中等職業學校計算機教學實驗環境的構建

【摘要】計算機實驗教學課往往需要多主機、多操作系統環境，這樣的環境不僅前期的投入大，而且維護也較復雜。本文針對中職學校計算機課程教學中實踐教學環節遇到的問題，分析了使用“虛擬機”技術構建計算機教學實驗環境的優越性。

【關鍵詞】中等職業學校;計算機教學;實驗環境;虛擬機;構建

一、引言

隨著科學技術的進步與發展，計算機硬件與軟件的發展日新月異。由于計算機科學的發展，許多中職學校的計算機學科教學與實踐出現了發展需求與現實設備不相匹配的矛盾，表現在計算機硬件資源與操作系統更新相比速度滯后，計算機專業的實踐教學也因此受到較大影響，這是國內許多中職學校面臨的問題。

虛擬機技術是解決以上問題的一個很好技術途徑。虛擬機是指利用軟件虛擬出來的計算機，是在現有的操作系統上虛擬出來的一個新的子系統。其中，運行虛擬機的計算機分為主系統和子系統，主系統就是用戶的計算機直接控制操作系統和硬件，稱為宿主機，子系統則是利用軟件在主系統中虛擬出來一個硬件環境，稱為客戶機或虛擬機。由主系統（宿主機）創建的虛擬機，與真實的計算機幾乎一模一樣，不但有自己獨立的CPU、硬盤、內存及各種硬件，甚至還有自己的BIOS。用戶也可以在虛擬機上安裝Windows、Linux等真實的操作系統及各種應用程序，而且用戶在虛擬機中的任何操作均不會對主系統造成任何影響。

二、中職學校利用“虛擬機”技術構建計算機實驗環境的必要性

在教學實踐過程中，實驗環境與教學實踐活動存在著一些不協調的地方，使得教學質量不能得到有效的保證，具體表現為：

1、計算機的硬件環境是整個計算機網絡實驗的基礎，包括獨立的計算機、相關的連網設備，還要有能夠和其它網絡互連的設備和工具。然而，一般學校沒有真正獨立的計算機網絡技術實驗室，從而導致許多網絡技術實驗根本無法開展。此外，在網絡實驗中，常需使用雙機或多機，但現有的教學條件無法實現給單個學生用兩臺或多臺機器，只能互為主從機進行，如果要在從機上操作，只能讓其他同學代勞，并且在涉及到更復雜的諸如局域網與局域網間的實驗時，實驗室往往無法給每個小組都提供相應的實驗環境，影響了實驗進度及效果。

2、計算機管理限制某些實驗的內容在計算機機房進行，管理人員出于管理的方便，往往采取了一系列的技術手段，以確保計算機設備的正常運行。比如，通常都安裝了硬盤保護卡或安裝了恢復精靈等機房管理軟件，防止學生刪除系統文件或格式化硬盤。這對于一般的應用類操作或程序語言類的實習而言當然不會受影響，但一般涉及底層的操作實習如硬盤的分區操作、系統的安裝、硬件的驅動程序安裝、網絡參數的設置等，由于這些操作對計算機系統有“破壞性”或會影響其他的實習，基本上不會給予練習，只能理論上講解，使得學生日后使用計算機時很難處理這類的問題。

三、應用虛擬機技術構建網絡教學實驗環境舉例

下面以“組建帶有域控制器的網絡”為例介紹如何利用虛擬機軟件VMWare構建進行主機與虛擬機之間的網絡實驗。以下步驟可全部由學生在單機上自行完成。通過這個實驗學生可以掌握網絡操作系統的安裝、配置以及組建帶有域控制器的網絡的過程。

1、主機的設置

主機的操作系統選用Windows 2000 Server，使用的虛擬軟件是VMWare workstation 4.0。CPU的主頻是2.4GHz，512M內存，60G硬盤，主機IP地址是192.168.0.1，網關為192.168.0.1，子網掩碼為255.255.255.0。

2、虛擬機的設置

主機上運行VMWare，并通過安裝向導安裝好所需虛擬操作系統Windows2000 Professional，然后對虛擬機的硬盤進行分區格式化，并在光驅中放入Windows2000 Professional的安裝光盤（或使用主機硬盤上的安裝光盤鏡像文件）進行操作系統的安裝。安裝好的虛擬機的參數如下：虛擬機名稱：Windows 2000 Professional;虛擬機內存：192MB;虛擬機硬盤類型：IDE;虛擬機硬盤大小：4GB;網絡連接方式：橋接網絡;虛擬機IP地址是192.168.0.2，網關為192.168.0.1，子網掩碼為255.255.255.0。

3、利用主機與虛擬機進行帶有域控制器的網絡實驗

將主機設置為域控制器，并將域名設置為“Server”;在主機中添加域用戶，設置好用戶名（如stu1）和密碼（如123456）。在虛擬機中新建一帳戶，用戶名和密碼同主機中的域用戶的設置，然后用這個帳戶登錄域。登錄過程如下：在虛擬機中“我的電腦”的“屬性”設置中，在“標識更改”窗口中把“隸屬于”選擇為“域”，同時在下面輸入域名“Server”，點擊“確定”按鈕后根據提示將虛擬機加入域。

至此，帶有域控制器的網絡實驗完成。在此網絡環境下可以進行網絡配置、網絡管理等計算機實驗。

四、應用虛擬機技術構建教學實驗環境的優越性

1、能夠提供一個近于真實的環境

使用虛擬機軟件可以在一臺機器上真正同時運行多個獨立的操作系統，主機操作系統與多個虛擬機操作系統之間可自由構建成網絡系統，并且，可以通過將兩臺或多臺主機（分別已經構建了虛擬網絡環境）連接在一起來構建局域網與局域網的虛擬網絡實驗環境，在該實驗平臺能完成各種網絡課程的實踐教學內容。

2、“虛擬機”可以提供給學生一個開放的實驗操作平臺

由于虛擬系統與主機系統有良好的隔離性，因此，可以通過安全策略保護主機系統，而完全放開虛擬系統的權限，這樣，在虛擬環境下，學生不用顧慮到對主機系統的破壞性，可以放心地進行各種操作，從而使學生的實驗活動不受限制，這會帶來更好的實驗效果。

3、系統維護方便

當某個虛擬機崩潰或被誤刪除時，將其他物理機上相應的虛擬機文件復制到本地機即可恢復系統，從而保證了學生實驗進度的一致。這種可移植性也方便同學將一些實驗轉移到自己的計算機上繼續進行，從而充分利用各種實驗資源。

五、結束語

綜上所述，基于虛擬機技術構建計算機教學實驗環境，在一定程度上不僅可以緩解當前中職學校實驗設備和場地不足的問題，很好地滿足實驗課多種環境的需求，保證所有實驗課的正常開出。而且還可以提高學生學習的積極性和主動性，增強了學生的動手能力，也可以提高實驗室設備的利用率。虛擬機實驗環境提供的是一個近于真實的環境，除了硬件的物理連接外（如主板、CPU、顯卡、網卡、網線等連接），只要能在“虛擬機”上完成的實驗，就能夠在真實的機器上完成，所以采用虛擬機技術構建的實驗環境實驗質量不會受到影響，完全符合中職學校的教學要求。