摘要：分析了學校計算機組裝與維護課程在教學實施過程中面臨的問題和困難，提出了使用虛擬機技術(shù)來解決的方案，例舉了利用虛擬機來設(shè)置的各種實驗項目，與傳統(tǒng)物理機設(shè)置的相關(guān)實驗進行比較，得出能取得更好教學效果的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：虛擬機；組裝與維護；課程；實驗教學

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）01-0108-03

1 計算機組裝與維護課程介紹

《計算機組裝與維護》是一門強調(diào)學生動手能力的課程，實驗課要占到總課程的50%以上。需要學生掌握計算機的組裝與調(diào)試，操作系統(tǒng)及各類軟件的安裝、維護與使用，對計算機常見的故障進行判斷和處理。具體的實踐操作項目有 CMOS 設(shè)置、硬盤分區(qū)與格式化、操作系統(tǒng)安裝、驅(qū)動程序的安裝和更新、系統(tǒng)備份及恢復等內(nèi)容。然而這些操作具有較強的破壞性，如果操作不當，會嚴重影響機房的正常使用。

經(jīng)過實踐摸索，使用虛擬機技術(shù)既可以滿足學生實踐操作的要求又有很強的演示教學能力，而且安全，易于管理，對硬件無影響，能充分化解實踐操作、機房管理和教學演示需求三者之間的矛盾[1-3]。

2 組裝與維護課程存在的問題及原因

《計算機組裝與維護》課程對實驗環(huán)境的要求相當高，因為對實踐操作能力的強調(diào)，設(shè)置此課程的學校一般都要求有獨立的拆裝實驗室，通過對物理機器的操作來掌握相關(guān)知識點。然而很多學校都無法真正滿足這些需求，存在以下問題：

1）實驗所用設(shè)備基本上都是破舊淘汰的計算機，無法滿足教學需求。

2）學生人數(shù)眾多，無法滿足1人/臺的標準。

3）這些機器的故障率非常高，對實驗造成非常大的干擾。

4）機器在使用過程中，經(jīng)常會有讀盤失敗等現(xiàn)象，導致實驗無法順利開展。

5）實驗過程漫長，在規(guī)定時間內(nèi)無法完成實驗內(nèi)容，效率非常低。

6）教師演示非常困難，很多學生無法看到操作過程。

其主要原因分析如下：

1）計算機硬件更新速度快，學校投入成本太高，如果想達到理想的實驗效果，需要配備1臺/學生數(shù)量的計算機進行實驗，并且必須保持周期性的更新。學校只有通過大投入來滿足這些要求，然后，幾乎沒有學校會在這類實驗室投入大量建設(shè)資金，所以，實驗室一般無法及時更換設(shè)備，實驗所用設(shè)備基本上都是破舊淘汰的計算機。

2）教師往往通過現(xiàn)場演示來進行現(xiàn)場講解，但此類操作無法通過像電子教室等軟件來進行屏幕廣播來輻射教學，不具備多媒體教學示范功能，學生只能通過圍觀來學習。

3）對于沒有專業(yè)拆裝實驗室的學校來說，通過普通機房來開展實驗教學，因為普通教學機房的特殊性（安裝了硬盤保護卡等），針對CMOS設(shè)置、系統(tǒng)安裝等底層的操作實驗無法有效開展，而且會嚴重影響機房的管理秩序，造成教學事故[1-2，4，6]。

3 虛擬機的介紹和相關(guān)特點

虛擬機（Virtual Machine）是指通過軟件來模擬出具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運行在一個完全隔離環(huán)境中的完整計算機系統(tǒng)。通過該軟件能虛擬出一臺或多臺具有CPU、內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)卡、聲卡等硬件的虛擬計算機，其本質(zhì)上是對計算機的模擬仿真。在虛擬機上，可以安裝操作系統(tǒng)，并在安裝好的操作系統(tǒng)上安裝應用軟件，就象使用物理計算機一樣來操作使用虛擬機[2]。虛擬機和物理計算機的關(guān)系圖如圖1。

《計算機拆裝與維護》課程用虛擬機的特點歸納如下：

1）虛擬機利用軟件來模擬完整計算機應用系統(tǒng)，在不需要添加硬件的前提下就可實現(xiàn)各種功能，可以節(jié)約實驗用硬件投入，經(jīng)濟性突出。

2）虛擬機系統(tǒng)與物理主機系統(tǒng)完全分離，而且可以安裝多個系統(tǒng)，即使某個系統(tǒng)出現(xiàn)故障，也不會對其它虛擬系統(tǒng)和物理主機系統(tǒng)造成影響，易于維護。

3）充分挖掘物理主機的計算性能，擴充物理主機的使用功能，能完成甚至超過物理主機所能承擔的實驗項目，而且效果與物理主機完全一樣，具有安全可靠的優(yōu)點。

4）在實際教學示范中，易于通過投影機或者電子教室軟件等進行全面演示，讓每個學生都能清楚整個操作過程，效果明顯。

5）隨著當前的計算機性能的不斷強大，虛擬機在模擬安裝各操作系統(tǒng)或者軟件的過程時間在不斷縮短，因為其運算性能跟物理主機是相吻合的，這樣可以大大提高實驗的效率，節(jié)省更多的安裝時間。

6）有些在多臺計算機上才能完成的實驗，通過虛擬機模擬出不同的系統(tǒng)環(huán)境后，就可以在本機上進行實驗，把實驗的復雜性降低，利于學生掌握知識。

7）虛擬機環(huán)境下，支持使用映像文件（ISO文件）即虛擬光驅(qū)設(shè)備，相對使用物理光驅(qū)的方式來說，完全杜絕了讀盤失敗而導致無法實驗的情況，而且大大提高了實驗的速度和效率[2，6-9]。

4 虛擬機在該課程中的應用舉例

4.1 CMOS的設(shè)置

真實環(huán)境下的CMOS設(shè)置無法通過電子教室等軟件來演示，而且，這種設(shè)置不但對于機房管理會造成影響，如果設(shè)置不當，更會對機器本身造成損壞。在虛擬機環(huán)境下可以多次進行操作，不會造成任何問題，在熟練掌握后，學生可以在真實環(huán)境下進行操作。實現(xiàn)準備好安裝光盤或者相關(guān)系統(tǒng)的映像文件，在開機后，迅速進入虛擬機環(huán)境（Ctrl+G）或者點擊鼠標進入，然后迅速按下F2鍵，就可以順利進入BIOS設(shè)置界面了。如果無法及時進入，可以使用VMware提供的“啟動到BIOS設(shè)置”功能來實現(xiàn)，具體如圖2。

4.2 硬盤分區(qū)與格式化

硬盤分區(qū)與格式化是《計算機組裝與維護》課程的重要組成部分，此操作會破壞硬盤中的數(shù)據(jù)，影響機房的管理。但是，機房的電腦一般都是通過硬盤保護卡進行管理，學生在重啟后就無法看到實驗的結(jié)果。

虛擬機可以模擬物理機無差別化實現(xiàn)分區(qū)和格式化的操作，學生可以通過物理或者虛擬啟動光盤或媒介進入到DOS系統(tǒng)，利用fdish命令和format程序完成傳統(tǒng)的分區(qū)和和格式化操作，也可以通過PQ、DM或者其它分區(qū)格式化工具來進行反復練習。

4.3 操作系統(tǒng)安裝

操作系統(tǒng)的安裝是《計算機組裝與維護》課程的核心內(nèi)容，在虛擬機下，學生可以方便的通過物理光驅(qū)讀取光盤或者加載 ISO 鏡像文件的方式進行操作系統(tǒng)的安裝，安裝過程與普通計算機的安裝過程完全一致。

在設(shè)置實驗的時候，教師可以充分利用虛擬機加載 ISO 鏡像文件的功能，實現(xiàn)在學生機上放置Windows XP，Windows 2003，Windows7，Lnuix等不同類型或版本的操作系統(tǒng)映像文件，讓學生設(shè)置多個系統(tǒng)進行安裝練習，并且，通過電子教室軟件，學生可以邊看教師演示邊同步操作，教學效果突出。

4.4 軟件的安裝與應用

常用軟件安裝和設(shè)置是《計算機組裝與維護》課程中必不可少的環(huán)節(jié)，但有些軟件需要重啟系統(tǒng)才能使用，如殺毒軟件、系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)置等，由于機房機器安裝了硬盤保護，重啟后數(shù)據(jù)進行了還原，導致無法完成該部分的操作練習，并且軟件在安裝過程中也會產(chǎn)生垃圾信息，影響機房機器的使用和管理。

通過虛擬機技術(shù)，學生可以在虛擬機下任意安裝軟件或重啟，不必擔心對宿主計算機系統(tǒng)有破壞，而且整個安裝過程和真機完全一致。

4.5 Ghost 鏡像軟件的使用

Ghost 鏡像軟件是計算機系統(tǒng)安裝及維護中常用的一個工具軟件，通過 Ghost 軟件對系統(tǒng)或分區(qū)或硬盤進行備份和還原，也可以完成對硬盤進行瞬間分區(qū)，是操作員必須掌握的方法和工具。Ghost軟件功能雖然強大，但是操作步驟比較多，且操作危險性很高，稍有不慎就會造成數(shù)據(jù)毀壞。在虛擬機中可反復練習操作而不必擔心影響宿主計算機的系統(tǒng)，學生可練習操作系統(tǒng)備份及還原，磁盤備份、硬盤對刻以及網(wǎng)絡(luò)克隆。

4.6 網(wǎng)絡(luò)組建及設(shè)置

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的深入和發(fā)展，《計算機組裝與維護》的課程中也適當?shù)丶尤肓司W(wǎng)絡(luò)組建和設(shè)置的內(nèi)容，虛擬機通過創(chuàng)建多臺客戶機來創(chuàng)建簡單的局域網(wǎng)絡(luò)，學習掌握簡單局域網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)設(shè)置及操作。也可以在其基礎(chǔ)上擴展設(shè)置Windows 或 Linux 系統(tǒng)的網(wǎng)頁或者其它服務器，模擬企業(yè)局域網(wǎng)應用環(huán)境。大大提高了學生的實際操作水平。這在傳統(tǒng)機房中需要花費大量人力物力才可以實現(xiàn)，使用虛擬機輕松即可實現(xiàn)，且無成本，易管理[1-2，7-10]。

5 虛擬機在該課程應用中的缺陷

雖然虛擬機技術(shù)的引入彌補了該課程很多在實際操作過程中的問題，但是也存在一些不足：

1）虛擬機對于硬件的要求比較高，特別是對于內(nèi)存的容量要求非常大，這個對機房的建設(shè)提出了更高的要求。

2）虛擬機對機房的管理會造成一定的影響，對機房的管理人員的技術(shù)水平提出了更高的要求。

3）在進行驅(qū)動程序安裝更新的實驗中，虛擬機下無法很好地模擬物理真機完成驅(qū)動的安裝，與真實過程相差較大，效果非常差。

4）雖然也有CMOS過程的設(shè)置，但是其設(shè)置內(nèi)容相對較少，無法深入細致開展該實驗[3-5]。

6 結(jié)束語

在硬件性能高速發(fā)展的今天，虛擬機也因此得到了施展身手的機會，除了計算機組裝與維護課程外，像計算機網(wǎng)絡(luò)，Linux等操作系統(tǒng)的課程都可以在虛擬機上得到廣泛的設(shè)計和應用，增大了機房的利用率，彌補了開展實驗困難的缺陷，為更好地開展教學提供了更多的選擇途徑。

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