虚拟技术在计算机教学中的应用
虚拟技术在计算机教学中的应用【1】
摘 要 本文介绍了虚拟机技术在计算机组装与维护课程、网络教学、网络安全教学、操作系统教学及辅助教学中的应用，解决了硬件资源的不足。
关键词 网络教学 虚拟技术 Vmware
我们的计算机组装与维护专业的教学要不断的安装新系统、进行硬盘格式化等操作，计算机网络技术专业的教学需要搭建复杂的网络环境、网络安全教学……硬件资源的不足严重地制约了我们的实验环境，实验基础的相对薄弱令我们的实验教学实在是有点捉襟见肘了。
面对如此的一种状况，我们在教学中引入了虚拟技术，运用虚拟机可以在单台机器上安装多系统、对硬盘进行分区格式化操作、构建复杂的网络环境、进行网络安全教学、教学过程的适时录制等。
目前比较流行的虚拟机技术是利用VMware的Vmware Workstation。
它可以在一台普通计算机上虚拟出一台或数台计算机，并且每台机器都有各自的BIOS参数，即使是系统崩溃也互不干扰。
使用VMware软件(我们使用的是VMware Workstation6.5)，在运行Windows(NT以上)或Linux操作系统的计算机上进行安装VMware Workstation，然后启动VMware Workstation就可以创建模拟机了。
安装VMware Workstation过程简单叙述如下：(1)打开VMware Workstation——新建虚拟机;(2)新建虚拟机向导——自定义;(3)选择一个虚拟机格式——新的;(4)选择一个客户机操作系统——Microsoft Windows;
(5)命名虚拟机——Windows Server 2003;(6)下一步直到选择网络类型;(7)下一步直到选择磁盘容量;(8)完成后选择系统镜像，打开电源联接;(9)重起虚拟机，完成虚拟机硬件设置后，就可以安装操作系统了。
需要说明的是：运用虚拟机搭建的计算机及网络环境，只是模拟了物理计算机的硬件设备，进行的所有操作不会影响到主机环境，不会损坏计算机的硬件设备。
下面我们通过教学示例来看虚拟机技术在计算机教学中的一些应用。
1 在计算机组装与维护课程中的应用
计算机的组装与维护课程中有一项很重要的教学内容就是更改计算机Bios参数、对计算机硬盘的分区和格式化操作。
频繁更改计算机Bios参数、反复对硬盘进行分区、格式化操作，对计算机、硬盘肯定会有很大的损伤，严重时会导致计算机、硬盘报废掉。
为保护计算机设备和系统，机房中计算机往往安装有系统还原系统，实际操作起来很麻烦。
如果只讲理论，看看图片进行教学，教师讲起来很费劲、学生学起来也很乏味。
运用虚拟机进行这方面的教学，就可以很好的解决这个问题。
当按操作步骤提示在计算机上安装完VMware Workstation6.5进行时，使用DOS命令提示输入Fdisk分区。
完成分区以后，重启虚拟机再进行Format格式化处理。
格式化完成后重起虚拟机就可以安装操作系统了。
当安装完操作系统重启后，再进行虚拟客户机操作系统的VMware Tools(工具包)驱动程序安装。
至此，一套新的操作系统就完成了，我们可以在这个平台上继续进行我们的实验了。
虚拟机的运用，有效的解决了该专业实验教学不能在公共机房进行的问题，对改善实验条件起到了很好的效果。
2 在计算机网络教学中的应用
我们以网络教学中搭建企业网为例来简述虚拟机在网络教学中的应用。
该实验要求使用4台计算机、两台交换机、一台路由器搭建一个常用的企业网网络，在工作组模式下完成Windows Server 2003的多种常用服务器配置;实现交换机VLAN划分，路由器的安全策略。
其中，WEB服务器和FTP服务器为PC1，打印服务器为PC2，接到Route和Switch 1上，PC3、PC4为普通网络计算机，接Switch 2，两Switch 互联。
为做好实验，我们在一台计算机上用虚拟机软件模拟出PC1和PC2，第二台计算机上模拟出PC3，PC4。
具体操作步骤如下：(1)在一台机上创建虚拟机，配置为512M、8G硬盘、以太网卡，CPU为虚拟;(2)在该虚拟机上安装WINDOWS 2003操作系统，设置网络模式为桥接模式;(3)按照实验的网络拓扑结构，连接各种设备;
(4)设置好每台虚拟机的IP地址，重新命名虚拟机的计算机名;(5)在Windows 2003系统上搭建WEB服务器、FTP服务器;(6)在交换机上按实验要求划分VLAN;(7)在路由器上按实验要求设置好路由器策略功能;(8)测试PC3、PC4能否访问PC1、PC2上的WEB服务器和FTP服务器，能否使用网络打印机。
虚拟机的使用，节约了网络资源，改善了教学效果。
3 在计算机网络安全教学中的应用
计算机网络安全涉及系统安全设置、系统漏洞的分析与攻防、计算机病毒和黑客入侵防范等内容。
为了让学生更好地明白系统配置方法，黑客攻防的原理，我们在教学中运用虚拟机模拟实验环境，让学生结合黑客工具软件进行漏洞扫描分析、进行实际的攻防操作，让学生们在各种攻击工具所造成的危害中进行分析和思考，从而加深对系统配置的理解及在实际操作中加强防范措施。
在系列的安全实验中，运用虚拟机所设置的实验环境对系统设备造成的危害最小，系统维护的工作量也最少，所起的效果也是最明显。
4 在操作系统教学中的应用
目前常用的计算机操作系统主要是：Windows系列和Linux系列。
计算机维护专业的教学要进行系统安装、Ghost系统还原等操作，并且绝大多数保护系统是针对Windows的，对Linux保护相对较弱，Linux系统安全再者如果是双系统的话， Linux系统更改，Windows还要重新进行安装，况且学生机房中还有着系统还原之类的保护措施，频繁的更改操作系统在公共机房也是不允许的。
诸多因素就造成对操作系统教学的不便使用虚拟机，就可以轻松化解这类问题。
我们在Windows系统下安装虚拟机，再去安装 Linux、对Linux更改设置、进行Ghost系统还原等。
5 在辅助教学中的应用
VMware Workstation还提供了一项很实用的功能：视频捕捉和屏幕截图。
对一些重复要讲的内容我们可以通过视频捕捉把要操作的内容进行适时录制或者进行截图，再通过投影设备展示给学生，这样既减轻了教师负担又节省了时间，还能充分利用现有设备解决教学问题。
总之，通过搭建虚拟机可以给计算机教学提供一个更安全、更真实的实验平台，降低实验成本，提高计算机课的教学效果，而且能培养学生发散思维能力能和提高学生的动手操作能力。
参考文献
[1] 王春海著.虚拟机技术与应用:配置、管理与实验.清华大学出版社,2007.
[2] 石志国著.计算机网络安全教程.清华大学出版社,2006.
[3] 何珍祥,任文.计算机实验教学的利器——虚拟机之应用研究.高校实验室工作研究,2010.2.
计算机虚拟技术在计算机教学中的应用【2】
摘 要 虚拟技术可以对计算机的硬件与软件进行分离，在计算机教学中对计算机虚拟技术做出应用，能够有效的降低计算机教学投入成本与管理难度，并使学生的学习突破时空限制，因此，计算机虚拟技术的应用可以作为提升计算机教学效率与质量的有效途径。
本文在对计算机虚拟技术、计算机教学中应用虚拟技术的必要性与优势做出论述的基础上，对计算机虚拟技术在计算机教学中的应用形式进行了探讨与论述。
【关键词】计算机 虚拟技术 教学 应用
1 计算机虚拟技术
计算机虚拟技术是对物理计算机中的资源开展分配的技术，如在物理计算机中，可以利用虚拟技术来构建具有独立硬件资源的虚拟机，并且可以运行多个相同或者不同的操作系统。
当前计算机虚拟技术已经在IT领域得到了广泛的应用，并成为了云基础架构构建中的重要技术之一。
从计算机虚拟技术的优势来看，计算机虚拟技术具有着更高的资源利用效率、更好的隔离性与安全性、更低的成本、更高的兼容性能以及更加便捷的管理，这些优势也决定了计算机虚拟技术可以在计算机教学中具有一番作为。
2 计算机教学中应用虚拟技术的必要性
我国高等教育规模的扩大对我国高等院校所具有的教育能力、教育水平等带来了挑战，从我国当前计算机教学的现状来看，一些院校受到教学条件的限制而体现出了计算机实训教学设备亟待完善的问题。
从计算机教学需求方面来看，由于计算机已经成为了当代人才必备的基本素养之一，所以无论学生的专业是否为计算机，都需要使用计算机实验室来提升自身的计算机素养，这也决定了计算机设备的完善是高等教育开展过程中必须要面临的重要问题。
从当前计算机教学所具有的教学能力来看，以计算机实训教学内容与任务为依据，学校在计算机实验室的完善中需要构建多种系统和应用环境以适应教学需求，在这种要求下，传统的计算机实验室已经难以满足计算机实训教学的需求，因此，提升计算机设备的多样性是提高计算机教学能力的必要途径。
然而对于学校的计算机实验室构建工作而言，不仅设备的完善需要投入较多的成本，而且计算机系统与应用环境的多样性也为设备的安装与维护带来了较大的困难，这些困难主要体现在以下几个方面：一是物理计算机具有着较为复杂的系统恢复操作。
在计算机教学过程中，学生并没有对计算机操作理论做出完全掌控，所以在计算机实践操作中，尤其是在网络攻防、系统安装等内容的教学中，不可避免的要对计算机硬件或者系统造成破坏，并且在学生上机之后，计算机也容易出现无法恢复到初始状态的问题，这种问题的存在将能够在一定程度上影响计算机的使用和教学的顺利开展.
二是在计算机系统不断发展的背景下，多样化的计算机教学内容要求使用不同的操作系统，但是计算机系统的安装与转换却十分繁琐，这给计算机实验室的维护和管理带来了较大难度;三是在传统的计算机实验室管理工作中，计算机设备的易用性和管理工作的开展存在矛盾。
如果在计算机教学中对计算机实验室进行开放性管理，则学生的上机行为则难以实现有效控制，而学生对计算机系统的改动会导致管理与维护出现困难。
但是如果在计算机教学中对计算机实验室开展严格管理，学生在实践操作会受到各种限制，因此学生难以体验到真实环境中的计算机实践操作，这会在一定程度上制约学生计算机素养的提升。
从大多数学校对计算机实验室的管理来看，还原卡的使用是解决以上问题的主要手段。
还原卡可以依靠网络克隆技术来对计算机系统进行还原，当物理物理计算机出现故障时，可以通过网络发送系统来解决故障，基于这种技术，计算机实验室中的软件与系统并不需要重复安装，然而这种技术也仅仅适用于一般的教学环境与教学要求，这主要是因为还原卡并非适用于所有系统，即便是能够在所有系统中都使用还原卡，也会导致磁盘占用过多与系统恢复较慢的问题出现。
3 计算机教学中虚拟技术所具有的优势
随着我国高职院校办学规模与教育质量需求的不断提高，许多高职院校都在教学方面投入了大量的人力资源与资金，并且以提升教学水平为出发点对实训基地、实验室等做出了完善，同时也对实验教学和实验资源的管理给予了较高重视。
但是从计算机教学方面来看，由于大部分高职院校在计算机教学设备的更新、教学场地的拓展方面都面临着高职院校扩招所带来的挑战，所以经费投入的欠缺导致了计算机实训设备有待完善的'问题，并且这一问题的存在也导致了高职院校学生没有机会参与更多的计算机实践联系，从而使学生的理论应用能力发展受到了制约，并限制了学生就业能力与就业竞争力的提升。
而虚拟技术的发展则可以为高职院校计算机教学的实践化与信息化发挥出重要的推动作用，将虚拟技术应用到计算机教学过程中，不仅可以有效降低计算机实训教学基地和设备建设所需要投入的成本，同时也能够在打破教学时空限制、提高学生参与计算机实训教学便捷性的基础上缓解计算机实训教学管理工作人员的管理压力，从而提升师生在计算机实践教学中的主动性与积极性。
从计算机教学实践方面来看，计算机虚拟技术的应用可以为计算机教学活动的开展创造一个接近与真实情境的教学环境，从而使计算机实践教学活动需求得到满足。
在计算机教学过程中，计算机虚拟技术所具有的优势主要体现为以下几点：
3.1 在计算机教学中，计算机虚拟技术的使用与维护更加便捷
在计算机教学过程中，可以在使用计算机虚拟技术的基础上，在一台计算机中制造模拟计算机，这些计算机有着独立的内存、操作系统与硬盘，并且可以独立运行，因此，在使用计算机虚拟技术开展计算机教学的过程中，即便是某一台虚拟机出现故障，真实存在的计算机以及其他虚拟机都不会被破坏，而对于出现故障的虚拟机，我们可以通过删除重建来完成维护，在此过程中，硬件部分并不需要更换。
3.2 在计算机教学中，计算机虚拟技术具有着更高的安全性和耕地的投入成本
由于使用计算机技术可以基于一台计算机模拟出多台虚拟机，因此可以在计算机教学中实现计算机的一机多用，因此，计算机虚拟技术在计算机教学中的应用有利于减少计算机实训教学投入成本。
另外，基于虚拟技术模拟的虚拟机具有着较强的环境适应性，当计算机实训教学要求产生改变时，学校并不需要依据这些要求来进行计算机设备的购置，而只需要改变虚拟机的配置即可，这也会降低计算机实训教学中设备完善所需要的投入成本。
相对于实体计算机而言，虚拟计算机的运行不会导致实体计算机面临计算机病毒等威胁，因此，从安全性能来看，基于虚拟技术模拟出的虚拟机具有着更好的安全性，而这也降低了计算机实训教学的管理难度。
3.3 在计算机教学活动中，基于虚拟技术模拟的虚拟机可以凭借较强的一致性来实现便捷安装
如果在虚拟技术的使用中，虚拟机的模拟需要复杂的流程和较多的时间，则可能会对教学效率产生负面影响，而事实上，虚拟机中的系统文件都是用映像包来存储，因此，在虚拟机的构建中，我们只需要通过复制映像包就可以完成移植，较强的移植性提高了虚拟机的构建速度，并且可以确保虚拟机配置的一致性。
同时，将计算机虚拟技术应用到计算机教学中，可以在很大程度上来完善传统计算机教学中亟待改善的问题，作为计算机教师，只要确保自身的物理计算机具有正常的操作系统，就可以确保教学设备的可使用性，并且虚拟机的便携性、易用性也可以在一定程度上推动计算机教学效率的提升。
3.4 基于虚拟技术构建的虚拟机同样具有着联网能力
因此，对于具有不同教学任务与教学目标的计算机实训教学活动，虚拟机都可以满足其要求。
另外，虚拟机的构建本身就可以成为计算机实训教学中的内容，这要求教师引导学生来了解虚拟机构建中的理论与操作方法，并要求学生在计算机实训或者日常生活中进行虚拟机的组建。
当然，教师有必要将虚拟机在日常生活中的作用告知学生，如在预防病毒方面虚拟机所具有的良好表现等，从而推动学生学习兴趣和学习积极性的提升。
4 计算机虚拟技术在计算机教学中的应用
4.1 构建多系统环境
教学机教学具有着多样化的教学内容，而教学内容的差异对计算机系统环境也具有着不同的要求，为了满足这些不同的计算机系统环境要求，学校可以采用虚拟技术来构建具有多种系统环境的虚拟计算机。
无论是搭载哪一类计算机系统，虚拟计算机在完成文件部署滞后就可以通过启动来实现正常运行。
而对于物理计算机而言，虚拟计算机仅仅是一个子系统，这种子系统可以对多种操作系统进行兼容从而实现一个物理计算机中系统的多样性。
另外，在物理计算机中，可以利用计算机虚拟技术来构建一个虚拟的局域网，局域网中的网络运行情况与真实的局域网网络运行情况相一致，因此，在计算机实训教学中，可以有效解决网卡冲突等问题，并且学生在学习如局域网搭建等教学内容的过程中也并不需要操作多台计算机，这不仅可以降低物理计算机出现损坏与故障的几率，同时可以降低计算机实验室的维护成本。
4.2 实现便携式计算机
在传统的计算机教学过程中，学生只能在实践教学课堂中通过上机来对教学内容做出练习，这种时空限制导致了学生在课后并没有太多接触真实操作实验环境的机会。
然而计算机虚拟技术在计算机教学中的应用却可以有效突破这种时空限制，这主要是因为虚拟机文件可以让学生通过便携式拷贝设备来进行存储，并带出计算机实验室。
只要是在由物理计算机的环境下，学生就可以将这些文件拷贝到物理计算机中并获得如同实践教学课堂中一样的虚拟机体验。
这种功能的实现得益于虚拟计算机文件是在宿主机中以文件的形式存储，这让虚拟机具有了十分强大的便捷性与一致性。
另外，在计算机教学中，当教师需要开展计算机技术讲座而讲座地点的计算机环境并不允许相关软件运行时，教师也可以通过发挥虚拟计算机的便携性来解决不兼容的问题，在此方面，教师需要携带的只是一个U盘或者是移动硬盘，而并不需要写到笔记本甚至是体积更大的物理计算机。
4.3 构建网络教室
在计算机教学过程中，传统物理网络教室需要用户进行远程登录，在这种网络教室中，首先较差的隔离性导致物理计算机需要面对更加严重的安全威胁，并且会让物理计算机存在宕机甚至系统崩溃的风险;其次权限较低也是这种网络教室的重要缺陷，用户在使用这种网络教室的过程中，管理者为了确保物理计算机能够在安全的环境下运行而限制了用户权限，当学生不能修改系统设置、不能进行软件安装时，学生计算机素养的提升也会受到限制;再次，在这种网络教室中，资源分配存在着一定的不合理性，当一个学生使用的资源较多时，就会对其他学生的资源进行占用，甚至会导致计算机系统所具有的运行速度降低。
而基于虚拟技术基础上构建的虚拟网络教室则能够实现一人一机，当然这种网络教室同样具有着缺陷，即用户之间所进行的交互以及虚拟机的启动速度是需要解决的难点问题。
但是虚拟网络教室所具有的有点也同样明显，相对于传统物理网络教室而言，虚拟网络教室可以实现对虚拟机进行隔离，这让虚拟机具有了更好的独立性与隔离性。
同时在对虚拟机进行使用的过程中，学生都具有着管理员身份，因此，学生具有着虚拟机中最高的操作权限，这能够在很大程度上确保学生能够获得良好的上机体验。
另外，虚拟机的配置在设定之后不会受到其他虚拟机的影响，所以在资源的分配方面更加合理。
5 小结
综上所述，计算机虚拟技术在计算机教学中具有着重要的应用价值，因此作为计算机教育工作者，应当对计算机虚拟技术的应用做出探索与研究，并通过优化计算机教学中的计算机虚拟技术以及推动计算机教学中虚拟技术应用的多样化来实现计算机教学质量和教学效率的提升。
参考文献
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