基于VR的計算機網(wǎng)絡(luò)與維護實驗系統(tǒng)的設(shè)計

趙炎

摘要：計算機網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)和維護是每一個信息類專業(yè)的學(xué)生一定要掌握的一項實踐性很強的技術(shù)基礎(chǔ)課，通過開設(shè)這門實訓(xùn)課程，可以使學(xué)生掌握并更加深刻地理解計算機網(wǎng)絡(luò)組成原理，還可以使學(xué)生掌握更加全面的常用工具使用方法。因此，構(gòu)建了基于虛擬技術(shù)的計算機網(wǎng)絡(luò)及維護實驗系統(tǒng)，能夠幫助學(xué)生更好地理解計算機網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)和維護。

關(guān)鍵詞：虛擬技術(shù)；計算機網(wǎng)絡(luò)；實驗教學(xué)

一、基于VR的計算機網(wǎng)絡(luò)與維護實驗系統(tǒng)設(shè)計的必要性

《計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與實驗》是高職信息類專業(yè)普遍使用的教材，該書涉及的實驗項目注重理論和實踐相結(jié)合的原則，操作性強，并且實驗環(huán)境方面并沒有較高的要求，在每章的開頭都有理論和實驗教學(xué)要求，同時也對每個理論和實驗知識點做了詳細的系統(tǒng)規(guī)劃，并且分成了解、理解和掌握這三個層次，每章結(jié)尾都會附帶與本章相關(guān)的實驗內(nèi)容，方便學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容進行鞏固。然而，從硬件角度看，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，提高學(xué)生獨立自主解決問題、分析問題的能力是教學(xué)的重點?？墒侨绻趯嵱?xùn)過程中多次拆分設(shè)備向?qū)W生展示，容易損壞設(shè)備，而且實驗室內(nèi)的實驗設(shè)備較少，不能滿足每一位學(xué)生在課上都能進行實際操作的需求，這樣學(xué)生沒辦法很好地理解計算機網(wǎng)絡(luò)工作原理以及組網(wǎng)和維護等原理，教師在實驗課程中的教學(xué)效果并不是很理想，特別是在學(xué)生學(xué)習(xí)計算機網(wǎng)絡(luò)原理的時候，因為學(xué)生沒有過相關(guān)專業(yè)工作的經(jīng)驗，同時在學(xué)校能夠觀摩的機會也很少，使得他們沒有辦法將在課本中見到的一些工作原理以及結(jié)構(gòu)圖同實際工作相聯(lián)系。所以，就要求教師在教學(xué)過程中把解決學(xué)生的感性認識放在首要地位。

針對上述問題，教師可以創(chuàng)立一個虛擬數(shù)據(jù)模型庫，并采用UG或Pro/ENGINEER軟件對計算機網(wǎng)絡(luò)和維護中的一些經(jīng)典儀器進行虛擬元件的創(chuàng)建工作，采用虛擬裝配和動態(tài)演示的方式創(chuàng)建虛擬的實驗教學(xué)，這樣學(xué)生就能夠通過這種方式來認識和學(xué)習(xí)計算機網(wǎng)絡(luò)硬件的構(gòu)成以及工作原理，使得學(xué)生對學(xué)習(xí)計算機網(wǎng)絡(luò)知識產(chǎn)生濃厚興趣，能夠更好地為將來學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。

二、系統(tǒng)方案設(shè)計

為了培養(yǎng)出更加具有創(chuàng)新性的復(fù)合型人才，高校應(yīng)該建立虛擬數(shù)據(jù)模擬庫，并且采用一些合適的軟件來建立計算機網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的虛擬模型，還要對網(wǎng)絡(luò)元器件進行三維制作以及組網(wǎng)仿真工作，同時也可以建立基于VR的計算機網(wǎng)絡(luò)與維護實驗系統(tǒng)的設(shè)計與研究系統(tǒng)。這樣能夠?qū)φ麄€計算機網(wǎng)絡(luò)和組網(wǎng)原理進行分析和研究。也可以在中間建立數(shù)據(jù)模型和關(guān)系模型，這時就應(yīng)用到UG或Pro/ENGINEERCAXA等軟件進行計算機網(wǎng)絡(luò)元器件的建模，形成一個專門的元器件數(shù)據(jù)庫，同時也要按照相應(yīng)的組網(wǎng)流程對虛擬實施對象、操作流程、工具進行動態(tài)展示，從而實現(xiàn)與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫以及Office等辦公軟件做出的文檔資料進行合成。該系統(tǒng)操作便捷、實現(xiàn)難度低、可靠程度較高。進行這樣的虛擬實驗有著多種目標(biāo)和多層次性，將其向?qū)W生進行展示，可以幫助學(xué)生將科學(xué)的理性和邏輯性、想象力和創(chuàng)造力進行完美的結(jié)合，使得學(xué)生的自身能動性得到充分體現(xiàn)，學(xué)生也能夠通過實驗對整個計算機網(wǎng)絡(luò)知識有更加清晰的認識，同時也能夠促進學(xué)生對整個實驗產(chǎn)生興趣，為將來探索其他區(qū)域做好充分的準(zhǔn)備。

三、系統(tǒng)接口以及功能設(shè)計

虛擬技術(shù)的計算機網(wǎng)絡(luò)以及實驗系統(tǒng)功能的維護方面大概有以下幾個功能：學(xué)生終端、技術(shù)管理終端、系統(tǒng)維護管理終端等（如下圖所示）。

（一）系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

不同的系統(tǒng)用戶的接口以及實驗要求都是不同的，在組建系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)時，可以選擇不同的終端進行不同的實驗，從而達到七臺顯示屏幕同步顯示整個計算機網(wǎng)絡(luò)實驗的組網(wǎng)功能，還能夠配上同步的語音提示。

（二）系統(tǒng)軟件功能

由于虛擬技術(shù)的計算機網(wǎng)絡(luò)以及在維護實驗系統(tǒng)中主要由數(shù)據(jù)管理、用戶管理、實驗展示以及其他功能板塊組合而成，給學(xué)生創(chuàng)造了比較逼真的實驗環(huán)境，并且通過人機的交叉操作，能夠給學(xué)生實時展示實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)果，系統(tǒng)也能夠給學(xué)生提供多種方法來完成各個用戶之間的信息交流活動，其主要功能如下。

1.軟件登錄。

在計算機上輸入用戶名和密碼來進行軟件系統(tǒng)登陸，如果輸入正確，登陸成功后，就能夠顯示軟件主界面。

2.用戶管理。

這項管理工作是用來使用戶能夠完成基本信息的錄入和修改工作，用戶的基本信息主要包括學(xué)生的學(xué)號、專業(yè)、班級、姓名、性別、用戶名和密碼等。

3.安全管理。

可以對用戶的角色進行分配、修改以及給予不同權(quán)限的權(quán)力。用戶角色主要有學(xué)生、數(shù)據(jù)管理員和系統(tǒng)管理員等，每個人對應(yīng)的權(quán)限也是不同的，如果能夠在系統(tǒng)中使用這種分級分權(quán)限的管理方式，就能夠保證數(shù)據(jù)的安全性。

4.數(shù)據(jù)管理。

完成計算機網(wǎng)絡(luò)元器件的定義工作以及設(shè)計相關(guān)數(shù)據(jù)、CAD繪圖工作、分析工程和檢驗數(shù)據(jù)、制定計劃以及規(guī)則、產(chǎn)品的說明以及關(guān)于多媒體文件和其他數(shù)據(jù)的添加、修正、刪除、更新升級等功能。

5.檢索數(shù)據(jù)。

這項工作能夠?qū)崿F(xiàn)人們對各類元器件的相關(guān)文件和資料的管理檢索功能，可以通過在計算機中輸入對應(yīng)的元器件名稱和型號，隨即就可以查看輸入的該元器件的相關(guān)數(shù)據(jù)和資料，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)精確檢索，還能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)鍵詞查詢等模糊查詢，使整個素材的管理工作得到優(yōu)化，同時也方便學(xué)生能夠隨時、簡便地對所需資料進行查詢。

6.統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)管理員可以對相關(guān)文檔的總數(shù)、學(xué)生們學(xué)習(xí)的次數(shù)以及每個視頻的播放次數(shù)等方面進行統(tǒng)計。

7.維護數(shù)據(jù)。

這是數(shù)據(jù)庫管理員的工作，對數(shù)據(jù)庫進行日常維護和管理。

8.終端管理。

在計算機網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)過程中可以實現(xiàn)瀏覽相關(guān)文檔資料以及完成視頻點播功能還可以在虛擬環(huán)境中對真實組網(wǎng)的過程進行模擬，讓學(xué)生對這一過程能夠有更加直觀清晰的認識，通過對多種組網(wǎng)多媒體素材的展示以及維護，可以給學(xué)生展示哪處是關(guān)鍵，并且發(fā)生錯誤率較高的工序，進而要求學(xué)生對此重點記憶。

9.數(shù)據(jù)編碼。

為了使數(shù)據(jù)維護更加方便快捷，可以采用元器件分類的規(guī)則，對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一編碼。

10.數(shù)據(jù)組合。

在一個大平臺中實現(xiàn)對已經(jīng)錄入數(shù)據(jù)可得文檔、數(shù)據(jù)和模型詳細信息等進行統(tǒng)一管理。

11.虛擬實驗。

按照計算機網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)時的實際需求，實現(xiàn)對虛擬組網(wǎng)進行計劃、錄入、編輯、訂正等功能，還可以利用攝像機把整個組網(wǎng)操作的過程拍成視頻，然后再進行編輯等后期處理工作，還可以配音或者在視頻中加入文字說明，從而實現(xiàn)學(xué)生根據(jù)自己的需求進行實時點播。

12.防錯技術(shù)。

可以向?qū)W生們展示各種各樣的多媒體素材，讓他們觀看并且學(xué)習(xí)組網(wǎng)流程，最終指出哪些工序是容易出現(xiàn)錯誤的，同時要給其指出關(guān)鍵程序以及重點，提醒學(xué)生應(yīng)該在這些方面多加注意。

13.科技聚集。

教師應(yīng)該向?qū)W生展示計算機網(wǎng)絡(luò)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的理論知識以及應(yīng)用范圍，讓學(xué)生的專業(yè)視野得到開拓。

14.設(shè)備管理。

建立計算機網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)常用的儀器、儀表等設(shè)備和非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的數(shù)據(jù)庫，方便學(xué)生需要時對其進行查詢。

15.測試技能。

教師應(yīng)該組織學(xué)生參加組網(wǎng)技能測試，模擬一場理論考試，在規(guī)定時間內(nèi)從設(shè)計好的數(shù)據(jù)庫中進行隨機抽題，然后讓學(xué)生們進行解答，這種方法能夠保證考試的真實、公平和公正。

四、結(jié)論

基于VR的計算機網(wǎng)絡(luò)與維護實驗系統(tǒng)的設(shè)計與研究，最終建立相應(yīng)的系統(tǒng)，不但在一定程度上能夠減少實驗成本，節(jié)約實驗項目的開發(fā)研究費用，同時利用當(dāng)前實驗室現(xiàn)有的設(shè)備進行實驗，不但發(fā)揮了實驗設(shè)備的作用，還突破了傳統(tǒng)教學(xué)模式在時間、空間上的限制，從而實現(xiàn)了信息技術(shù)和實驗資源的共享。通過人機交互，向?qū)W生展示計算機網(wǎng)絡(luò)的整個組網(wǎng)過程以及操作流程，進一步促進了學(xué)生對理論知識的理解和掌握，極大激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，調(diào)動了學(xué)生對實驗的興趣，加強了實驗課的教學(xué)效果，從而實現(xiàn)了學(xué)生從理論學(xué)習(xí)向?qū)嵺`活動研究的轉(zhuǎn)變，這為其他高校培養(yǎng)創(chuàng)造能力強的創(chuàng)新型大學(xué)生的教育活動累積了良好的教學(xué)經(jīng)驗。

參考文獻：

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編輯∕楊波