談虛擬機在中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

付小林

（宜春市上高二中，江西宜春336400）

談虛擬機在中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

付小林

（宜春市上高二中，江西宜春336400）

虛擬機具有安全穩(wěn)定、高效經(jīng)濟(jì)、功能全面和可記錄性等技術(shù)特點，可以充分挖掘現(xiàn)有計算機硬件資源的潛力，降低安全風(fēng)險和資源成本。將虛擬機應(yīng)用于中小學(xué)信息技術(shù)課程教學(xué)，可以突破已有硬件資源局限，在受保護(hù)的計算機虛擬環(huán)境里開展系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件安裝、局域網(wǎng)構(gòu)建、信息安全教育等活動，能有效幫助學(xué)生理解某些抽象概念和原理、熟練掌握計算機操作技能，培養(yǎng)學(xué)生的實踐與創(chuàng)新能力。

虛擬機；宿主機；信息技術(shù)教學(xué)

虛擬機是近年來出現(xiàn)的一種新興計算機技術(shù)。它利用某種虛擬機軟件，以一臺真實計算機（Host Machine）的操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過將宿主機上的一部分硬盤和內(nèi)存進(jìn)行組合，虛擬出一臺或若干臺邏輯機器（Virtual Machine），每臺機器擁有獨立的虛擬硬件設(shè)備，如BIOS、內(nèi)存、硬盤、軟盤、顯卡、網(wǎng)卡等。從各個虛擬客戶系統(tǒng)角度看，它們都是一個完整的系統(tǒng)，但從宿主機系統(tǒng)的角度來看，每個客戶系統(tǒng)都是在宿主機上獨立運行的應(yīng)用進(jìn)程，它們分別采用獨立的地址空間，彼此之間沒有任何關(guān)聯(lián)。客戶系統(tǒng)的內(nèi)存來自于宿主機的內(nèi)存，客戶系統(tǒng)里的硬盤也是虛擬的，實際對應(yīng)于物理硬盤上的文件。[1]在實際應(yīng)用中，可以像使用宿主機一樣對虛擬機進(jìn)行分區(qū)、格式化、安裝系統(tǒng)和應(yīng)用軟件等操作，模擬出若干個計算機操作系統(tǒng)，還可以將幾個操作系統(tǒng)組建成一個網(wǎng)絡(luò)。[2]虛擬機的出現(xiàn)，為信息技術(shù)教學(xué)提供了廉價、安全、高效的實驗環(huán)境。

一、虛擬機的安裝與設(shè)置

由于虛擬機的內(nèi)存直接從宿主機的物理內(nèi)存中劃分，因此要比較流暢地運行虛擬機系統(tǒng)，宿主機需要較高的硬件配置。建議宿主機的內(nèi)存在512MB以上，CPU盡量使用包含超線程技術(shù)(Hyper-Threading Technology)或多核技術(shù)的處理器。要完成一個虛擬機系統(tǒng)的搭建，必須要通過以下步驟：首先在宿主機操作系統(tǒng)(Host OS)中安裝虛擬機軟件，然后在虛擬機軟件中新建虛擬機，并且為虛擬機安裝操作系統(tǒng)，最后配置虛擬操作系統(tǒng)。目前建立虛擬機的軟件主要有VMware和Virtual PC。下面以VMware為例介紹虛擬機的安裝和配置過程。

1.安裝虛擬機軟件

VMware是VMware公司出品的一款虛擬機軟件產(chǎn)品，分若干不同版本，針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域，它們包括VMware Workstation、VMware Server、VMware ESX Server、VMware Converter、VMware Player、VMware LabManager。其中，VMware Workstation針對專業(yè)開發(fā)人員，利用它可以在一臺計算機上同時運行多個基于X86架構(gòu)的操作系統(tǒng)，它提供的功能完全滿足信息技術(shù)教學(xué)的要求。可以下載虛擬機軟件安裝包(下載地址如：http:// www.vmware.cn，版本為VMware Workstation)，去除硬盤保護(hù)卡的保護(hù)，按照軟件安裝提示安裝虛擬機軟件。

2.建立虛擬機系統(tǒng)

（1）新建虛擬機。單擊“新建虛擬機”圖標(biāo)，啟動虛擬機創(chuàng)建向?qū)ВO(shè)置虛擬機的操作系統(tǒng)類型、名稱、虛擬機文件存放在宿主機中的位置（注意放置在不受保護(hù)的硬盤分區(qū)上）、內(nèi)存大小、聯(lián)網(wǎng)方式、硬盤大小和接口類型等參數(shù)。

（2）啟動虛擬機。這個過程和PC的啟動過程沒有什么不同。當(dāng)虛擬機進(jìn)行開機自檢時，按F2可以進(jìn)入BIOS設(shè)置。

（3）安裝虛擬操作系統(tǒng)。將安裝光盤放入光驅(qū)并在BIOS中設(shè)置從光盤啟動，然后即可以根據(jù)提示在虛擬機中安裝操作系統(tǒng)，其安裝過程和在真實計算機中安裝操作系統(tǒng)的過程完全相同。

需要注意的是，VMware是用兩個文件記錄虛擬機的信息：一個是配置文件（*.vmx），記錄虛擬機的硬件資料如內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)卡、聲卡的類型大小等信息；另一個是磁盤文件，記錄在虛擬機上安裝的操作系統(tǒng)、存儲的文件等信息。

3.配置虛擬操作系統(tǒng)

虛擬操作系統(tǒng)安裝好之后，按照平常操作系統(tǒng)的設(shè)置方法進(jìn)行設(shè)置。在VMware創(chuàng)建的虛擬操作系統(tǒng)中，設(shè)置主要包括虛擬設(shè)備的配置文件修改、虛擬機工具（VMware Tools）的安裝和應(yīng)用軟件的安裝。VMware提供了一個VMware Tools的驅(qū)動包，通過它來優(yōu)化虛擬設(shè)備的性能，其安裝方法和在操作系統(tǒng)中安裝工具軟件一樣。同時，點擊“虛擬機”菜單欄下的“設(shè)置”按鈕，可看到相關(guān)參數(shù)設(shè)置虛擬機的硬盤、內(nèi)存有多大，是否有并口、串口，是否有網(wǎng)絡(luò)等。

二、虛擬機的技術(shù)特點與教學(xué)應(yīng)用價值

虛擬機主要有以下三大特點，為其教學(xué)應(yīng)用提供了便利條件：

1.虛擬機運行的安全性

因虛擬機系統(tǒng)通常是宿主機上的兩個文件（配置文件和安裝文件），在虛擬機中的操作都是在這些文件中虛擬進(jìn)行的，所以，一些危險的操作一般不會損壞宿主機上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。虛擬機軟件還提供了還原功能，以VMware為例，可先通過工具欄上的快照按鈕保存當(dāng)前虛擬系統(tǒng)狀態(tài)，一旦虛擬機出現(xiàn)問題，可單擊還原按鈕恢復(fù)問題出現(xiàn)前的狀態(tài)。

在信息技術(shù)教學(xué)中，某些系統(tǒng)維護(hù)實驗，如磁盤分區(qū)、格式化、安裝操作系統(tǒng)、系統(tǒng)備份與恢復(fù)等，由于有硬盤保護(hù)卡的保護(hù)無法順利進(jìn)行，而一旦取消硬盤保護(hù)卡，這些實驗的反復(fù)進(jìn)行又會對硬件系統(tǒng)造成一定程度的損傷；另外一些操作如計算機病毒防護(hù)和網(wǎng)絡(luò)安全等實驗，存在很大的風(fēng)險，不能直接在宿主機上進(jìn)行。此時，利用虛擬機提供的安全、獨立的操作環(huán)境，可以方便學(xué)生進(jìn)行反復(fù)實驗和開展各種信息安全實驗活動。

2.虛擬機系統(tǒng)功能的全面性

虛擬機上安裝的操作系統(tǒng)擁有與之對應(yīng)的真實操作系統(tǒng)的幾乎全部的功能。虛擬機擁有利用宿主機的設(shè)備虛擬而成的、標(biāo)準(zhǔn)的、兼容性最好的虛擬設(shè)備，有自己的BIOS，可以用同樣的方法更改BIOS的參數(shù)設(shè)置。同時，每一個在宿主機上運行的虛擬機操作系統(tǒng)都是相對獨立的，可以擁有自己獨立的網(wǎng)絡(luò)地址，就像單機運行一個操作系統(tǒng)一樣，提供全部的功能，利用虛擬機可以在一臺電腦上安裝多個虛擬客戶操作系統(tǒng)，從而可以將多個虛擬操作系統(tǒng)組成一個網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。而且，它不需要通過安裝多操作系統(tǒng)，關(guān)閉和重新啟動宿主機就可以快速地在一臺宿主機上啟動并同時運行一個或若干個操作系統(tǒng)。

在信息技術(shù)教學(xué)過程中，有些實驗如多機互聯(lián)的局域網(wǎng)實驗，Telnet、FTP等各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的配置，遠(yuǎn)程訪問，需要用到多臺計算機和多種設(shè)備，如果現(xiàn)有的硬件條件無法滿足則無法開展；還有些實驗需要操作系統(tǒng)重新引導(dǎo)后方能開展，費時費力。顯然，使用虛擬機可以非常方便地滿足這些教學(xué)需要。

3.虛擬機操作的可記錄性

虛擬機軟件一般都提供屏幕截圖(Capture Screen)和視頻捕捉(Capture Movie)功能，借此可以方便地截取在虛擬機操作系統(tǒng)中的操作過程，制作演示教程。

在信息技術(shù)教學(xué)的某些過程中，有時由于系統(tǒng)環(huán)境配置或設(shè)備條件限制等原因無法進(jìn)行現(xiàn)場演示，利用VMware的屏幕截圖(VM＞Capture Screen)或者視頻捕捉(VM＞Capture Movie)功能可以把原有的操作過程及顯示效果制作成視頻課件，課堂講解時配以課件的播放，或者直接在虛擬機中進(jìn)行操作演示，可以幫助學(xué)生理解抽象的概念、原理和操作過程。

三、虛擬機適用的信息技術(shù)教學(xué)內(nèi)容與使用方法

根據(jù)當(dāng)前中小學(xué)信息技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容，特別是普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中的內(nèi)容模塊，在如下課程內(nèi)容的教學(xué)中可以運用虛擬機開展教學(xué)，以達(dá)到事半功倍的效果。

1.系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的安裝

因微機硬盤大都加了保護(hù)卡，學(xué)生對硬盤受保護(hù)分區(qū)的修改在每一次重新開機后都會恢復(fù)到先前的狀態(tài)。如此，學(xué)生無法完成硬盤的分區(qū)和格式化，無法安裝操作系統(tǒng)并進(jìn)行配置，也無法安裝新的應(yīng)用軟件。通過VMware虛擬機軟件中的屏幕截圖(VM＞Capture Screen)，教師可以先錄制操作系統(tǒng)安裝相關(guān)的操作過程，并利用Flash等軟件制作成一個簡單的操作系統(tǒng)模擬安裝軟件，讓學(xué)生先利用該模擬安裝軟件初步了解操作系統(tǒng)的安裝過程；然后，引導(dǎo)學(xué)生利用VMware虛擬機軟件親身經(jīng)歷BIOS設(shè)置、硬盤分區(qū)、操作系統(tǒng)安裝、操作系統(tǒng)配置、應(yīng)用軟件安裝的整個標(biāo)準(zhǔn)過程。之后，通過VMware虛擬機軟件工具欄上的“快照”功能保存當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)，并鼓勵學(xué)生嘗試?yán)肰Mware虛擬機軟件進(jìn)行一些異常狀況下的操作系統(tǒng)恢復(fù)安裝等操作，從而達(dá)到全面掌握操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件安裝的技能。

2.局域網(wǎng)的構(gòu)建

局域網(wǎng)的構(gòu)建往往要用到多臺計算機，而大多數(shù)微機實驗室都不允許學(xué)生隨意更改網(wǎng)絡(luò)配置參數(shù)，也沒有提供學(xué)生進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置的硬件環(huán)境。利用虛擬機在一臺電腦上安裝多個虛擬客戶操作系統(tǒng)，將多個虛擬操作系統(tǒng)組成一個網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，這樣在實驗時，每個學(xué)生在自己的計算機上就可以進(jìn)行多臺電腦的網(wǎng)絡(luò)配置。在教學(xué)中，教師可以事先用一臺學(xué)生機建立實驗所需要的多個虛擬機，每個虛擬機的網(wǎng)卡網(wǎng)絡(luò)方式為Bridged(橋接)方式，然后把記載這些虛擬機參數(shù)的文件放到服務(wù)器上共享。學(xué)生利用教師提供的配置文件和磁盤文件來建立虛擬機，在不用對硬盤進(jìn)行分區(qū)、格式化和安裝操作系統(tǒng)的情況下，就可以快速地建立實驗所需的虛擬機了。操作步驟如下：

首先復(fù)制備份文件到硬盤指定目標(biāo)；然后啟動新建虛擬機向?qū)В凇斑x擇一個磁盤”的三個選項中選“使用已存在的磁盤鏡像文件來建虛擬磁盤”，然后選備份磁盤文件；最后，修改各虛擬機的計算機名和IP地址，以方便安裝網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)實驗。

3.信息安全教育

（1）病毒、木馬與黑客攻擊的工作原理與防治

病毒是附著在其他程序上的可以實現(xiàn)自我繁殖的程序代碼。為了讓學(xué)生從防毒、查毒、解毒三方面來掌握對計算機病毒的防治，并養(yǎng)成規(guī)范使用計算機的習(xí)慣，可以在虛擬機中以尼姆達(dá)病毒的防治和清除的過程為例講解病毒清除的一般過程：首先通過VMware虛擬機軟件新建兩個相同環(huán)境的虛擬客戶系統(tǒng)。然后從網(wǎng)絡(luò)上或QQ上收集病毒樣本。選擇一臺虛擬機客戶系統(tǒng)打上微軟官方的補丁，并安裝天網(wǎng)個人版防火墻，利用防火墻查找IE漏洞并自動修復(fù)它，最后安裝病毒檢測軟件；另外一臺虛擬客戶系統(tǒng)不做以上安全防范措施。在兩臺虛擬客戶系統(tǒng)中運行病毒樣本，觀看兩個系統(tǒng)的不同反應(yīng)。在感染病毒的虛擬客戶系統(tǒng)中，運行病毒專殺工具或使用手動清除的辦法清除病毒。

木馬攻擊是現(xiàn)在因特網(wǎng)環(huán)境下計算機最容易遇到的網(wǎng)絡(luò)攻擊之一。出于安全考慮，該實驗在正常的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下是不容易完成的。為了讓學(xué)生了解木馬攻擊的原理，在虛擬客戶系統(tǒng)中進(jìn)行實驗是一個最佳選擇。在教學(xué)中可以選擇國內(nèi)最著名的“冰河”木馬程序來進(jìn)行測試，基本步驟如下：在一臺虛擬客戶系統(tǒng)中運行客戶端控制程序G_Client.exe，點擊菜單“文件”下的“自動搜索”，在“起始域”編輯框中輸入要查找另外的虛擬客戶系統(tǒng)的IP地址范圍，然后點“開始搜索”按鈕，在右邊列表框中顯示檢測到已經(jīng)在網(wǎng)上的計算機的IP地址。顯示“OK”的計算機曾經(jīng)運行過G_Server.exe，也就是可以被黑客控制了，同時它的IP地址在“文件管理器”里顯示出來。點擊任何一個，在“當(dāng)前連接”的編輯框里就顯示這一個地址，通過點擊“文件管理器”或“命令控制臺”可以對對方主機發(fā)起攻擊。冰河木馬程序的刪除方法則可以讓學(xué)生自己在網(wǎng)絡(luò)中尋找，以鍛煉學(xué)生解決問題的能力。

（2）數(shù)據(jù)保護(hù)與恢復(fù)

數(shù)據(jù)的丟失通常由于計算機用戶自身的誤操作、病毒或黑客的入侵造成。在一般情況下，普通用戶可以借助于專業(yè)的恢復(fù)軟件即可恢復(fù)丟失的數(shù)據(jù)。在教學(xué)中以FinalData軟件為例，恢復(fù)誤刪除的數(shù)據(jù)和硬盤被重新分區(qū)或者格式化后的數(shù)據(jù)。基本步驟如下：

在一臺虛擬客戶系統(tǒng)中拷貝文件test.txt到指定文件夾，再刪除該文件；然后運行FinalData軟件，進(jìn)入其操作界面，選擇“文件”、“打開”，選擇要恢復(fù)數(shù)據(jù)的磁盤，單擊“確定”掃描該磁盤，已刪除列表中顯示已刪除的文件，選擇文件進(jìn)行恢復(fù)即可。

結(jié)束語

在當(dāng)前中小學(xué)校面臨計算機軟硬件更新?lián)Q代又缺乏充足經(jīng)費的形勢下，有效利用虛擬機的技術(shù)特點，充分挖掘現(xiàn)有計算機硬件資源的潛力，將有助于信息技術(shù)課程在保質(zhì)保量的前提下健康、持續(xù)開設(shè)。

[1]龔巧華，江魁.基于虛擬機的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗平臺[J].教育信息化，2006，（8）：35-36．

[2]曲鼎，王崗.PC實用之道:病毒與黑客攻防[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006：9．

（編輯：王天鵬）

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1673-8454（2010）08-0025-03