◎桐乡市职业教育中心学校 宋庆生
摘要：中职计算机专业教学主要目的在于培养有一技之长的计算机应用技能型人才，技能教学是中职计算机教学的重点。技能型人才的培养在于理实一体化教学模式的开展，但是目前计算机专业的某些课程如《计算机网络技术》、《计算机组装与维修》课程由于实验的设备数量不足和实验的损耗较大等原因，往往造成实验开设数量严重不足。利用模拟实验软件创设虚拟实验环境是解决这一矛盾的有效办法，我们在教学实践中进行了一些的探索与实践，收到了良好的教学效果。
关键词：技能人才 虚拟实验 教学实践
在中职计算机课程的日常教学中实验实训课占有极其重要的地位，其教学质量直接决定了学生的技能水平，直接影响到整个课程的教学目标能否完成，甚至也会影响到我们学生的就业岗位能力，因此技能教学就显得格外的重要。那如何才能实施有效的技能教学呢？经过多年的技能教学的实践与总结，根据我校的实际情况，对现有的传统教学方法进行改进，加大实验实训课程在整个教学中的比例。对用传统方式难于实现的或实验设备限制不能有效开设的实验实训项目引入虚拟实验室教学，从而提高技能教学的质量。
一、在技能实验实训教学中存在的问题
以《计算机组装与维修》课程教学为例，该课程实验实训课开设中主要遇到以下几个问题：
1、实验设备缺乏影响实验效果
计算机专业班级学生相对较多，平均每班在40名左右。计算机组装与维护课程实验课中可供实验的正常设备只有20套左右。学生只能分组进行实验，一组学生在操作而下一组学生在旁观看，等待这一组学生完成实验。由于第一组中有的同学完成较晚造成第二组同学还末完成实验便到了下课时间。另外往往还有一些不自觉的等待的学生就利用这个机会聊天、玩耍甚至破坏实验设备，造成纪律与安全隐患。这样给正常的技能教学带来很多的麻烦，也影响了教学质量。
2、实验设备损耗较大
首先由于每届都有三四个班同时开设了《计算机组装与维修》课程，实验设备使用率很高，以至很多设备没使用几次就损坏了，影响以后的正常教学。其次由于学生在以前并没有接触过硬件安装等方面的操作，对硬件的组装都是从零开始，操作的规范性以及操作中应注意的一些细节问题，学生又没有掌握，操作中往往不规范，容易损坏硬件。而硬盘的低级格式化、分区、高级格式化等操作又属于破坏性实验。实践表明，一个硬件组装实验室往往经过一个学期甚至更短时间的使用，就会有相当一部分计算机已经不能通过开机自检。另外很多设备的元器件都是不能维修的，需要重新购买，这样也大大增加了教学成本。
3、实验场所存在管理问题
由于在实验前要将准备好的本次实验用到的实验设备和元器件都放置在实验台上，而电脑的元器件又往往比较小，有些地方老师注意不到，当老师上面演示给学生讲解时，此时学生如果不专心听讲而是自己动手操作，这种情况老师很难发现，也控制不住。让学生围着老师观看操作的话，围的同学太多反而效果更差，课堂纪律也更难维持。
为了解决课程中实验实训的存在的难题，这就希望能够有一种替代实验，它既不会对硬件产生损害，又能够让学生反复地、大胆地实验而不必担心对硬件产生破坏。最好的解决方法就是使用模拟器构建虚拟实验室。
二、构建虚拟实验环境
1、虚拟现实技术
虚拟现实（VR）是近几年来信息技术迅速发展的产物，是一门在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术和传感技术的基础上发展起来的交叉学科。其基本方法和目标是集成并利用高性能的计算机软硬件及各类传感器创建一个使参与者处于身临其境的、具有完善的交互能力、能帮助和启发构思的信息环境，即让用户在人工合成的环境里获得角色的体验。
虚拟现实系统按其功能不同，可以分为三种类型：沉浸式虚拟现实系统、桌面式虚拟现实系统和分布式虚拟现实系统。其中，桌面式虚拟现实系统是运用软件编程方法在显示器上显示三维场景，用户通过键盘、鼠标等设备与虚拟场景交互，它的特点是结构简单、成本较低，易于推广。
2、网络虚拟实验室
所谓网络虚拟实验室，是指利用区域网或互联网，由虚拟现实技术生成的一类适于进行虚拟实验的实验系统，包括相应的实验室环境、有关的实验仪器设备、实验对象及实验信息资源等。虚拟实验室可以是某一现实实验室的真实再现，也可以是虚拟构想的实验室，虚拟实验通过虚拟实验室进行。在虚拟实验中，实验者有逼真的感觉，有身临其境的感受，似乎是真正在现实实验室里近距离进行现场操作。在虚拟实验中，没有一个有形的实验室，也没有以实物形态存在的实验工具与实验对象，实验过程主要是对虚拟物的操作。
3、构建网络虚拟实验室
构建网络虚拟实验室就是使用虚拟机搭建完成的模拟实验室。使用虚拟机可以虚拟出一套标准PC环境的具有BIOS、CPU、内存、硬盘、显卡、声卡、网卡、软驱、光驱、USB接口器、SCSI控制器及串口、并口等完整的硬件系统的计算机系统。其系统配置信息和硬盘等都是物理计算机上的文件，所以，对虚拟硬盘的操作都不会对物理计算机硬盘产生损坏。
现在适合学校使用的虚拟机软件主要有：VMWare公司的Vmware workstation和Microsoft公司的Virtual PC。这两个软件技术比较成熟，兼容性和稳定性都很好，使用比较广泛。且这两类软件都有中文版，学生学习操作比较容易。
三、使用虚拟机在技能教学中的实践探索
以《计算机组装与维修》课程为例，使用虚拟机，可以完成计算机组装实验中除了硬件
组装外的所有实验。我们利用Vmware虚拟开设的主要实验项目有：
硬盘的格式化、分区：可以使用FORMAT、DM、PM、Fdisk、Sfdisk等软件对硬
盘进行低格、高格、磁盘分区、分区容量调整等操作。
CMOS实验：虚拟机启动时按键盘上的功能键可以进入CMOS SETUP界面。在这里了解BIOS的有关参数，并进行配置练习。同时还可以在虚拟机启动时按ESC键来选择启动设备，该功能在许多计算机上都有使用。
GHOST使用、硬盘对拷：GHOST是计算机系统备份、还原常用工具软件，可以在虚拟机内完成GHOST的常用备份还原操作。
系统安装和驱动安装：可以安装DOS操作系统、Windows操作系统、Unix/Linux操作系统等实验。
系统优化和修改注册表：通过策略编辑器、注册表或者优化大师等软件对系统进行优化。
常用软件的安装与维护：可以进行常用的办公软件、杀毒软件、工具软件等进行安装与卸载实验，不用担心误删对机器产生影响。
计算机网络安全设置：计算机网络属性设置、计算机安全属性设置等设置操作实验。
四、使用虚拟实验室对技能教学的意义。
1、提高课堂效率
在实际的日常教学中，一些实训项目比较费时。如在一节实验课中完成操作系统安装的安装。如果采用传统的教学方法的话，安装一个系统在半个小时左右，那么留给学生实践的时间基本没有了，只能安排在下次课继续进行，有些同学安装步骤已记不清了，效果很差。采用虚拟机安装操作系统软件的话，二三分钟就可以完成，让学生在进行真实的系统安装前先熟练模拟软件的操作过程，然后在利用剩余的时间进行系统安装，一节课实验课完全可以完成实验任务，大大提高了课堂的效率。
2、降低实验成本
我们在进行实验前，让学生先在模拟器上进行操作，使其熟练掌握该次实验的具体操作步骤，掌握实验过程中可能出现的问题以及排除方法，然后进行实物操作，这种方法，可以使学生有效地避免很多错误操作和失误，实验设备也可以避免不必要的损坏从而延长其使用的寿命，大大降低了教学成本。例如：在进行计算机硬件组装实验之前，可以让学生先在模拟软件上操作，掌握安装方法，熟悉各硬件的安装位置和安装步骤，最后再进行实际操作，效果良好。事实证明借助虚拟机教学，学生的实验能力有很大提高。设备的损坏率降低了许多，设备利用率得到了提高。
虚拟机的使用还可以多个班级同时进行实验。通过建立多虚拟机，以让不同的班级运行不同的虚拟机，这样可以使一个大的实验分几次小实验，分步分阶段完成而互不影响。大幅降低了组装实验室维护的工作量。
3、方便学生学习
虚拟机软件可以安装在任何一台电脑上，学生在家安装该软件在课后进行复习操作，巩固课堂知识。部分实验项目模拟软件发挥了不可以替代的作用，学生通过模拟软件的学习使理论只是与实践相结合从而提高学生的技能水平。例如：在进行系统备份还原实验时，在一节课时间里部分同学还不能熟练掌握。就可以在课堂上先把步骤基本掌握，课后利用虚拟机再学习，将该实验熟练理解掌握。
五、虚拟机在实验教学中的实际效果
我们在计算机实验室安装了虚拟机软件，充分利用虚拟机特点，方便实验教学的开展。减少了实际操作环节中计算机硬件的损耗，节约了实验经费，也减轻了计算机实验室维护的工作量。
对计算机组装与维护的大部分实验，利用虚拟机先进行模拟实验。然后进行真实设备动手实践实验，可以收到了良好的教学效果，极大地提高了实验课教学质量。
通过在实验中引进虚拟机教学，不但可以顺利完成了课程大纲要求的所有实验。还可以让每位同学有多次实验机会，而且可以反复训练，增强了动手能力。培养了学习兴趣，表现出了很强的学习主动性和兴趣。
总之，虚拟机软件在技能实验教学中给教师教学带来了极大的方便，也给学校节省了大量实验设备经费，主要是解决了实验项目的开设数量与实验设备大量损耗的矛盾。学生利用虚拟机软件学习到更多的技能操作能力。虽然目前虚拟机软件在教学中的应用还出于发展阶段，但从教学效果来看前景还是前景广大。作为计算机专业教师，在实验实训教学中合理利用虚拟机软件，将对学生课程的实验实训效果产生极大的促进作用。
参考文献
[1] 王嗣源：虚拟实验室建设的初步探讨《西安邮电学院学报》2005.4
[2] 刘红玲、杨凯：基于VRML 的网络虚拟实验室建设《徐州工程学院学报》 2005. 5
[3] 费琳琳、单洪伟：虚拟现实技术及应用浅析《科技资讯》 2008年36期
[4] 张铭、陈小明、蔡江云：分形算法在三维树构造中的应用《厦门广播电视大学学报》2010年03期