基于Virtual PC计算机虚拟实验环境构建与教学的研究

2015-05-23黄宇靖

卫生职业教育 2015年12期

关键词：镜像文件机房设置

黄宇靖

（惠州卫生职业技术学院，广东惠州 516025）

基于Virtual PC计算机虚拟实验环境构建与教学的研究

黄宇靖

（惠州卫生职业技术学院，广东惠州 516025）

通过对当前计算机实验室管理与实践教学中存在问题的分析，提出基于Virtual PC构建计算机虚拟实验环境，不但可以解决当前机房管理上的问题，还可以提高学生的操作能力，为计算机课程的实践教学提供一个良好的方案。

Virtual PC；虚拟实验环境；计算机教学

计算机应用基础是操作性很强的一门基础课，需要学生通过大量的上机实践才能完成教学目标。由于机房管理的需要，为了保护硬盘数据以及快速备份与恢复数据，我院对机房内所有的计算机都安装了还原精灵，以限制学生的操作，确保操作系统的安全。这种做法在很大程度上保证了机房的正常使用，也减轻了实验管理人员维护机房的工作量，但随之而来的问题是：教师无法向学生演示如BIOS（基本输入输出系统）的设置，硬盘的分区、格式化，操作系统的安装、维护、设置，系统还原等操作，学生也无法自行上机实践相关教学内容。为解决这一问题，一直以来的做法是通过录屏软件，将相关操作录成视频向学生展示，以弥补实践教学环节的缺失，但是教学效果不尽如人意，大多数学生表示对此教学内容无法理解，希望有更多的动手机会。

同时，计算机应用基础课程面向全院学生，在机房管理中还存在如下问题：（1）计算机数量众多，管理难度大；（2）实验管理人员不足，导致实验管理人员工作量大；（3）机房使用率高，造成计算机损耗过快。

如何更科学有效地进行机房管理，给学生提供更多的动手机会呢？通过多方探索与实践我们发现，采用虚拟机技术能解决机房管理与教学实践的矛盾[1-2]。

1 什么是虚拟机

虚拟机（VirtualMachine）指通过软件模拟的，具有完整硬件系统功能的、在一个完全隔离环境中运行的完整计算机系统。虚拟机具有与真实操作系统完全一样的功能，并且用户在虚拟机上的一切操作不会对真实系统产生影响。

采用虚拟机构建虚拟实验环境及进行教学实践的优点在于：（1）一台物理计算机上可以同时建立多个不同操作系统的虚拟机。（2）虚拟机与物理机之间可以进行文件共享、网络访问等。（3）虚拟机的一切操作不会对物理机的安全性产生影响。

2 计算机虚拟实验环境的构建

目前流行的虚拟机软件有VMware公司的VMware workstation、Oracle公司的Virtual Box和Microsoft公司的Virtual PC，这3款软件都虚拟或仿真了Intel x86硬件环境，通过上述3款虚拟机，我们还可以安装多种其他的“客户”操作系统。由于Virtual PC安装程序较小，操作简单方便，可满足非计算机专业学生进行计算机系统维护方面的学习实践。因此，笔者提出基于Virtual PC的计算机虚拟实验环境的构建及教学。

与真实计算机实验室建设一样，第一步，分区，安装操作系统、驱动程序、工具软件、应用软件等；第二步，在物理操作系统的基础上安装虚拟机Virtual PC；第三步，在虚拟机上安装操作系统，其与在物理机上安装操作系统的步骤是一样的；第四步，将Windows XP、Win2003 Server系统光盘的镜像文件存放在D盘，以便学生练习操作系统的安装使用。具体做法如下：（1）系统规划设置。首先是在C盘安装好操作系统、各种工具软件、教学软件、还原精灵、网络设置，同时将虚拟机Virtual PC、Windows XP、Win2003 Server等系统光盘的镜像文件也保存在D盘内。（2）虚拟机设置。Virtual PC的安装十分智能，根据向导提示即可完成虚拟机的安装。但需要注意的是，在默认情况下，虚拟内存分配较小，而且虚拟硬盘也没有指定。所以在完成虚拟机的安装后，首先要进行虚拟内存与虚拟硬盘的分配与设置，可以在“操作”菜单“设置”命令下对其进行重新划分。（3）虚拟操作系统安装。在Virtual PC控制台选择刚建立好的虚拟机启动后，在“CD”菜单选择“载入ISO映像”，载入事先准备好的镜像文件，并在“操作”菜单选择“复位”（相当于真实计算机的重启），则会进入光盘启动模式，接下来的工作和以往装机的步骤一样：①在启动菜单中选择WinPE光盘系统启动虚拟机；②在WinPE下使用磁盘精灵（Disk Genius）对虚拟硬盘进行分区与格式化；③使用GHOST软件进行系统恢复操作。完成后的效果见图1。至此，基于Virtual PC的计算机虚拟实验环境就建立起来了。当然，根据实际教学的需要，我们还可以在一台虚拟机上安装多个操作系统，便于实践教学的需要，也可以只安装一个虚拟系统，其他操作系统由学生自己动手完成，以提高学生的操作能力。

图1 Virtual PC上的虚拟操作系统

3 虚拟实验环境在机房管理与教学实践中的应用

3.1 虚拟实验环境在机房管理中的应用

虚拟实验环境的建立在很大程度上可以降低系统维护的成本，提高工作效率，优点包括：（1）虚拟系统可以通过镜像文件快速恢复，而且不会对硬盘造成损耗，降低了教学成本；（2）虚拟系统的崩溃不影响真实操作系统的使用，不影响正常教学，减轻了实验管理员维护系统的压力；（3）虚拟机虚拟的硬件都是标准硬件，可有效解决硬件的兼容性问题，降低了实验管理员的工作强度；（4）一台虚拟机上可以同时运行多个不同的操作系统，便于学生的实验操作，提高了计算机实践教学效率。

3.2 虚拟实验环境在计算机教学中的应用

3.2.1 操作系统的实践教学计算机实践教学的一个突出特点就是在计算机环境下进行计算机教学演示，这一特点的好处是教学实践过程就是实际的操作应用，但缺点也非常明显：所有的演示与实践都是在已建立的操作系统之上进行，不能进行如磁盘分区、格式化、操作系统安装、系统备份与恢复等操作，而且这些操作不可避免地会对磁盘数据造成影响甚至破坏，特别是一些错误操作很容易导致系统崩溃，进而影响后续班级的正常教学。

建立了虚拟实验环境后，由于一台虚拟机可同时运行多个虚拟操作系统，而且虚拟操作系统间的切换无需重启计算机，这就为课堂教学带来了极大的便利：（1）教师可以直接在虚拟机上对不同的操作系统进行演示，有助于学生直观学习；（2）教师可以直接在虚拟机上进行磁盘分区、格式化、BIOS设置、系统备份等操作；（3）学生可以直接按照教师的演示，在虚拟机上进行同样的操作，可以多次练习、重复操作，并且不用担心由此对系统造成的破坏。虚拟机的使用增加了学生实际操作的机会，让学生成为了学习的主体[3]。

3.2.2 网络应用与安全的实践教学在虚拟实验环境下，使得局域网的组建、WEB与FTP服务器的配置等网络实践教学成为可能。教师可以指导学生在一台虚拟机上建立多个相同或不同的操作系统，然后给学生演示各种网络环境的设置，接着让学生自行上机实践，并完成实验报告。这样不但提高了学生的动手能力，而且降低了教学成本。

另外，针对当前网络安全的严峻形势，教师可以在虚拟机上植入病毒进行系统安全及防御实验，避免了以往对于网络安全只能进行口头讲述的空洞教学，让学生对系统安全及防御技术有了更直观的理解。

3.2.3 软件测试与辅助的实践教学当前新技术层出不穷，各种软件、工具不断更新，但在实际教学中，一方面为了保证正常教学秩序，不允许学生随意安装卸载程序；另一方面，由于网络上各种程序的安全性不确定，出于稳定性考虑，也不便于安装，从而影响了教学对这一方面的研究探索。但在虚拟教学环境下，这些都不再成为障碍，可以放心下载安装各种程序进行各种操作，方便学生进行自主学习、自主探索。另外，使用虚拟机进行辅助教学时，一来可以解决计算机实验室软件版本与教师教学版本不一致的问题，便于教师课堂教学演示；二来可以解决某些操作在真实计算机上无法广泛演示的问题；三来有助于学生自行实践操作。

4 其他问题

在虚拟系统的运行中，曾一度出现Virtual PC控制台不能正常显示的问题。点击右下角的系统图标，选择“显示Virtual PC控制台”，也不能显示控制台的窗口，但是可以显示虚拟操作系统启动的界面。经过反复测试，最后发现，右键单击任务栏的“Virtual PC控制台”，然后左键单击“移动”，再单击键盘上的光标键，即可解决这一问题。