基于Virtual PC計算機虛擬實驗環境構建與教學的研究

黃宇靖

（惠州衛生職業技術學院，廣東 惠州 516025）

基于Virtual PC計算機虛擬實驗環境構建與教學的研究

黃宇靖

（惠州衛生職業技術學院，廣東 惠州 516025）

通過對當前計算機實驗室管理與實踐教學中存在問題的分析，提出基于Virtual PC構建計算機虛擬實驗環境，不但可以解決當前機房管理上的問題，還可以提高學生的操作能力，為計算機課程的實踐教學提供一個良好的方案。

Virtual PC；虛擬實驗環境；計算機教學

計算機應用基礎是操作性很強的一門基礎課，需要學生通過大量的上機實踐才能完成教學目標。由于機房管理的需要，為了保護硬盤數據以及快速備份與恢復數據，我院對機房內所有的計算機都安裝了還原精靈，以限制學生的操作，確保操作系統的安全。這種做法在很大程度上保證了機房的正常使用，也減輕了實驗管理人員維護機房的工作量，但隨之而來的問題是：教師無法向學生演示如BIOS（基本輸入輸出系統）的設置，硬盤的分區、格式化，操作系統的安裝、維護、設置，系統還原等操作，學生也無法自行上機實踐相關教學內容。為解決這一問題，一直以來的做法是通過錄屏軟件，將相關操作錄成視頻向學生展示，以彌補實踐教學環節的缺失，但是教學效果不盡如人意，大多數學生表示對此教學內容無法理解，希望有更多的動手機會。

同時，計算機應用基礎課程面向全院學生，在機房管理中還存在如下問題：（1）計算機數量眾多，管理難度大；（2）實驗管理人員不足，導致實驗管理人員工作量大；（3）機房使用率高，造成計算機損耗過快。

如何更科學有效地進行機房管理，給學生提供更多的動手機會呢？通過多方探索與實踐我們發現，采用虛擬機技術能解決機房管理與教學實踐的矛盾[1-2]。

1 什么是虛擬機

虛擬機（VirtualMachine）指通過軟件模擬的，具有完整硬件系統功能的、在一個完全隔離環境中運行的完整計算機系統。虛擬機具有與真實操作系統完全一樣的功能，并且用戶在虛擬機上的一切操作不會對真實系統產生影響。

采用虛擬機構建虛擬實驗環境及進行教學實踐的優點在于：（1）一臺物理計算機上可以同時建立多個不同操作系統的虛擬機。（2）虛擬機與物理機之間可以進行文件共享、網絡訪問等。（3）虛擬機的一切操作不會對物理機的安全性產生影響。

2 計算機虛擬實驗環境的構建

目前流行的虛擬機軟件有VMware公司的VMware workstation、Oracle公司的Virtual Box和Microsoft公司的Virtual PC，這3款軟件都虛擬或仿真了Intel x86硬件環境，通過上述3款虛擬機，我們還可以安裝多種其他的“客戶”操作系統。由于Virtual PC安裝程序較小，操作簡單方便，可滿足非計算機專業學生進行計算機系統維護方面的學習實踐。因此，筆者提出基于Virtual PC的計算機虛擬實驗環境的構建及教學。

與真實計算機實驗室建設一樣，第一步，分區，安裝操作系統、驅動程序、工具軟件、應用軟件等；第二步，在物理操作系統的基礎上安裝虛擬機Virtual PC；第三步，在虛擬機上安裝操作系統，其與在物理機上安裝操作系統的步驟是一樣的；第四步，將Windows XP、Win2003 Server系統光盤的鏡像文件存放在D盤，以便學生練習操作系統的安裝使用。具體做法如下：（1）系統規劃設置。首先是在C盤安裝好操作系統、各種工具軟件、教學軟件、還原精靈、網絡設置，同時將虛擬機Virtual PC、Windows XP、Win2003 Server等系統光盤的鏡像文件也保存在D盤內。（2）虛擬機設置。Virtual PC的安裝十分智能，根據向導提示即可完成虛擬機的安裝。但需要注意的是，在默認情況下，虛擬內存分配較小，而且虛擬硬盤也沒有指定。所以在完成虛擬機的安裝后，首先要進行虛擬內存與虛擬硬盤的分配與設置，可以在“操作”菜單“設置”命令下對其進行重新劃分。（3）虛擬操作系統安裝。在Virtual PC控制臺選擇剛建立好的虛擬機啟動后，在“CD”菜單選擇“載入ISO映像”，載入事先準備好的鏡像文件，并在“操作”菜單選擇“復位”（相當于真實計算機的重啟），則會進入光盤啟動模式，接下來的工作和以往裝機的步驟一樣：①在啟動菜單中選擇WinPE光盤系統啟動虛擬機；②在WinPE下使用磁盤精靈（Disk Genius）對虛擬硬盤進行分區與格式化；③使用GHOST軟件進行系統恢復操作。完成后的效果見圖1。至此，基于Virtual PC的計算機虛擬實驗環境就建立起來了。當然，根據實際教學的需要，我們還可以在一臺虛擬機上安裝多個操作系統，便于實踐教學的需要，也可以只安裝一個虛擬系統，其他操作系統由學生自己動手完成，以提高學生的操作能力。

圖1 Virtual PC上的虛擬操作系統

3 虛擬實驗環境在機房管理與教學實踐中的應用

3.1 虛擬實驗環境在機房管理中的應用

虛擬實驗環境的建立在很大程度上可以降低系統維護的成本，提高工作效率，優點包括：（1）虛擬系統可以通過鏡像文件快速恢復，而且不會對硬盤造成損耗，降低了教學成本；（2）虛擬系統的崩潰不影響真實操作系統的使用，不影響正常教學，減輕了實驗管理員維護系統的壓力；（3）虛擬機虛擬的硬件都是標準硬件，可有效解決硬件的兼容性問題，降低了實驗管理員的工作強度；（4）一臺虛擬機上可以同時運行多個不同的操作系統，便于學生的實驗操作，提高了計算機實踐教學效率。

3.2 虛擬實驗環境在計算機教學中的應用

3.2.1 操作系統的實踐教學 計算機實踐教學的一個突出特點就是在計算機環境下進行計算機教學演示，這一特點的好處是教學實踐過程就是實際的操作應用，但缺點也非常明顯：所有的演示與實踐都是在已建立的操作系統之上進行，不能進行如磁盤分區、格式化、操作系統安裝、系統備份與恢復等操作，而且這些操作不可避免地會對磁盤數據造成影響甚至破壞，特別是一些錯誤操作很容易導致系統崩潰，進而影響后續班級的正常教學。

建立了虛擬實驗環境后，由于一臺虛擬機可同時運行多個虛擬操作系統，而且虛擬操作系統間的切換無需重啟計算機，這就為課堂教學帶來了極大的便利：（1）教師可以直接在虛擬機上對不同的操作系統進行演示，有助于學生直觀學習；（2）教師可以直接在虛擬機上進行磁盤分區、格式化、BIOS設置、系統備份等操作；（3）學生可以直接按照教師的演示，在虛擬機上進行同樣的操作，可以多次練習、重復操作，并且不用擔心由此對系統造成的破壞。虛擬機的使用增加了學生實際操作的機會，讓學生成為了學習的主體[3]。

3.2.2 網絡應用與安全的實踐教學 在虛擬實驗環境下，使得局域網的組建、WEB與FTP服務器的配置等網絡實踐教學成為可能。教師可以指導學生在一臺虛擬機上建立多個相同或不同的操作系統，然后給學生演示各種網絡環境的設置，接著讓學生自行上機實踐，并完成實驗報告。這樣不但提高了學生的動手能力，而且降低了教學成本。

另外，針對當前網絡安全的嚴峻形勢，教師可以在虛擬機上植入病毒進行系統安全及防御實驗，避免了以往對于網絡安全只能進行口頭講述的空洞教學，讓學生對系統安全及防御技術有了更直觀的理解。

3.2.3 軟件測試與輔助的實踐教學 當前新技術層出不窮，各種軟件、工具不斷更新，但在實際教學中，一方面為了保證正常教學秩序，不允許學生隨意安裝卸載程序；另一方面，由于網絡上各種程序的安全性不確定，出于穩定性考慮，也不便于安裝，從而影響了教學對這一方面的研究探索。但在虛擬教學環境下，這些都不再成為障礙，可以放心下載安裝各種程序進行各種操作，方便學生進行自主學習、自主探索。另外，使用虛擬機進行輔助教學時，一來可以解決計算機實驗室軟件版本與教師教學版本不一致的問題，便于教師課堂教學演示；二來可以解決某些操作在真實計算機上無法廣泛演示的問題；三來有助于學生自行實踐操作。

4 其他問題

在虛擬系統的運行中，曾一度出現Virtual PC控制臺不能正常顯示的問題。點擊右下角的系統圖標，選擇“顯示Virtual PC控制臺”，也不能顯示控制臺的窗口，但是可以顯示虛擬操作系統啟動的界面。經過反復測試，最后發現，右鍵單擊任務欄的“Virtual PC控制臺”，然后左鍵單擊“移動”，再單擊鍵盤上的光標鍵，即可解決這一問題。

5 結語

通過Virtual PC構建計算機虛擬實驗環境，為計算機的機房管理以及教學實踐中存在的問題提供了良好的解決方案。經過一個多學期的實踐與應用，對該虛擬教學系統的安全性、穩定性、有效性都給予了充分肯定，同時也給學生提供了更加自由的操作空間，調動了學生學習的積極性，也提高了計算機應用基礎的教學質量。

[1]余先虎.VMware虛擬機在網絡實驗教學中的應用[J].計算機時代，2013（6）：20-22.

[2]王軍偉.使用微軟的Virtual PC2007構建虛擬實驗環境研究[J].中小企業管理與科技，2009（30）：283-284.

[3]李培根.讓學生自由發展——也談教育的目的[J].高等教育研究，2010（11）：1-3.

G40-057

A

1671-1246（2015）12-0035-03