试论虚拟机在计算机教学中的应用

目前计算机教学存在硬件、软件和教学三方面的问题，虚拟机是解决这些问题的很好的技术途径。虚拟机具有集成性、移植性、经济性和可维护性的优点，在计算机教学中的具体应用包括操作系统安装、计算机维护、网络技术应用、网络安全、软件测试和课件制作。

近几年，虚拟机逐渐被应用于许多学校的计算机教学领域，成为一种非常有效的辅助工具。笔者从自身的计算机教学实际出发，借助虚拟机解决计算机教学中的一些问题，有效地提高了计算机教学的质量，取得良好的教学效果。

1 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 虚拟机简介

2.1 虚拟机的概念

虚拟机（Virtual Machine，简称VM），就是虚拟的计算机，是指运行于物理计算机上的、用软件模拟出来的、具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的计算机系统。虚拟机是相对于常用的物理计算机而言的，又被称为逻辑计算机，其本质上是对物理计算机的模拟仿真。

虚拟机以文件的形式存放于物理计算机中，仅占用物理计算机的一部分资源。一台物理计算机，可以虚拟出多台完整的虚拟机，并且不同的虚拟机可以运行单独的操作系统而互不干扰，使用的时候就如同打开一个应用程序一样。

每台虚拟机都具有自己的CPU、内存、硬盘、网卡、BIOS、光驱、显卡、声卡、USB接口等，只不过这些硬件设备都是用虚拟软件模拟出来的。在计算机教学中，可以利用虚拟机进行开机、关机、硬盘格式化、设置BIOS等操作，这一切对主机没有任何影响。

目前，计算机教学中比较常用的虚拟机软件主要有WMware公司的WMware Workstation和微软公司的Microsoft Virtual PC这两种。VMware技术相对比较成熟，可以虚拟更多的主流操作系统，功能更强大，使用起来比较容易，市场占有率比较高。

2.2 虚拟机的优点

1）集成性。能够在一台PC机上运行多个虚拟机，每个虚拟机都可安装不同的操作系统，而不需要对物理硬盘进行分区或重新开机，不受到物理计算机硬件的限制。各虚拟机与主机之间可以进行通信、共享文件和网络资源。

2）移植性。虚拟机表现在物理电脑上是一个文件，不同的操作系统之间能够进行互动操作。使用者可以直接拷贝备份好的虚拟机文件到其他计算机上使用，大大节省系统安装的时间。

3）经济性。由于虚拟机是利用软件来模拟完整的计算机系统，无需添加新的硬件设备，真正可以做到一机多用，同时又节省维护费用。

4）可维护性。虚拟机与主机之间有良好的隔离性，在虚拟机上进行的操作不会破坏物理计算机的操作系统和软件，对主机现有的硬盘分区和数据都不会造成任何破坏。

3 虚拟机在计算机教学中的具体应用

3.1 操作系统安装

操作系统有MS-DOS、Windows98、Windows2000、Windows XP、Linux、Unix等不同系列、不同版本。由于操作系统的安装具有一定的危险性，学生可以在硬盘上建立自己的虚拟机，并进行安装操作系统的练习。在虚拟机环境下可以实现多个操作系统同时运行，带来极大的方便。

3.2 计算机维护

出于公共安全考虑，磁盘分区、格式化等危险操作，学生一般没有机会亲手实践。在虚拟机环境下，学生可以任意进行磁盘分区、格式化、设置CMOS、设置BIOS SETUP参数等一些计算机维护操作。操作完成后，通过映象功能可以非常轻松地将操作系统恢复到原样。

3.3 网络技术应用

学生在学习局域网的组建、网络配置与管理、FTP、邮件服务器等各种网络服务的配置、远程访问和路由的设置等知识时，单凭理论讲授是很难理解和掌握的。利用虚拟机，学生可以在单台计算机上组建网络环境，进行各种网络配置，也可以组建虚拟局域网，实现集群试验。若学生不能按时完成实验，借助虚拟机的挂起功能，保留当前状态，以便下次继续完成。

3.4 网络安全

在网络环境下，病毒、木马、黑客程序非常盛行。教师在讲解计算机病毒、木马等知识时只能停留在讲述阶段，利用虚拟机可以改变这一状况。教师可以在虚拟机系统上植入病毒文件进行病毒、木马程序的传播与演示，以及实现安全防御等操作，让学生更加直观地了解系统的安全及防御技术。

3.5 软件测试

学生在学习软件设计、网页设计等课程时，编写的程序需要在多种环境及多种操作系统环境下进行测试。应用虚拟机，不需要实际安装所有的系统与插件，就可以轻松地模拟出各种测试环境，有利于发现问题和解决问题。

3.6 课件制作

计算机教师在制作课件时，常常会需要多种操作系统中的操作。通过虚拟机软件，可以使用Snagit、HyperSnap-DX等屏幕捕捉程序，方便地把样图抓取下来，或者直接利用视频捕捉功能将操作过程录制下来，有助于制作图文并茂的课件。

总之，虚拟机是计算机教学的有效工具，在计算机教学中有非常重要的作用和广泛的应用。如何利用虚拟机更好地为计算机教学服务，是每个计算机教师需要研究的一个新课题。

参考文献

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