuò)誤操作很容易導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，進(jìn)而影響后續(xù)班級(jí)的正常教學(xué)。

建立了虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境后，由于一臺(tái)虛擬機(jī)可同時(shí)運(yùn)行多個(gè)虛擬操作系統(tǒng)，而且虛擬操作系統(tǒng)間的切換無需重啟計(jì)算機(jī)，這就為課堂教學(xué)帶來了極大的便利：（1）教師可以直接在虛擬機(jī)上對(duì)不同的操作系統(tǒng)進(jìn)行演示，有助于學(xué)生直觀學(xué)習(xí)；（2）教師可以直接在虛擬機(jī)上進(jìn)行磁盤分區(qū)、格式化、BIOS設(shè)置、系統(tǒng)備份等操作；（3）學(xué)生可以直接按照教師的演示，在虛擬機(jī)上進(jìn)行同樣的操作，可以多次練習(xí)、重復(fù)操作，并且不用擔(dān)心由此對(duì)系統(tǒng)造成的破壞。虛擬機(jī)的使用增加了學(xué)生實(shí)際操作的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生成為了學(xué)習(xí)的主體[3]。

3.2.2 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與安全的實(shí)踐教學(xué) 在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，使得局域網(wǎng)的組建、WEB與FTP服務(wù)器的配置等網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐教學(xué)成為可能。教師可以指導(dǎo)學(xué)生在一臺(tái)虛擬機(jī)上建立多個(gè)相同或不同的操作系統(tǒng)，然后給學(xué)生演示各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的設(shè)置，接著讓學(xué)生自行上機(jī)實(shí)踐，并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這樣不但提高了學(xué)生的動(dòng)手能力，而且降低了教學(xué)成本。

另外，針對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)安全的嚴(yán)峻形勢(shì)，教師可以在虛擬機(jī)上植入病毒進(jìn)行系統(tǒng)安全及防御實(shí)驗(yàn)，避免了以往對(duì)于網(wǎng)絡(luò)安全只能進(jìn)行口頭講述的空洞教學(xué)，讓學(xué)生對(duì)系統(tǒng)安全及防御技術(shù)有了更直觀的理解。

3.2.3 軟件測(cè)試與輔助的實(shí)踐教學(xué) 當(dāng)前新技術(shù)層出不窮，各種軟件、工具不斷更新，但在實(shí)際教學(xué)中，一方面為了保證正常教學(xué)秩序，不允許學(xué)生隨意安裝卸載程序；另一方面，由于網(wǎng)絡(luò)上各種程序的安全性不確定，出于穩(wěn)定性考慮，也不便于安裝，從而影響了教學(xué)對(duì)這一方面的研究探索。但在虛擬教學(xué)環(huán)境下，這些都不再成為障礙，可以放心下載安裝各種程序進(jìn)行各種操作，方便學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、自主探索。另外，使用虛擬機(jī)進(jìn)行輔助教學(xué)時(shí)，一來可以解決計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室軟件版本與教師教學(xué)版本不一致的問題，便于教師課堂教學(xué)演示；二來可以解決某些操作在真實(shí)計(jì)算機(jī)上無法廣泛演示的問題；三來有助于學(xué)生自行實(shí)踐操作。

4 其他問題

在虛擬系統(tǒng)的運(yùn)行中，曾一度出現(xiàn)Virtual PC控制臺(tái)不能正常顯示的問題。點(diǎn)擊右下角的系統(tǒng)圖標(biāo)，選擇“顯示Virtual PC控制臺(tái)”，也不能顯示控制臺(tái)的窗口，但是可以顯示虛擬操作系統(tǒng)啟動(dòng)的界面。經(jīng)過反復(fù)測(cè)試，最后發(fā)現(xiàn)，右鍵單擊任務(wù)欄的“Virtual PC控制臺(tái)”，然后左鍵單擊“移動(dòng)”，再單擊鍵盤上的光標(biāo)鍵，即可解決這一問題。

5 結(jié)語(yǔ)

通過Virtual PC構(gòu)建計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，為計(jì)算機(jī)的機(jī)房管理以及教學(xué)實(shí)踐中存在的問題提供了良好的解決方案。經(jīng)過一個(gè)多學(xué)期的實(shí)踐與應(yīng)用，對(duì)該虛擬教學(xué)系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、有效性都給予了充分肯定，同時(shí)也給學(xué)生提供了更加自由的操作空間，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，也提高了計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)的教學(xué)質(zhì)量。

[1]余先虎.VMware虛擬機(jī)在網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代，2013（6）：20-22.

[2]王軍偉.使用微軟的Virtual PC2007構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境研究[J].中小企業(yè)管理與科技，2009（30）：283-284.

[3]李培根.讓學(xué)生自由發(fā)展——也談教育的目的[J].高等教育研究，2010（11）：1-3.

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1671-1246（2015）12-0035-03