新工科背景下面向虛擬仿真實驗的計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗教學(xué)探索

郎大鵬 劉杰 鞠成東 叢曉紅

摘要：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展使得高校在開展計算機網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)過程當(dāng)中獲得了更加強有力的技術(shù)支持，高校教師在開展計算機網(wǎng)絡(luò)課程的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)當(dāng)中需要有效地借助虛擬仿真技術(shù)來進行實驗指導(dǎo)，使得學(xué)生能夠更加高效地開展實驗設(shè)計和實驗結(jié)果記錄，并解決以往實驗過程當(dāng)中無法解決的問題。本文將具體分析現(xiàn)階段計算機網(wǎng)絡(luò)實驗課程當(dāng)中面臨的主要問題，探究虛擬仿真技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)實驗課程的積極作用，并給出提高計算機網(wǎng)絡(luò)實驗課程教學(xué)質(zhì)量的具體建議，希望對高校計算機網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)質(zhì)量的提升有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：工科背景;虛擬仿真;計算機網(wǎng)絡(luò)

高校教師的教學(xué)手段需要跟隨技術(shù)的發(fā)展和更新?lián)Q代進行不斷地調(diào)整和改進，計算機網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)活動與具體操作實踐密切相關(guān)，需要學(xué)生在實際的實驗操作當(dāng)中去驗證自身的理論假設(shè)和獨特構(gòu)想。為了促使學(xué)生在計算機網(wǎng)絡(luò)實驗當(dāng)中獲得更加便利的實驗條件和更加精確的結(jié)果，教師可以將虛擬仿真技術(shù)引入到課堂的實驗教學(xué)當(dāng)中，使得學(xué)生能夠借助這一技術(shù)的獨特優(yōu)勢來強化自身的理論學(xué)習(xí)和實踐技術(shù)。教師應(yīng)該針對現(xiàn)階段實驗教學(xué)當(dāng)中存在的諸多問題來進行技術(shù)的引進和改良，促使學(xué)生在計算機網(wǎng)絡(luò)的實驗開展當(dāng)中獲取更高的學(xué)習(xí)效率。

1 現(xiàn)存問題

1.1 現(xiàn)階段的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗中的可視化效果較差

開展計算機網(wǎng)絡(luò)實驗時如果采取真實的物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，則會使得實驗過程當(dāng)中各個設(shè)備的運行狀況無法直接清晰地顯示出來，而且需要實驗人員在開展實驗的過程當(dāng)中不斷地切換不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，以此來了解各個不同設(shè)備的運行狀況。實驗人員也無法及時地了解不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的運行情況和相關(guān)數(shù)據(jù)。為了更好地解決這些問題，可以應(yīng)用虛擬仿真實驗當(dāng)中的可視化工具，使得實驗進展當(dāng)中的各項數(shù)據(jù)都能夠被十分直觀且清晰地呈現(xiàn)出來。

1.2 難以開展大型綜合實驗

在開展了解更加大規(guī)模系統(tǒng)的組網(wǎng)需求分析和數(shù)據(jù)收集工作時需要用更好的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來支撐這一實驗過程，傳統(tǒng)的物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在這一類大型網(wǎng)絡(luò)實驗的設(shè)計和開展過程當(dāng)中無法很好地滿足需求。而虛擬仿真技術(shù)則能夠促使這一類大型實驗工作的流程變得更加清晰，同時也能夠更好地減少實驗過程當(dāng)中的一些重復(fù)性工作。

1.3 難以在真實網(wǎng)絡(luò)環(huán)境練習(xí)當(dāng)中開展網(wǎng)絡(luò)安全問題的實驗

計算機網(wǎng)絡(luò)實驗常常需要針對不同的設(shè)備進行異常檢測、防火墻設(shè)計等操作練習(xí)，如果采用真實的物理設(shè)備來開展這一類互聯(lián)網(wǎng)安全實驗，則很容易導(dǎo)致實驗成本的上升，此外也會使得一些網(wǎng)絡(luò)攻擊實驗沒辦法在真實的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境當(dāng)中開展。虛擬仿真技術(shù)則能夠很好地解決這類問題，使得實驗者能夠在一個虛擬的環(huán)境下進行不受限制的網(wǎng)絡(luò)攻擊實驗，使得網(wǎng)絡(luò)攻擊的過程能夠被十分逼真地模擬出來，同時也不會造成任何實際的損害。虛擬仿真技術(shù)能夠使得實驗者在開展網(wǎng)絡(luò)攻擊實驗的過程當(dāng)中處在一個與外界網(wǎng)絡(luò)隔離的環(huán)境之內(nèi)，以此來保障這些實驗的順利開展。

2 應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)開展實驗的優(yōu)點

2.1 環(huán)境和設(shè)備門檻較低

教師在指導(dǎo)學(xué)生開展虛擬仿真實驗時不需要具備太過復(fù)雜的實驗儀器和設(shè)備，每名學(xué)生只需要擁有一臺能夠連接局域網(wǎng)的機器設(shè)備即可。以往的許多實驗過程需要有特定的設(shè)備，學(xué)校只能夠提供數(shù)量有限的設(shè)備，這就使得學(xué)生在上課的過程當(dāng)中需要幾個學(xué)生共用一臺設(shè)備，在教師講解和具體實驗操作的過程當(dāng)中不是所有學(xué)生都有機會開展動手實踐，也會使得許多學(xué)生在實驗學(xué)習(xí)過程當(dāng)中的學(xué)習(xí)效率受到影響。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用則使得每一名學(xué)生都能夠用較為簡易的設(shè)備參與到整體的網(wǎng)絡(luò)實驗當(dāng)中，并使得每一名學(xué)生都在擁有自身實驗設(shè)備的情況之下開展更加順暢的實驗學(xué)習(xí)[1]。

2.2 學(xué)生可以獨立開展實驗

虛擬仿真技術(shù)能夠使得學(xué)生在參與實驗的過程當(dāng)中具備更高的獨立性，每一名學(xué)生都能夠在自身的實驗設(shè)備上獨立開展操作，能夠在頭腦當(dāng)中對整體的實驗流程和實驗步驟有更好的全局性把握。當(dāng)自身的實驗過程遇到問題時，學(xué)生也能夠更加獨立的思考解決辦法，同時根據(jù)自身的每一步操作來思考問題的來源。

2.3 實驗管理更加便捷

這一技術(shù)的引入還可以使得實驗的管理過程更加的簡單，教師可以十分簡便地搭建一個實驗環(huán)境。教師能夠在整體實驗進展當(dāng)中進行更好的觀察和檢測，了解每一名學(xué)生的實時進展。這一類實驗也能夠使學(xué)生在實驗過程當(dāng)中保持獨立性，不會產(chǎn)生與其他同學(xué)過多的交流從而對課堂的教學(xué)帶來干擾[2]。教師能夠通過整體的系統(tǒng)來對每一名學(xué)生的實驗過程進行監(jiān)督，并及時地為遇到問題的學(xué)生提供指導(dǎo)，使得學(xué)生能夠更好地跟上整體的實驗進度，并及時解決自身的疑難問題從而進行后續(xù)的實驗研究。

2.4 維護流程更加方便

虛擬仿真技術(shù)也使得實驗設(shè)備的維護和維修過程變得更加的簡單，以往的實驗過程需要教師對實驗室內(nèi)的各類大型機器設(shè)備進行維護，而虛擬仿真技術(shù)的引入則使得教師的維護對象僅僅限于實驗所依賴的服務(wù)器。教師不再需要對每一臺參與到虛擬仿真實驗當(dāng)中的設(shè)備進行維護，這些設(shè)備往往是由學(xué)生自主管理[3]。教師只需要檢測整體的服務(wù)器是否穩(wěn)定，并在教學(xué)指導(dǎo)過程當(dāng)中，針對服務(wù)器存在的問題進行不斷改良。

2.5 實驗記錄保存更加簡便

虛擬仿真實驗技術(shù)能夠使得教師依據(jù)一個系統(tǒng)來對全部學(xué)生的實驗進展和實驗結(jié)果進行實時查看和記錄保存，這就使得教師的指導(dǎo)工作變得高效和便捷。教師不再需要像以往的教學(xué)過程中那樣對每一名學(xué)生的實驗表現(xiàn)進行查看和記錄，而是只需要實時地查看系統(tǒng)當(dāng)中所呈現(xiàn)出來的實驗進展和數(shù)據(jù)保存情況[4]。這一類技術(shù)能夠大量地減輕教師在實驗開展過程當(dāng)中的工作量，使教師能夠?qū)⒏嗟年P(guān)注力放在有效指導(dǎo)學(xué)生并為學(xué)生提供改進意見之上。

3 指導(dǎo)學(xué)生開展良好的虛擬仿真實驗的具體措施

3.1 針對學(xué)生開展動態(tài)管理

虛擬仿真技術(shù)使得教師對于學(xué)生實驗過程的指導(dǎo)變得更加的靈活，以往實驗過程當(dāng)中教師只能夠在實驗室內(nèi)對學(xué)生的相關(guān)操作進行指導(dǎo)，一旦實驗課程結(jié)束，教師和學(xué)生便不能展開后續(xù)地學(xué)習(xí)和指導(dǎo)。學(xué)生也需要在規(guī)定的實驗時間之內(nèi)做完全部的操作，一旦無法在課堂之上完成所有的實驗流程，學(xué)生也無法在課下的時間進行后續(xù)的實驗操作。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用使得學(xué)生能夠在課程結(jié)束之后繼續(xù)自身在課上的實驗，針對課程上沒有獲取的實驗結(jié)果在課下的時間進行不斷地總結(jié)和復(fù)盤。教師的指導(dǎo)過程也可以延續(xù)到課堂之外，教師在實驗室之外也能夠有效地指導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)開展此前未完成的實驗，并通過便捷的網(wǎng)上交流工具來對學(xué)生進行實時的線上指導(dǎo)[5]。這樣的實驗過程和學(xué)習(xí)過程能夠使得教師與學(xué)生更好地利用自身的時間，并使得實驗開展的過程具備連續(xù)性，促使學(xué)生能夠在課下的時間將自己未完成的實驗補充完整。

3.2 激勵學(xué)生在實驗過程當(dāng)中開展積極有效的自主學(xué)習(xí)

虛擬仿真技術(shù)給予學(xué)生更多的操作空間和創(chuàng)造力發(fā)揮的空間，教師在為學(xué)生制定實驗主題和目標(biāo)任務(wù)之后，學(xué)生可以依據(jù)自身的創(chuàng)造力來進行獨特的實驗流程安排。學(xué)生能夠依據(jù)自身手中的設(shè)備來進行相關(guān)的實驗操作，這就使得學(xué)生頭腦當(dāng)中的創(chuàng)造力被更好地釋放出來，學(xué)生不用再按照教師所制定的操作流程來開展自身的實驗，而是可以進行更好地創(chuàng)造和改進。教師在檢測學(xué)生實驗過程和實驗結(jié)果的過程當(dāng)中僅僅是依靠系統(tǒng)當(dāng)中的實驗數(shù)據(jù)記錄來了解學(xué)生的完成情況，而不是要求每一名學(xué)生都按照自身所給定的實驗方法和實驗流程來開展相關(guān)實驗。因此學(xué)生可以通過各種各樣的實驗方法來獲取最終的結(jié)果，這也促使學(xué)生在探究實驗的過程當(dāng)中投入更多的創(chuàng)造力想法和自主學(xué)習(xí)，促使學(xué)生學(xué)會動用各類網(wǎng)絡(luò)搜索工具來進行相關(guān)知識的探究和學(xué)習(xí)，以此來幫助自身開展更加良好的網(wǎng)絡(luò)實驗[6]。

3.3 積極提升教師的教學(xué)效率

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)過程需要教師在固定的課程時間之內(nèi)對所有學(xué)生的實驗表現(xiàn)情況進行良好的觀察和評估，以此來為學(xué)生的日常實驗表現(xiàn)進行打分。這樣的時空局限性會導(dǎo)致教師在開展教學(xué)評估的過程當(dāng)中遇到時間緊、任務(wù)重的問題，也會導(dǎo)致其在評估學(xué)生操作表現(xiàn)的過程當(dāng)中不夠細致，忽略掉許多重要問題。虛擬仿真實驗的引入能夠促使教師采用更加靈活的方式來評估和考量學(xué)生的實驗表現(xiàn)，實驗過程當(dāng)中的服務(wù)器能夠?qū)⑺袑W(xué)生的操作和數(shù)據(jù)保存下來，教師可以在課下的其他時間來統(tǒng)一對所有學(xué)生的實驗數(shù)據(jù)進行檢查和評估，使得教師能夠更加合理地分配自身的教學(xué)評估任務(wù)時間，在課堂之上將更多的關(guān)注投入到自身的教學(xué)活動以及針對化的學(xué)生指導(dǎo)當(dāng)中。

4 結(jié)束語

實驗開展的便捷性能夠極大地提升課堂的效率，使得教師在規(guī)定的教學(xué)時間之內(nèi)帶領(lǐng)學(xué)生進行更多地理論探討和更加順暢地溝通交流。虛擬仿真技術(shù)的引入能夠使得教師與學(xué)生在實驗課堂之上進行更加高效便捷的實驗，并使得每一名學(xué)生在實驗過程當(dāng)中的表現(xiàn)情況被準確記錄下來，以此來為教師對于學(xué)生的評估考察提供更多的資料補充。實驗便捷性的提升還能夠促使教師的課堂教學(xué)效率得到極大的提升，并幫助教師展開更多一對一針對化的教學(xué)，使教師對每一名學(xué)生在實驗開展當(dāng)中遇到的問題進行更加具體的指導(dǎo)，并極大地提升每一名學(xué)生的實驗學(xué)習(xí)實踐。

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【通聯(lián)編輯：李雅琪】