虚拟仿真平台在计算机网络实验教学中的应用研究

虚拟仿真平台在计算机网络实验教学中的应用研究〔〕:

摘要：随着网络技术的开展和普及，虚拟仿真技术在教育领域的作用和影响越来越广泛。近年来虚拟仿真技术结合实验平台在高校中成为普遍推崇的一种实验理论教学手段。针对虚拟仿真实验平台和传统硬件实验室在计算机网络实验理论教学过程中的使用情况，分析其优缺点及存在的问题，通过对计算机网络课程实验工程的举例分析，讨论如何将实验内容与实验方法进展交融,在传统硬件实验室的根底之上，根据实验内容选用适宜的教学方法来真正激发出虚拟仿真实验平台在计算机网络课程实验理论教学效果上的成效。

关键词：计算机；虚拟仿真；实验理论；教学方法

本文引用格式：秦丽梅，邬依林.虚拟仿真平台在计算机网络实验教学中的应用研究[J].教育现代化,2022,8(40):1-4,15.

ApplicationofVirtualSimulationPlatforminputerNetworkExperimentTeachingQINLimei,WUYilin

(GuangdongUniversityofEducation,GuangzhouGuangdong)

Abstract:Withthedevelopmentandpopularizationofnetworktechnology,virtualsimulationtechnologyplaysanincreasinglyimportantroleinthefieldofeducation.Inrecentyears,virtualsimulationtechnologybinedwithexperimentalplatformhasbeeawidelyrespectedexperimentalpracticeteachingmethodincollegesanduniversities.Accordingtotheuseofvirtualsimulationexperimentplatformandtraditionalhardwarelaboratoryintheprocessofputernetworkexperimentpracticeteaching,thispaperanalyzesitsadvantagesanddisadvantagesandexistingproblems.Throughtheexampleanalysisofputernetworkcourseexperimentproject,thispaperdiscusseshowtointegratetheexperimentcontentandexperimentmethod.Basedonthetraditionalhardwarelaboratory,thispaperdiscusseshowtochoosetheappropriateteachingmethodaccordingtotheexperimentalcontenttotrulystimulatetheeffectofvirtualsimulationexperimentplatformintheexperimentalpracticeteachingofputernetworkcourse.

Keywords:puter;virtualsimulation;experimentalpractice;teachingmethod

一引言

随着社会信息化技术突飞猛进的开展，社会对应用型人才的需求越来越迫切，高校毕业生作为人才市场上一支重要的人力资源大军，如何通过高校教育培养出专业根底知识扎实，动手才能强、创新才能强且能适应社会开展需求的人才是每个教育工作者一直在考虑和努力的方向。在高校的整个学习过程中培养学生的动手才能和创新才能的主要途径之一就是实验理论教学活动，通过实验理论教学活动的开展学生们可以稳固所学知识，将理论应用于理论，同时还可以很大程度上培养学生的动手才能、创新才能及对知识的交融转化才能。

计算机专业传统的实验理论教学工作大部分是基于硬件设备，无论是软件类课程还是硬件类课程实验理论教学工作的开展都会受到一定的制约，特别是像计算机网络等课程对硬件设备的数量和功能都有一定的要求，对一些相对复杂、难度系数相对较大的实验理论活动，存在设备数量缺乏等问题，学生只能按组来进展实验，无法保证每个学生都能接触到设备，同时受课时时间限制，学生要完成搭建、配置、排错、功能检验等操作根本很难。

近年来基于网络的教育资源深受人们喜欢，并逐渐成为了现代化教育体系的一部分【1】。虚拟仿真实验平台通过交互式的视觉感受来理解知识和消化知识，它打破了常规硬件实验室时间空间限制、设备数量限制等等问题，作为一种网络学习平台，是一种新型的契合现代化教学理念的技术。

二传统硬件实验室与虚拟仿真实验平台优缺点及存在问题

实验理论教学作为高校教育的重要组成部分，硬件实验室的建立被高校越来越重视。学生们通过硬件实验室可对设备进展实操，从视觉和触觉上真正理解和掌握设备，通过硬件设备的操作学生们可较好地理解设备工作原理和使用方法，同时也可很大程度培养学生的动手才能和排错解决问题才能，传统硬件实验室在使用过程中也存在一些缺点和问题。

〔一〕传统硬件实验室的缺点

〔1〕设备购置费用昂贵，后期维护费用较高。

〔2〕硬件数量配比缺乏，不能满足实验理论教学需求。

〔3〕设备陈旧老化，得不到及时更新交换。

〔4〕屡次重复使用容易导致元器件磨损。

〔5〕需要配置较多的实验耗材。

〔6〕受课时和实验地点限制，学生无法在有限的课时内高效率地完成任务。

〔7〕硬件实验室对外开放力度受管理人员工作时间的限制。

〔8〕实现资源共享难度较大。

〔9〕实验材料的搜集依靠人工搜集统计，完好性和客观性都不够。

上述这些缺点和问题导致基于传统的硬件实验室的实验理论教学工作开展起来面临一定困难，教学效果也受到了较大的制约。而虚拟仿真实验平台是依靠实验室数字化与虚拟化有机结合的一种技术【1】，采用现代化的信息技术手段，在确保研发原理准确，内容紧凑，时长合理，难度适宜情况下设置实验理论教学工程，在很大程度上可以解决传统硬件实验室存在的问题。

〔二〕虚拟仿真实验平台优点

〔1〕不存在实验耗材损耗，不存在元器件磨损破坏问题，可反复无限次进展使用，可大大节约维护费用。

〔2〕可随时随地通过互联网使用虚拟仿真实验平台，摆脱传统实验理论教学受时间和地点限制的问题，可以完全做到开放，较容易实现资源共享。

〔3〕实验效率及成功率大幅进步，不存在因仪器设备故障或连线等问题引起浪费大量时间进展排查或导致实验不成功等问题。

〔4〕虚拟仿真实验平台的扩大性和可组织性强，使用者可根据自身需求，对实验模块进展改良组合等方式来进展整体设计，具有很强的灵敏性。

〔5〕通过管理平台就可对实验材料数据进展统计，使得实验理论教学工作材料的搜集工作更直接简单，客观性更强，说服力也更强【2】。

〔三〕虚拟仿真实验平台在购置和使用过程中存在的问题

利用虚拟仿真实验平台进展实验理论教学工作使得学生们失去了通过硬件设备操作的体验感，特别是像计算机网络等理论性比拟强的课程，其在购置和使用过程中都存在一些问题，如下：

1.参与购置工作的人员主要为实验员，缺乏奋战一线授课专任教师的参加，对是否可充分满足课程教学需求无法保证。

2.对购置的虚拟仿真平台试用反响做的不到位，存在后期使用过程中才发现存在各种各样的问题而导致实验无法进展的情况，最终不得不使其闲置，成为摆设无法真正为实验理论教学所用。

3.虚拟仿真实验平台的购置经费较昂贵，后期追加开发功能仍需投入大量资金。

4.建立初期投入资金缺乏，虚拟平台功能开发上受到限制，比方像Linux操作系统等课程，因对效劳器配置要求较高，建立资金缺乏以提供满足需求的效劳器，导致后台的编译系统无法植入，学生仅能查看一些事先设定好的工程，无法自己编写调试程序,无实际使用价值。

5.平台开放力度较大，每个学期的使用者都会变动，每学期开课前需进展大量信息导入，课程设置，权限管理等工作，管理起来相对繁琐。

6.部分教师过分依赖虚拟仿真实验平台来完成实验理论教学任务的情况，虽然进步了实验成功率，但同时也使学生缺乏了通过硬件进展实验理论活动出现问题后进展排查和解决问题才能培养的时机，学生的动手才能得不到真正的锻炼[3-4]。

三计算机网络课程实验教学现状及教学方法

?计算机网络?课程是网络工程专业的一门骨干专业必修课程,其理论性和应用性都比拟强,对于网络工程专业的学生而言,毕业后主要从事的是像网络维护、网络管理等工程应用类的工作,对其动手才能的培养尤为重要【5】。目前，计算机网络相关课程选用的教材大多数比拟偏向理论根底，重要的知识点都是介绍网络体系构造和网络协议等，对实验教学的落实情况做的不到位【6】,如何根据计算机网络课程实验内容的特点选用适宜的实验理论教学方法尤为重要，这在很大程度上可以锻炼学生对知识的转化吸收才能和动手创新才能。

〔一〕计算机网络课程实验教学现状

?计算机网络?是一门理论性很强的专业根底课，其实验教学是配合理论教学而设置的，实验教学效果的好坏直接关系到是否能很好地掌握此门课程，通过实验理论课学生们可以掌握计算机网络中交换机、路由器、防火墙等互联设备的配置及应用，掌握网络的管理、设计规划和网络操作系统里面各类效劳器的配置方法，进一步加深理解计算机网络根本原理与网络体系构造等理论知识，使学生可以具备解决实际问题、组建网络等根本才能，为今后从事计算机网络的应用、设计与开发奠定坚实的根底。下面以广东第二师范学院计算机科学系网络工

程专业计算机网络课程为例，其实验设置主要包括验证性、设计性和综合性三种实验类型，验证性偏多，综合性和设计性实验偏少，主要的实验工程可概括如下表1：

计算机网络课程的整个学习过程中大部分时间用于讲解理论知识，实验局部分配的学时较少，一般不超过16学时，沿用传统的教学方法在16学时内完成上述表1内所有的实验工程根本无法做到，特别是在传统硬件实验室内会存在各种各样需要解决排查的问题，如何利用虚拟仿真实验平台在传统硬件实验室根底上，一方面提升实验效率，另一方面又可以保证学生们能亲身感受真实的网络环境，有理论操作的时机，充分理解和使用这些设备是我们需要探究的课题【7】。因为课时限制，实验部分侧重于验证性实验，设计性和综合性实验比拟少，很难锻炼学生们对知识的交融才能及创新才能，利用虚拟仿真平台摆脱传统硬件实验室的束缚以怎样的方式引导学生进展综合性实验，提升学生的动手才能、创新才能和对知识的消化交融才能也是我们需要不断探究的课题。

〔二〕计算机网络实验常用教学方法

在重视硬件实验室和虚拟仿真平台建立的同时，实验教学方法也需要更加重视，充分利用有限的教学资源，降低相应的教学资本，在教学方法上进展改革创新，目前常用的实验教学方法主要有以下几种：

〔1〕传统的"教学";方法

此方法是教师在课堂上先进展演示，后学生再动手完成，此种方法较适用于课程入门之处的根底学习，比方表1中的双绞线的制作与测试，大部分同学都是第一次接触网线、水晶头、网线钳和网线测试仪等设备，通过此种方法可以获得较好的实验效果，但对于课程中后期相对复杂的实验用于演示的时间根本就可以占据整个课时，实验效率很低，而且不利于培养学生的创新才能和动手才能。

〔2〕任务驱动教学方法

以教师为引导，学生主动进展学习，是一种符合教学层次性和实用性的探究式学习方法，详细就是实验教师将实验内容设计成详细的实验任务，以任务为驱动，应用详细的实例进展引导提出问题，让学生们主动考虑，让学生边学边做的方式掌握知识点，此方法可以锻炼学生们的综合才能，教学目的的明确性让实验教师能更好地对教学过程进展指导，教学效果的评价也更加客观，能做到做与学一体化，以任务为中心，解决了理论与理论二元别离化的情况，实现了一体化教学，能很大程度上调动学习主动性和激发学习兴趣，锻炼学生们分析问题及解决问题的才能[8]。此方法对于计算机网络课程实验而言比拟适宜中期的一些实验，如表1中的交换机、路由器配置、子网划分等实验内容。

〔3〕工程教学方法

通过设置一个与真实世界亲密联络的相对独立的完好工程，让学生从需求分析、方案设计、详细的施行过程及最终成果评价全程自己负责，工程完毕后师生共同对工程成果进展评价。此方法可以给学生独立进展方案工作的时机，可用于学习特定的具有一定应用价值的教学内容，它能将理论知识与理论技能很好地交融在一起，很大程度上锻炼学生抑制、处理问题的才能，学习更具实用性和针对性，学生可以自由自主地开展学习，综合协调才能和创造性得到了很强的锻炼[8]。此方式适用于计算机网络课程后期的设计性和综合性实验。

〔4〕双驱动教学方法

这是任务驱动与工程驱动教学方法的综合应用，通过将工程分解成任务，任务驱动实验活动，双驱动教学方法的施行过程中教师重点参与工程驱动来进展全程监控，根据学生才能动态进展分组，对学生工作方案进展掌舵，学生那么自主完成任务驱动部分，此方法将学习的管理者变为学生本人，将被动学习变成了主动学习[9]。在计算机网络的实验教学过程中此方法适用于课程后期复杂的实验内容或计算机网络课程设计。

四激发虚拟仿真实验平台教学效果的方法策略

在计算机网络这门理论性比拟强的课程实验教学过程中，对虚拟仿真实验平台的使用切不可单纯为了追求提升实验效率盲目随意，要真正激发出虚拟仿真实验平台的教学效果需从虚拟仿真实验平台的建立、实验工程内容分析和教学方法选用三个方面一起抓。

〔一〕抓好虚拟仿真平台建立工作

〔1〕虚拟仿真实验平台的教学工程和管理功能的设定，必须坚持以课程需求为导向，整个建立过程，除了系指导和各教研室主任及实验室人员的参与，更多的是让一线授课教师和高程度专任教师参加，对课程需求提出珍贵性意见和建议。

〔2〕对虚拟实验平台应进展全方位的试用，可将试用期适当延长，让学生和教师进展一学期的试用工作，对功能上的缺陷或者发现的问题进展及时整改及修复。

〔3〕定期对相关教师进展集中培训，让教师能较快地掌握平台的使用和管理方法，可将虚拟实验平台的管理权限适当下发给授课教师，以缓解实验室人员装备缺乏等问题。

〔4〕对实验理论教学的开展工作制定规章制度，以标准实验理论操作过程，防止部分教师过度单纯性地依赖虚拟仿真平台进展实验理论教学活动。

〔二〕虚拟仿真平台与硬件实验室在计算机网络实验过程使用方针

虚拟仿真平台自身存在的虚拟性，操作者无法有亲手体验感，要锻炼学生的动手才能、创新才能和排查问题解决问题才能，就决定了必须以传统的硬件实验室为主导地位，在资金条件允许的情况下，尽量装备数量充足的硬件设备，让硬件实验室成为主要的实验理论教学阵地，虚拟仿真实验平台作为辅助，做到能实不虚、先实后虚、用虚必后实。

对于计算机网络课程实验而言前中期实验尽量选用能实不虚、或先实后虚的教学形式，让同学们在课堂上利用有限的课时在硬件设备上进展实操，以稳固根底知识的掌握，为后期复杂的实验内容打好根底，通过前中期在硬件实验室内对二、三层交换机、路由器和防火墙等设备的实操，有了一定知识储藏量，对后期设计性、综合性或课程设计而言因受硬件设备数量、课时等等限制选用虚拟仿真实验平台进展实验就可以获得理想的实验效果。

〔三〕虚拟仿真平台进展实验时教学方法的选用

虚拟仿真实验平台模拟涵盖了网络中所有的设备，根本可以对所有实验工程进展模拟，特别是在系统构造较大、较复杂的实验工程方面更显优势，在利用虚拟仿真实验平台进展实验时怎样选择适宜的教学方法，就需要实验教师工作思路明晰，根据教学经历和学生情况不断总结经历，敢于引进新方法新思路，改良实验教学过程和方法【7】。根据多年从事计算机网络实验教学经历总结如下：

〔1〕简单的根底性实验，比方二、三层交换机、路由器的配置选用"教-学";方式的教学能更直观、更有效率地让同学们掌握实验内容。

〔2〕对于子网划分、一样子网通信、不同子网之间通信等中等难度实验选用"教-学";和任务驱动法相结合的方式完成实验内容，效率更高。

〔3〕对于设计性、综合性实验或课程设计等，采用工程驱动法或双驱动法都可以获得较好的效果。

五结语

虚拟仿真实验平台应用于实验理论教学，可以在很大程度上弥补解决基于传统硬件实验室开展实验教学存在的一些问题，同时也可提升资源共享力度，使得实验理论教学工作更轻松开放，可激发学生对实验理论课程的兴趣，提升学生们自主学习的动力，激发学生们动手才能和创新才能，但在实验理论教学过程中切不可盲目单纯性地依赖虚拟仿真实验平台进展教学活动，要想获得