本站原创摘 要：文章分析了《计算机组装与维护》课程在实践教学过程中面临的突出问题,提出了使用虚拟机技术解决问题的方案,通过实验项目的例举,有效证明了虚拟机比传统的物理机在实验教学中运行安全,易于管理,教学效果更好.
关 键 词：虚拟机；组装与维护；实践教学；应用研究
中图分类号：TP3文献标识码：A文章编号：1009-3044（2013）15-3572-03
1计算机组装与维护课程介绍
《计算机组装与维护》课程是高职院校计算机专业类学生必修的一门专业基础课,主要内容有计算机硬件设备的组装与调试；硬件选购与性能指标；安装操作系统与常用系统软件；常见故障的诊断和处理；软件故障与数据恢复；计算机网络安全防御与病毒测试等.此课程的特点是动手实践操作性强,注重学生实际动手能力和实践操作能力的培养.但部分操作内容具有较强的破坏性,一旦操作不当,会破坏计算机硬盘数据,导致硬盘数据丢失或无法正常开机,严重影响到机房的正常使用.
经过两年来的实践摸索我们将虚拟机技术应用于《计算机组装与维护》教学中,搭建了VMware虚拟计算机平台,学生可以在虚拟机平台上进行CMOS设置、硬盘分区、格式化、操作系统安装等各种实验项目操作,而不必担心对物理计算机软、硬件有任何的损害.这样既满足了学生实践教学的要求,便于机房管理,同时还具有很强的演示教学能力,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.
2实践课中存在的突出问题及原因
1）学生越来越多,计算机设备紧张.
近几年来,高职院校不断扩招,越来越多的学生升入高等职业学校,计算机设备跟不上学生人数的增长,实验中无法满足学生每人一台的标准.
2）计算机实践教学软硬件设备配备滞后,资金投入少,设备陈旧.
由于计算机更新换代快,用不上几年计算机设备就淘汰了.但事实上,由于学生多、资金不足,应该淘汰的设备还在使用,一是因为高职院校申请设备报废和申购新实验设备是一个艰苦、烦琐而长期的过程.增加实验设备在很多高校部门都很困难.二是组建硬件实验室成本太高,硬件损坏率高,使用周期短,导致实验室一般无法及时更新设备,这些问题都直接干扰了实践教学的质量.
3）机器的损坏率非常高,对实验造成非常大的干扰.
比如CMOS设置、硬盘分区、系统安装、修改注册表等教学内容会对硬盘数据进行破坏性操作,导致系统崩溃甚至计算机硬件损坏,既增加机房维护人员工作量,又严重扰乱了机房正常的教学秩序.结果是实验课程的培养目标得不到有效落实.
4）一些实验项目无法实现,实验效果大打折扣.
一些教学实验内容（如操作系统配置实验、杀毒软件安装等）必须重新启动计算机才有效果,而大部分实验室都配置了即时还原软件,重启后对主机所做的设置将被还原,无法达到实验目的.
5）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.
部分学生在实验进行到关键时刻,因为机器光驱激光头老化、光盘划伤比较严重或软、硬件兼容问题,造成实验无法继续,严重挫伤了学生的实验热情.另外由于机器运行缓慢,使得教学者与被教学者都不得不花费更多的时间等待,在规定的时间内无法完成实验内容,严重降低了实践教学的质量和效率.
6）教师演示非常困难,很多学生无法看到操作过程.
实验课的操作过程无法用当前流行的屏幕录制软件进行视频教程的录制,就无法通过像电子教室等软件进行屏幕广播来辐射教学,不具备多媒体示范功能.教师往往通过现场讲解、操作,学生通过聚拢围观来学习,学生得不到有效的动手训练.
3虚拟机技术与特点
虚拟机是指通过一种专用软件在你现有的计算机（宿主机）上将硬盘和内存的一部分空间划分出来,虚拟一台或多台具有完全独立的CPU、内存、硬盘、CMOS、光驱、网卡、声卡等硬件设备的新的计算机（虚拟机）.虚拟机和宿主机的区别在于后者是由看得见,摸得着的计算机各部件构成,其部件都是真实存在的,而虚拟机是运行在宿主机上的一个应用程序,对于在虚拟机中运行的应用程序而言,它就像在真实的计算机中一样工作.
虚拟机的相关特点如下：
1）不需要添加任何硬件的前题下,用虚拟机软件模拟出一台或多台完整的计算机应用系统,实现真正计算机具有的各种功能,同时还可单机组网,可将多个虚拟机联接在一起,组建一个局域网,既节约实验用硬件的投资,也改善了实验的教学条件.
2）完全隔离并且保护不同操作系统的操作环境以及所有安装在操作系统上面的应用软件和资料,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,维护方便.
3）不需要对硬盘进行分区或重新开机就能在一台计算机上安装并同时运行多个操作系统,操作方便、快捷.
4）虚拟设备不存在兼容性问题,实验中造成硬件损坏率低,安全可靠.
5）视频捕捉工具将安装过程录制下来,易于电子教室等软件全面广播演示,边演示边操作,也可供学生课后自学.教学效果显著.
6）在虚拟环境中可选择ISO镜像系统模式,有了虚拟光驱设备,解决了因没有光驱或光驱激光头老化及划伤导致实验无法开展的问题,缩短了实验时间,提高了实验的效率.
7）快照功能保留当前虚拟机的运行状态,一旦出现问题,就可以点击“还原”按钮,把系统恢复到出问题前的状态,提高了系统的可靠性,保证了实验的连续性.
4VMwareworkstation7.0的安装及虚拟机的创建
现在使用最广泛的是VMware虚拟机软件,它功能强大,稳定性好,支持所有常见的操作系统.我们以VMware7.0为例介绍虚拟机的应用,VMware7.0对计算机硬件的要求并不是很高,CPUP41GHZ,内存512MB以上,40G硬盘就可以了,如果同时运行多操作系统配置至少2G的物理内存,较大的硬盘空间用于分配虚拟硬盘来构建虚拟系统.软件要求是主流的WindowsXP、Windows2003、Windows7等操作系统平台均提供良好的支持.VMware7.0的安装过程和普通软件安装基本一致,进行过程中要求输入软件序列号、操作系统类型、是否立即安装操作系统、用物理光驱还是虚拟光驱、虚拟机文件夹所在的路径和命名、虚拟机占用硬盘空间大小等.建议稍后安装操作系统,需要汉化的再运行汉化补丁,此时所建的虚拟机是一台裸机.
5虚拟机在实践教学中的应用实验
5.1虚拟光驱的设置
对于《计算机组装与维护》课程而言,经常要用到DOS启动盘、硬盘初始化工具盘、操作系统安装盘等,就必须用到光驱,而现今学校的计算机大多数不配备光驱或光驱激光头老化及划伤,造成光盘不能用了,使用虚拟机后,在虚拟环境中可选择ISO镜像文件,将需要的光盘从网络中下载为ISO镜像文件,教师可试先准备好实验所需的所有ISO镜像文件,不仅为我们节省了资金,同时也方便快捷,减少了工作量.
5.2CMOS参数设置
虚拟机和真实的计算机一样,安装系统之前要进行BIOS设置.修改BIOS信息对初学计算机的学生来说,是具有一定危险性的操作,如果BIOS信息修改不当,会破坏BIOS,导致计算机不能正常开机.所以多数情况下,学生不被允许进行BIOS参数设置,这部分内容只停留在由教师简单讲述阶段,进行实际操作的机会较少,至使学生对计算机BIOS的许多常规设置,比如CPU频率、引导顺序、主从硬盘、端口设置等比较陌生,另外一点,BIOS设置无法用屏幕录制软件进行视频教程的录制,无法通过电子教室软件来演示,学生得不到有效的视频.使用虚拟机后,学生可以放心大胆地做BIOS的设置实验,通过不断地练习熟悉BIOS界面和里面的许多配置,而不必担心设置错误导致故障.更重要一点,任课教师可以通过单击虚拟机→捕捉视频,将整个设置过程进行屏幕录制为I视频文件分享给学生,这样就实现了BIOS设置状态下视频制作的难题.现将BIOS设置为从光盘启动.
5.3硬盘分区和格式化实验
一台裸机要想正常使用,首先要对硬盘进行分区、格式化、安装操作系统,这是组装与维护课中最重要的内容之一.在实际教学中,此操作会破坏硬盘中的数据,影响机房的管理.由于学校机房的计算机都安装了硬盘还原卡,学生在重启后就无法看到实验的结果.即使没安装还原卡的计算机,如果经常练习硬盘分区和格式化,增加硬件的损坏率,将缩短硬盘的使用寿命.在虚拟机系统下,硬盘分区和格式化与在实际的计算机上操作几乎完全一致.由于VMware有对虚拟光驱的支持,学生可以通过物理或者虚拟启动光盘进入到DOS系统,利用fdish命令和format程序完成传统的分区和格式化操作,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.
5.4操作系统安装及系统软件使用实验
硬盘初始化后,要进行操作系统的安装了,VMware7.0虚拟机同时提供对MicrosoftWindows3.1到目前的Windows7所有版本以及Linux等等,在虚拟机下,学生可以从物理光盘或者下载镜像文件方式进行操作系统安装,安装过程和在真实计算机上安装过程完全一致.重要一点不需要重启真实机系统就可以完成多操作系统的安装学习.对需要重启系统后才能使用的软件,比如杀毒软件、系统优化设置等系统软件的使用也同样有效.如果安装和使用时出现操作系统崩溃的情况,也可以通过复制、覆盖虚拟硬盘的方式迅速解决问题.不必担心对物理机系统有破坏.
5.5GHOST克隆与操作系统备件还原实验
克隆技术在组装课中应用十分广泛,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,要求学生必须掌握其使用方法.Ghost软件功能强大,可以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.但使用起来操作步骤多,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.当操作系统现出现问题,系统自带的还原功能也无法解决时,采用GHOST克隆技术来恢复操作系统.进行恢复时必须把系统恢复到原来那个分区以取代损坏的系统,一键恢复软件也可以实现该功能.
5.6病毒测试
随着计算机网络的发展,查杀病毒已成为《计算机组装与维护》课程的一项重要内容.在虚拟环境下,可以虚拟一个CPU,同样也虚拟CPU的各个寄存器,甚至将硬件端口也虚拟出来,用调试程序调入病毒程序,放到虚拟环境中执行.这样通过内存和寄存器以及端口的变化,我们就可以了解病毒程序的执行过程.当虚拟机的系统感染了病毒后,我们不用担心自己计算机上的数据安全,而效果和在真正的PC机上做实验是一样的.通过观察研究,学生可以了解病毒的运行原理,提高病毒的查杀能力.
6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,但也存在一些不足.
1）虚拟机对于真实机的硬件及配置要求较高,对于内存的容量要求非常大.
2）虚拟机环境下,虚拟硬件几乎不会发生故障,在真实的硬件环境下可能产生的问题几乎不会出现,学生动手排除硬件故障的机会大大减少.
3）在驱动测试上用虚拟机就不如真实机,无法很好地模拟物理真机驱动的安装和更新,与真实过程相差较大.
4）CMOS设置内容相对较少,无法深入细致开展该实验.
7结束语
随着计算机技术的突飞猛进,硬件性能不断提升,虚拟机技术因此有了大显身手的机会,除了计算机组装与维护课程外,像计算机网络,网络安全,软件测试,PC机群搭建等课程都可以在虚拟机上得到广泛的应用,弥补了开展实验困难的缺陷,为更好地开展实验教学提供了新的途径.