虚拟机在计算机组装与维护课程中的应用

摘 要：分析了学校计算机组装与维护课程在教学实施过程中面临的问题和困难,提出了使用虚拟机技术来解决的方案,例举了利用虚拟机来设置的各种实验项目,与传统物理机设置的相关实验进行比较,得出能取得更好教学效果的结论.

关 键 词：虚拟机；组装与维护；课程；实验教学

中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-3044（2013）01-0108-03

1计算机组装与维护课程介绍

《计算机组装与维护》是一门强调学生动手能力的课程,实验课要占到总课程的50%以上.需要学生掌握计算机的组装与调试,操作系统及各类软件的安装、维护与使用,对计算机常见的故障进行判断和处理.具体的实践操作项目有CMOS设置、硬盘分区与格式化、操作系统安装、驱动程序的安装和更新、系统备份及恢复等内容.然而这些操作具有较强的破坏性,如果操作不当,会严重影响机房的正常使用.

经过实践摸索,使用虚拟机技术既可以满足学生实践操作的要求又有很强的演示教学能力,而且安全,易于管理,对硬件无影响,能充分化解实践操作、机房管理和教学演示需求三者之间的矛盾[1-3].

2组装与维护课程存在的问题及原因

《计算机组装与维护》课程对实验环境的要求相当高,因为对实践操作能力的强调,设置此课程的学校一般都要求有独立的拆装实验室,通过对物理机器的操作来掌握相关知识点.然而很多学校都无法真正满足这些需求,存在以下问题：

1）实验所用设备基本上都是破旧淘汰的计算机,无法满足教学需求.

2）学生人数众多,无法满足1人/台的标准.

3）这些机器的故障率非常高,对实验造成非常大的干扰.

4）机器在使用过程中,经常会有读盘失败等现象,导致实验无法顺利开展.

5）实验过程漫长,在规定时间内无法完成实验内容,效率非常低.

6）教师演示非常困难,很多学生无法看到操作过程.

其主要原因分析如下：

1）计算机硬件更新速度快,学校投入成本太高,如果想达到理想的实验效果,需要配备1台/学生数量的计算机进行实验,并且必须保持周期性的更新.学校只有通过大投入来满足这些要求,然后,几乎没有学校会在这类实验室投入大量建设资金,所以,实验室一般无法及时更换设备,实验所用设备基本上都是破旧淘汰的计算机.

2）教师往往通过现场演示来进行现场讲解,但此类操作无法通过像电子教室等软件来进行屏幕广播来辐射教学,不具备多媒体教学示范功能,学生只能通过围观来学习.

3）对于没有专业拆装实验室的学校来说,通过普通机房来开展实验教学,因为普通教学机房的特殊性（安装了硬盘保护卡等）,针对CMOS设置、系统安装等底层的操作实验无法有效开展,而且会严重影响机房的管理秩序,造成教学事故[1-2,4,6].

3虚拟机的介绍和相关特点

虚拟机（VirtualMachine）是指通过软件来模拟出具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统.通过该软件能虚拟出一台或多台具有CPU、内存、硬盘、网卡、声卡等硬件的虚拟计算机,其本质上是对计算机的模拟仿真.在虚拟机上,可以安装操作系统,并在安装好的操作系统上安装应用软件,就象使用物理计算机一样来操作使用虚拟机[2].虚拟机和物理计算机的关系图如图1.

《计算机拆装与维护》课程用虚拟机的特点归纳如下：

1）虚拟机利用软件来模拟完整计算机应用系统,在不需要添加硬件的前提下就可实现各种功能,可以节约实验用硬件投入,经济性突出.

2）虚拟机系统与物理主机系统完全分离,而且可以安装多个系统,即使某个系统出现故障,也不会对其它虚拟系统和物理主机系统造成影响,易于维护.

3）充分挖掘物理主机的计算性能,扩充物理主机的使用功能,能完成甚至超过物理主机所能承担的实验项目,而且效果与物理主机完全一样,具有安全可靠的优点.

4）在实际教学示范中,易于通过投影机或者电子教室软件等进行全面演示,让每个学生都能清楚整个操作过程,效果明显.

5）随着当前的计算机性能的不断强大,虚拟机在模拟安装各操作系统或者软件的过程时间在不断缩短,因为其运算性能跟物理主机是相吻合的,这样可以大大提高实验的效率,节省更多的安装时间.

6）有些在多台计算机上才能完成的实验,通过虚拟机模拟出不同的系统环境后,就可以在本机上进行实验,把实验的复杂性降低,利于学生掌握知识.

7）虚拟机环境下,支持使用映像文件（ISO文件）即虚拟光驱设备,相对使用物理光驱的方式来说,完全杜绝了读盘失败而导致无法实验的情况,而且大大提高了实验的速度和效率[2,6-9].

4虚拟机在该课程中的应用举例

4.1CMOS的设置

真实环境下的CMOS设置无法通过电子教室等软件来演示,而且,这种设置不但对于机房管理会造成影响,如果设置不当,更会对机器本身造成损坏.在虚拟机环境下可以多次进行操作,不会造成任何问题,在熟练掌握后,学生可以在真实环境下进行操作.实现准备好安装光盘或者相关系统的映像文件,在开机后,迅速进入虚拟机环境（Ctrl+G）或者点击鼠标进入,然后迅速按下F2键,就可以顺利进入BIOS设置界面了.如果无法及时进入,可以使用VMware提供的“启动到BIOS设置”功能来实现,具体如图2.

4.2硬盘分区与格式化

硬盘分区与格式化是《计算机组装与维护》课程的重要组成部分,此操作会破坏硬盘中的数据,影响机房的管理.但是,机房的电脑一般都是通过硬盘保护卡进行管理,学生在重启后就无法看到实验的结果.

虚拟机可以模拟物理机无差别化实现分区和格式化的操作,学生可以通过物理或者虚拟启动光盘或媒介进入到DOS系统,利用fdish命令和format程序完成传统的分区和和格式化操作,也可以通过PQ、DM或者其它分区格式化工具来进行反复练习.4.3操作系统安装

操作系统的安装是《计算机组装与维护》课程的核心内容,在虚拟机下,学生可以方便的通过物理光驱读取光盘或者加载ISO镜像文件的方式进行操作系统的安装,安装过程与普通计算机的安装过程完全一致.

在设置实验的时候,教师可以充分利用虚拟机加载ISO镜像文件的功能,实现在学生机上放置WindowsXP,Windows2003,Windows7,Lnuix等不同类型或版本的操作系统映像文件,让学生设置多个系统进行安装练习,并且,通过电子教室软件,学生可以边看教师演示边同步操作,教学效果突出.

4.4软件的安装与应用

常用软件安装和设置是《计算机组装与维护》课程中必不可少的环节,但有些软件需要重启系统才能使用,如杀毒软件、系统优化设置等,由于机房机器安装了硬盘保护,重启后数据进行了还原,导致无法完成该部分的操作练习,并且软件在安装过程中也会产生垃圾信息,影响机房机器的使用和管理.

通过虚拟机技术,学生可以在虚拟机下任意安装软件或重启,不必担心对宿主计算机系统有破坏,而且整个安装过程和真机完全一致.

4.5Ghost镜像软件的使用

Ghost镜像软件是计算机系统安装及维护中常用的一个工具软件,通过Ghost软件对系统或分区或硬盘进行备份和还原,也可以完成对硬盘进行瞬间分区,是操作员必须掌握的方法和工具.Ghost软件功能虽然强大,但是操作步骤比较多,且操作危险性很高,稍有不慎就会造成数据毁坏.在虚拟机中可反复练习操作而不必担心影响宿主计算机的系统,学生可练习操作系统备份及还原,磁盘备份、硬盘对刻以及网络克隆.

4.6网络组建及设置

随着网络技术的深入和发展,《计算机组装与维护》的课程中也适当地加入了网络组建和设置的内容,虚拟机通过创建多台客户机来创建简单的局域网络,学习掌握简单局域网的联网设置及操作.也可以在其基础上扩展设置Windows或Linux系统的网页或者其它怎么写作器,模拟企业局域网应用环境.大大提高了学生的实际操作水平.这在传统机房中需要花费大量人力物力才可以实现,使用虚拟机轻松即可实现,且无成本,易管理[1-2,7-10].

5虚拟机在该课程应用中的缺陷

虽然虚拟机技术的引入弥补了该课程很多在实际操作过程中的问题,但是也存在一些不足：

1）虚拟机对于硬件的要求比较高,特别是对于内存的容量要求非常大,这个对机房的建设提出了更高的要求.

2）虚拟机对机房的管理会造成一定的影响,对机房的管理人员的技术水平提出了更高的要求.

3）在进行驱动程序安装更新的实验中,虚拟机下无法很好地模拟物理真机完成驱动的安装,与真实过程相差较大,效果非常差.

4）虽然也有CMOS过程的设置,但是其设置内容相对较少,无法深入细致开展该实验[3-5].

6结束语

在硬件性能高速发展的今天,虚拟机也因此得到了施展身手的机会,除了计算机组装与维护课程外,像计算机网络,Linux等操作系统的课程都可以在虚拟机上得到广泛的设计和应用,增大了机房的利用率,弥补了开展实验困难的缺陷,为更好地开展教学提供了更多的选择途径.