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【摘 要】利用虚拟机软件来辅助计算机操作系统培训教学，使得教学演示与学员实验都能顺利进行。由于虚拟客户机是VMware软件建立在物理计算机上的一个文件，对虚拟机的任何操作都不会损坏硬件设备。因此，可以在虚拟机中完成传统教学中无法完成的实验。将虚拟机技术运用到计算机教学中不仅提高了教学质量，还节省了大量的教学经费。
【关键词】虚拟机；中职计算机；教学
计算机作为现代教育教学活动中必不可少的一种教学工具，已经在我国大多数学校的得到广泛的运用，而计算机机房也成为一种使用频率极高的教学场地，在计算机机房的使用过程中，对计算机机房的管理工作存在较大的困难，虚拟机的使用可以较好的解决这个问题，下文将对此重点进行探讨和分析。
1 中职计算机教学的现状
目前，计算机教学取得一定的成绩，也存在一些问题，主要表现为以下几个方面。
1.1 硬件方面。
计算机是一门实践性非常强的学科，需要给学生提供良好的实践环境。同时，随着科学技术的迅猛发展，计算机硬件的更新速度加快，计算机教学的开展也受到全新的挑战。由于我国目前招生规模的扩大，经费又相对投入有限，使得实验设备和实验场地不能及时得到扩充，教学设备的硬件建设相对欠缺和滞后，新建计算机硬件实验室、计算机网络实验室等更是不现实的。但是，计算机教学中的很多实验，如局域网的搭建，需要利用多台计算机和多种设备，由于现有的硬件配置条件有限，学生没有亲自做实验的条件和机会，无法培养其动手操作能力。
1.2 软件方面。
目前的计算机教学一般是使用公共机房。公共机房只能满足一般的实验要求，同时为了便于机房的管理和维护，通常为所有的计算机安装硬盘保护卡和应用系统策略来限制学生的某些操作。学生上机的时候，不允许他们随意安装软件，更不允许进行如硬盘分区、格式化等操作。学生无法在实际的环境中操作练习，只能被动地进行一些简单的实验操作，实践教学的效果较差。
1.3 教学方面。
许多计算机教师的思想观念还没有完全转变，在计算机教学中，重理论、轻实践，一直采取单一的理论讲授教学，非常抽象、枯燥，学生难以理解和掌握。当然，也由于经费等各方面的原因，教师一般采取以讲代练或课堂演示的方式进行教学，使得学生只有理论知识而缺乏动手实践，无法操作实验，对一些知识点无法掌握透彻。
综合以上分析，可以看出目前计算机教学存在问题的关键是教学设备不足。如何充分利用好现有的教学设备，来满足最大化的教学需求，这是一个新的挑战。笔者认为利用虚拟机可以改善上述计算机教学中存在的问题，较好地达到一机多用的目的。
2 虚拟机技术简介。
2.1 虚拟机技术的概念。
虚拟机的实现技术主要有两种[1]：①纯软件方式的虚拟机；②硬件辅助方式的虚拟机。前者是当前主流的虚拟机技术，具有成熟的应用，后者是今后的发展方向，本文内容运用前者。虚拟机技术是指将一台物理的计算机软件环境分割为多个独立分区，每个分区均可以按照需求模拟出一台完整计算机的技术，模拟出来的计算机称为虚拟机。虚拟机技术的实质是通过中间层次实现计算机资源的管理和再分配，实现资源利用的最大化，虚拟化分区带来的最大好处是使同一物理平台能够同时运行多个同类或不同类型的操作系统，以分别作为不同业务和应用的支撑平台。
2.2 虚拟机的原理。
虚拟计算机技术可以在现有的操作系统上虚拟出一个新的子系统，这个子系统建立在正在运行的操作系统之上，同时又拥有自己独立的BIOS、CPU、硬盘、内存及各种硬件（软盘、显卡、网卡、声卡等）。当然，这些硬件都是虚拟出来的，虚拟子系统（Guest OS）的CPU是通过i386的保护模式实现，虚拟的硬盘实际上就是主系统（Host OS）上的一个文件，内存则是从物理内存中划出的一块。虚拟计算机技术可用于方便地在一个主系统上建多个同构或者异构的虚拟计算机系统，而且这些系统可以同时运行。这跟在PC机上安装多操作系统是不同的，PC机上的多系统安装在同一时刻，只能运行其中的一个系统，如果想切换系统，必须重新启动机器。而在虚拟机环境下，多个操作系统可以同时运行，即可以运行多台“机器”，人们可以在多个操作系统之间来回切换，而不需要重新启动。用虚拟机软件在一台电脑上模拟出来若干台PC，每台PC可以运行单独的操作系统而互不干扰，可以实现一台电脑“同时”运行几个操作系统，还可以将这几个操作系统连成一个网络。通常，我们把这些被模拟出来的PC称为虚拟机，也叫子机。在虚拟机里运行的操作系统叫子系统，而将运行虚拟机软件的那台叫做母机，运行虚拟机软件的操作系统叫主系统。
2.3 虚拟机软件。
基于虚拟机技术的软件研发早在十多年以前就开始了，由于技术上有一个逐渐成熟的过程，同时计算机硬件（CPU速度、内存容量、硬盘等）条件的限制，虚拟机软件近几年才真正得到用户的认同和应用。目前市场上比较流行的虚拟机软件主要有：①Microsoft的Virtual PC、Virtual Server。运行环境为Windows和MacOS，支持安装的操作系统有Windows、Mac和Linux；②SUN公司的xVM VirtualBox。运行环境为Linux和Windows，支持安装的操作系统有DOS、Windows （2000、XP、Server 2003、Vista）、Linux（2.4和2.6）、OpenBSD；③VMware公司的VMware Workstation、VMware Server。运行环境为Linux、Windows 2000以上版本，支持安装的操作系统有MS-DOS、Win9x/Me、Win2000、WinXP、Win.Net、Linux、FreeBSD、NetWare6、Solaris x86等。实际应用中具体采用哪一款虚拟机软件，取决于个人爱好、虚拟机能运行的平台和需要安装的操作系统，建议使用VMware的虚拟机软件。 2.4 虚拟机技术有以下几个方面的特点。
（1）在一个主机系统中可以同时安装与运行多个不同操作系统的虚拟机子系统，而且各个虚拟机还可以与主机之间实现行对话与文件的共享，甚至还可以共同应用网络资源与运行各种C/S方式的应用。（2）如果要在虚拟机系统中再安装其他的操作系统，只要将操作系统安装在主机硬盘中虚拟出来的某个特定的文件中，不用对物理硬盘做分区的操作，而且对主机与子系统现有的硬盘分区与数据都没有任何破坏作用。（3）虚拟机与主机的硬件无关，子系统中虚拟出的硬件都是在主机之间的复制后直接进行使用的，无须考虑硬件的差异性。（4）操作系统实现了虚拟化，进行安全、高效而方便的课堂教学；计算机网络实验平台实现了虚拟化，可以在安全保障物理计算机的情况下完成多种网络连接方式下几乎所有的网络实验；计算机组装和维护实验平台实现了虚拟化，对硬盘进行分区、硬盘的格式化、操作系统的安装、系统的备份、系统的还原等实验教学都得到了有效的保障。
3 虚拟机在计算机教学中的应用。
计算机网络是一门实践性很强的课程，对硬件的要求很高，组网、路由器、交换机、防火墙配置实验是计算机网络课程的基础实验。然而要组建专业的网络工程实验室，配置专业的路由器、交换机和防火墙需要一笔很大的资金支持，对于大部分中职学校来说都是一笔不少的投资。再加上多数学校的实验室为了方便管理，都安装了硬盘保护还原卡或者还原软件，给学生做实验带来了很大的限制。
为了解决上述问题，一种比较完美的解决方案就是在单机上安装虚拟机软件，构建一个与真实网络环境相同的虚拟网络教学、实验平台。通过在一台物理计算机上安装多个虚拟计算机来模拟真实的网络环境，所有的操作都可以在这台独立的、没有网络连接的单机系统上实现，并且可以将这些操作在多媒体教室的投影屏幕上展现出来，有效地提高了计算机网络课程的教学效果。
目前，在计算机网络课程中常用的虚拟软件是VMware Work-Station，教师可利用VMware Workstation 为学生快速创建虚拟机，从而在安全、隔离的虚拟机中提供所需的全部课程、应用程序和工具。每堂课结束后，虚拟机都可以自动还原到一个“干净”状态，以供下一组学生使用。在虚拟机中可以进行局域网组建、Active Directory 的安装与配置、DNS 的安装与配置、Web 服务器的配置、FTP 服务器的配置、邮件服务器的配置等内容的实验。
另外，模拟软件Boson NetSim 在网络课程教学中也比较常用，Boson NetSim 是具有强大的性能的优秀网络模拟器，能够自己定义网络设备和网络拓扑结构，可以模拟出需要的各种网络实验环境，可进行静态路由配置、动态路由配置、VLAN 划分等内容的实验，仿真的操作界面让人有一种操作真实路由器的感觉。
具体笔者就以下几点展开了探讨：
3.1 多种操作系统的教学。传统学习多种操作系统的方法必需安装多系统，需要多次安装并占用多个磁盘分区，不同系统间切换需要重启。虚拟机环境下可以镜像安装多个操作系统，不需要光驱，节省光盘。
3.2 机房管理和计算机维护实验。出于公共安全考虑，格式化，磁盘分区等危险操作，容易造成硬盘数据永久丢失或硬盘损坏，学生一般没有机会亲手实践。在虚拟机环境下，学生可以任意进行格式化、分区设置等维护操作。即使操作出现问题，快照与回复功能随时回到上一步操作。
3.3 网络试验。学习网络操作系统等内容时经常需要做网络实验。但对于大型的网络实验，需要配备多台pc或服务器组网模拟局域网测试，投资巨大。如果应用虚拟机，单机就能组建虚拟局域网，实现集群试验。
3.4 编程应用与测试。当编写完成的程序需要在多种环境及多个系统下进行测试与运行时，应用虚拟机，不需要实际安装所有的系统与插件就可以轻松模拟出各种测试环境，利于发现问题和解决问题。
4 结语
虚拟机技术应用于网络教学中不但投资少，而且方便灵活，易于构建实验环境、便于扩充实验内容。帮助学生和教师在普通计算机上构建网络环境，完成实验项目。弥补真实实验室的局限性。由于VMware不能模拟复杂的交换机和路由器，如将VMware和Dynamips软件结合起来，利用Dvnamips软什模拟CISCO交换机和蹄由器，构造出各种复杂网络环境，不仅能满足网络基础课程而且能满足网络专业课程教学要求，可推广使用。
参考文献：
[1] 王纪凤 王世刚 尚玉莲 赵学军 计算机网络课程教学中的虚拟机技术应用[J].中国现代教育装备，2011（1）
[2] 盛剑会，杨华.虚拟机技术在教学中的应用[J].信息技术，2011（3）
[3] 邱广文.浅谈虚拟机在计算机课程实践教学中的优势[J].福建电脑，2011（5）
[4] 何秋燕，等.浅谈虚拟机技术在计算机教学与实验中的应用[J].网络安全技术与应用，2010（11）
【关键词】虚拟机；中职计算机；教学
计算机作为现代教育教学活动中必不可少的一种教学工具，已经在我国大多数学校的得到广泛的运用，而计算机机房也成为一种使用频率极高的教学场地，在计算机机房的使用过程中，对计算机机房的管理工作存在较大的困难，虚拟机的使用可以较好的解决这个问题，下文将对此重点进行探讨和分析。
1 中职计算机教学的现状
目前，计算机教学取得一定的成绩，也存在一些问题，主要表现为以下几个方面。
1.1 硬件方面。
计算机是一门实践性非常强的学科，需要给学生提供良好的实践环境。同时，随着科学技术的迅猛发展，计算机硬件的更新速度加快，计算机教学的开展也受到全新的挑战。由于我国目前招生规模的扩大，经费又相对投入有限，使得实验设备和实验场地不能及时得到扩充，教学设备的硬件建设相对欠缺和滞后，新建计算机硬件实验室、计算机网络实验室等更是不现实的。但是，计算机教学中的很多实验，如局域网的搭建，需要利用多台计算机和多种设备，由于现有的硬件配置条件有限，学生没有亲自做实验的条件和机会，无法培养其动手操作能力。
1.2 软件方面。
目前的计算机教学一般是使用公共机房。公共机房只能满足一般的实验要求，同时为了便于机房的管理和维护，通常为所有的计算机安装硬盘保护卡和应用系统策略来限制学生的某些操作。学生上机的时候，不允许他们随意安装软件，更不允许进行如硬盘分区、格式化等操作。学生无法在实际的环境中操作练习，只能被动地进行一些简单的实验操作，实践教学的效果较差。
1.3 教学方面。
许多计算机教师的思想观念还没有完全转变，在计算机教学中，重理论、轻实践，一直采取单一的理论讲授教学，非常抽象、枯燥，学生难以理解和掌握。当然，也由于经费等各方面的原因，教师一般采取以讲代练或课堂演示的方式进行教学，使得学生只有理论知识而缺乏动手实践，无法操作实验，对一些知识点无法掌握透彻。
综合以上分析，可以看出目前计算机教学存在问题的关键是教学设备不足。如何充分利用好现有的教学设备，来满足最大化的教学需求，这是一个新的挑战。笔者认为利用虚拟机可以改善上述计算机教学中存在的问题，较好地达到一机多用的目的。
2 虚拟机技术简介。
2.1 虚拟机技术的概念。
虚拟机的实现技术主要有两种[1]：①纯软件方式的虚拟机；②硬件辅助方式的虚拟机。前者是当前主流的虚拟机技术，具有成熟的应用，后者是今后的发展方向，本文内容运用前者。虚拟机技术是指将一台物理的计算机软件环境分割为多个独立分区，每个分区均可以按照需求模拟出一台完整计算机的技术，模拟出来的计算机称为虚拟机。虚拟机技术的实质是通过中间层次实现计算机资源的管理和再分配，实现资源利用的最大化，虚拟化分区带来的最大好处是使同一物理平台能够同时运行多个同类或不同类型的操作系统，以分别作为不同业务和应用的支撑平台。
2.2 虚拟机的原理。
虚拟计算机技术可以在现有的操作系统上虚拟出一个新的子系统，这个子系统建立在正在运行的操作系统之上，同时又拥有自己独立的BIOS、CPU、硬盘、内存及各种硬件（软盘、显卡、网卡、声卡等）。当然，这些硬件都是虚拟出来的，虚拟子系统（Guest OS）的CPU是通过i386的保护模式实现，虚拟的硬盘实际上就是主系统（Host OS）上的一个文件，内存则是从物理内存中划出的一块。虚拟计算机技术可用于方便地在一个主系统上建多个同构或者异构的虚拟计算机系统，而且这些系统可以同时运行。这跟在PC机上安装多操作系统是不同的，PC机上的多系统安装在同一时刻，只能运行其中的一个系统，如果想切换系统，必须重新启动机器。而在虚拟机环境下，多个操作系统可以同时运行，即可以运行多台“机器”，人们可以在多个操作系统之间来回切换，而不需要重新启动。用虚拟机软件在一台电脑上模拟出来若干台PC，每台PC可以运行单独的操作系统而互不干扰，可以实现一台电脑“同时”运行几个操作系统，还可以将这几个操作系统连成一个网络。通常，我们把这些被模拟出来的PC称为虚拟机，也叫子机。在虚拟机里运行的操作系统叫子系统，而将运行虚拟机软件的那台叫做母机，运行虚拟机软件的操作系统叫主系统。
2.3 虚拟机软件。
基于虚拟机技术的软件研发早在十多年以前就开始了，由于技术上有一个逐渐成熟的过程，同时计算机硬件（CPU速度、内存容量、硬盘等）条件的限制，虚拟机软件近几年才真正得到用户的认同和应用。目前市场上比较流行的虚拟机软件主要有：①Microsoft的Virtual PC、Virtual Server。运行环境为Windows和MacOS，支持安装的操作系统有Windows、Mac和Linux；②SUN公司的xVM VirtualBox。运行环境为Linux和Windows，支持安装的操作系统有DOS、Windows （2000、XP、Server 2003、Vista）、Linux（2.4和2.6）、OpenBSD；③VMware公司的VMware Workstation、VMware Server。运行环境为Linux、Windows 2000以上版本，支持安装的操作系统有MS-DOS、Win9x/Me、Win2000、WinXP、Win.Net、Linux、FreeBSD、NetWare6、Solaris x86等。实际应用中具体采用哪一款虚拟机软件，取决于个人爱好、虚拟机能运行的平台和需要安装的操作系统，建议使用VMware的虚拟机软件。 2.4 虚拟机技术有以下几个方面的特点。
（1）在一个主机系统中可以同时安装与运行多个不同操作系统的虚拟机子系统，而且各个虚拟机还可以与主机之间实现行对话与文件的共享，甚至还可以共同应用网络资源与运行各种C/S方式的应用。（2）如果要在虚拟机系统中再安装其他的操作系统，只要将操作系统安装在主机硬盘中虚拟出来的某个特定的文件中，不用对物理硬盘做分区的操作，而且对主机与子系统现有的硬盘分区与数据都没有任何破坏作用。（3）虚拟机与主机的硬件无关，子系统中虚拟出的硬件都是在主机之间的复制后直接进行使用的，无须考虑硬件的差异性。（4）操作系统实现了虚拟化，进行安全、高效而方便的课堂教学；计算机网络实验平台实现了虚拟化，可以在安全保障物理计算机的情况下完成多种网络连接方式下几乎所有的网络实验；计算机组装和维护实验平台实现了虚拟化，对硬盘进行分区、硬盘的格式化、操作系统的安装、系统的备份、系统的还原等实验教学都得到了有效的保障。
3 虚拟机在计算机教学中的应用。
计算机网络是一门实践性很强的课程，对硬件的要求很高，组网、路由器、交换机、防火墙配置实验是计算机网络课程的基础实验。然而要组建专业的网络工程实验室，配置专业的路由器、交换机和防火墙需要一笔很大的资金支持，对于大部分中职学校来说都是一笔不少的投资。再加上多数学校的实验室为了方便管理，都安装了硬盘保护还原卡或者还原软件，给学生做实验带来了很大的限制。
为了解决上述问题，一种比较完美的解决方案就是在单机上安装虚拟机软件，构建一个与真实网络环境相同的虚拟网络教学、实验平台。通过在一台物理计算机上安装多个虚拟计算机来模拟真实的网络环境，所有的操作都可以在这台独立的、没有网络连接的单机系统上实现，并且可以将这些操作在多媒体教室的投影屏幕上展现出来，有效地提高了计算机网络课程的教学效果。
目前，在计算机网络课程中常用的虚拟软件是VMware Work-Station，教师可利用VMware Workstation 为学生快速创建虚拟机，从而在安全、隔离的虚拟机中提供所需的全部课程、应用程序和工具。每堂课结束后，虚拟机都可以自动还原到一个“干净”状态，以供下一组学生使用。在虚拟机中可以进行局域网组建、Active Directory 的安装与配置、DNS 的安装与配置、Web 服务器的配置、FTP 服务器的配置、邮件服务器的配置等内容的实验。
另外，模拟软件Boson NetSim 在网络课程教学中也比较常用，Boson NetSim 是具有强大的性能的优秀网络模拟器，能够自己定义网络设备和网络拓扑结构，可以模拟出需要的各种网络实验环境，可进行静态路由配置、动态路由配置、VLAN 划分等内容的实验，仿真的操作界面让人有一种操作真实路由器的感觉。
具体笔者就以下几点展开了探讨：
3.1 多种操作系统的教学。传统学习多种操作系统的方法必需安装多系统，需要多次安装并占用多个磁盘分区，不同系统间切换需要重启。虚拟机环境下可以镜像安装多个操作系统，不需要光驱，节省光盘。
3.2 机房管理和计算机维护实验。出于公共安全考虑，格式化，磁盘分区等危险操作，容易造成硬盘数据永久丢失或硬盘损坏，学生一般没有机会亲手实践。在虚拟机环境下，学生可以任意进行格式化、分区设置等维护操作。即使操作出现问题，快照与回复功能随时回到上一步操作。
3.3 网络试验。学习网络操作系统等内容时经常需要做网络实验。但对于大型的网络实验，需要配备多台pc或服务器组网模拟局域网测试，投资巨大。如果应用虚拟机，单机就能组建虚拟局域网，实现集群试验。
3.4 编程应用与测试。当编写完成的程序需要在多种环境及多个系统下进行测试与运行时，应用虚拟机，不需要实际安装所有的系统与插件就可以轻松模拟出各种测试环境，利于发现问题和解决问题。
4 结语
虚拟机技术应用于网络教学中不但投资少，而且方便灵活，易于构建实验环境、便于扩充实验内容。帮助学生和教师在普通计算机上构建网络环境，完成实验项目。弥补真实实验室的局限性。由于VMware不能模拟复杂的交换机和路由器，如将VMware和Dynamips软件结合起来，利用Dvnamips软什模拟CISCO交换机和蹄由器，构造出各种复杂网络环境，不仅能满足网络基础课程而且能满足网络专业课程教学要求，可推广使用。
参考文献：
[1] 王纪凤 王世刚 尚玉莲 赵学军 计算机网络课程教学中的虚拟机技术应用[J].中国现代教育装备，2011（1）
[2] 盛剑会，杨华.虚拟机技术在教学中的应用[J].信息技术，2011（3）
[3] 邱广文.浅谈虚拟机在计算机课程实践教学中的优势[J].福建电脑，2011（5）
[4] 何秋燕，等.浅谈虚拟机技术在计算机教学与实验中的应用[J].网络安全技术与应用，2010（11）