“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下虛擬仿真技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中的應(yīng)用

陸海峰 李慢慢 張雅娟 顧逢潤(rùn)

【摘要】? ? 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)不僅是理論知識(shí)，而且是實(shí)踐操作，然而，由于實(shí)驗(yàn)室成本高，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備隨著互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)的發(fā)展更新迅速，給計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的實(shí)踐教學(xué)帶來(lái)了很大的困難，這使得學(xué)生無(wú)法運(yùn)用理論知識(shí)操作實(shí)際設(shè)備。

【關(guān)鍵詞】? ? 互聯(lián)網(wǎng)+? ? 虛擬仿真? ? 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)? ? 教學(xué)

互聯(lián)網(wǎng)+環(huán)境下，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程必須與時(shí)俱進(jìn)，這就要求虛擬仿真技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中的應(yīng)用，虛擬仿真技術(shù)可以提高教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生理解課程的能力，達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。

一、虛擬仿真技術(shù)簡(jiǎn)介

1.虛擬仿真技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)在美國(guó)、日本和德國(guó)已有20多年的歷史，它主要依靠數(shù)字網(wǎng)絡(luò)、模擬系統(tǒng)理論和信息交換技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的開(kāi)放應(yīng)用中對(duì)實(shí)際數(shù)字信息系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。目前，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)主要采用兩種虛擬仿真技術(shù)：一是構(gòu)建虛擬仿真技術(shù)，二是將虛擬仿真技術(shù)引入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，解決教學(xué)中的問(wèn)題和難點(diǎn)，提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生素質(zhì)[1]。

2.虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。虛擬仿真技術(shù)使用特定的軟件來(lái)模擬物理機(jī)器的性能，提供更真實(shí)的硬件環(huán)境，同時(shí)運(yùn)行多個(gè)系統(tǒng)。此外，它還可以模擬一個(gè)與實(shí)際網(wǎng)絡(luò)完全兼容的虛擬局域網(wǎng)環(huán)境，避免硬件沖突。利用該技術(shù)可以生動(dòng)地展示局域網(wǎng)的運(yùn)行情況，為學(xué)生提供良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。

二、互聯(lián)網(wǎng)+環(huán)境下計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中使用虛擬仿真技術(shù)的必要性

1.虛擬仿真技術(shù)可以彌補(bǔ)設(shè)備不能隨時(shí)更換的局限性。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)硬件條件不能及時(shí)更新，不能滿(mǎn)足需求的情況。例如，如果每個(gè)學(xué)生都使用路由器，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中設(shè)置路由器是不現(xiàn)實(shí)的，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)融入到計(jì)算機(jī)教學(xué)中，學(xué)生只需在計(jì)算機(jī)上做實(shí)驗(yàn)就可以完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，不僅緩解了設(shè)備不足的問(wèn)題，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)資金的投入，還提高了操作能力[2]。

2.減少教育投入。在實(shí)際的教學(xué)中，往往需要花費(fèi)大量資金購(gòu)買(mǎi)設(shè)備，而虛擬仿真技術(shù)可以大大降低教學(xué)成本。例如，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中，學(xué)生經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電路順序錯(cuò)誤，水晶頭與電路接觸不良，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，重復(fù)實(shí)驗(yàn)會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)用品的大量浪費(fèi)，增加實(shí)驗(yàn)用品的采購(gòu)，這肯定會(huì)增加實(shí)驗(yàn)費(fèi)用的投入，如果用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)代替實(shí)際實(shí)驗(yàn)，當(dāng)模具和鋼絲失效時(shí)，可以重復(fù)實(shí)驗(yàn)而不浪費(fèi)設(shè)備，這樣可以大大減少實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)的投入，更多的經(jīng)費(fèi)可以投入到其他的教學(xué)科研工作中。

3.培養(yǎng)學(xué)生網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)踐的興趣。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生可以直觀地觀察演示操作方法和步驟，甚至可以看到不正確操作的結(jié)果，從而提高學(xué)習(xí)效果。

三、互聯(lián)網(wǎng)+環(huán)境下虛擬仿真技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的重要性

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)體驗(yàn)和實(shí)踐過(guò)程中，教師可以結(jié)合教學(xué)實(shí)踐設(shè)計(jì)相應(yīng)的虛擬仿真模型，從學(xué)生認(rèn)知的角度對(duì)虛擬仿真模型進(jìn)行分析和創(chuàng)新。在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)理論課各知識(shí)點(diǎn)的全面理解的基礎(chǔ)上，也可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識(shí)。在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，教師可以將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行整合，建立一條主線(xiàn)和一條輔助線(xiàn)，從而擴(kuò)展了主線(xiàn)教學(xué)，讓學(xué)生感覺(jué)知識(shí)點(diǎn)是分散的，拓寬教學(xué)的指導(dǎo)思想，使學(xué)生的整體學(xué)習(xí)思想特別清晰[3]。

四、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)的現(xiàn)狀

首先，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境沒(méi)有保障，在一些網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，為了保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，往往對(duì)實(shí)驗(yàn)階段進(jìn)行了仔細(xì)的界定，限制了學(xué)生的自主性，實(shí)驗(yàn)過(guò)程一般是照本宣科的，老師給出詳細(xì)的任務(wù)，學(xué)生在老師的指導(dǎo)下完成實(shí)驗(yàn)，因此，學(xué)生不能將網(wǎng)絡(luò)理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際工作中，提高實(shí)踐能力。

在網(wǎng)絡(luò)課程的培訓(xùn)或?qū)嵺`中，由于缺乏網(wǎng)絡(luò)路由器、防火墻等網(wǎng)絡(luò)設(shè)施和設(shè)備，學(xué)生的學(xué)習(xí)受到限制，相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備不能有效使用。經(jīng)常幾個(gè)人共用一個(gè)設(shè)備，降低了學(xué)生在線(xiàn)學(xué)習(xí)的熱情。此外，一些網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室缺乏完善的管理制度，學(xué)生隨意安裝設(shè)備和線(xiàn)纜，導(dǎo)致設(shè)備和線(xiàn)纜損壞。

其次，網(wǎng)絡(luò)知識(shí)的快速更新使實(shí)踐教學(xué)資源與產(chǎn)業(yè)發(fā)展分離。目前，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展和新技術(shù)、新法規(guī)的出現(xiàn)，學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與行業(yè)實(shí)踐嚴(yán)重脫節(jié)。

五、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)存在的弊端

5.1理論與實(shí)踐不對(duì)稱(chēng)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為一門(mén)綜合性的實(shí)踐學(xué)科，其理論知識(shí)在一定程度上是抽象的，同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化更新的效率也影響著網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化更新的效率，模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸方式和工作機(jī)制也存在明顯的冗余問(wèn)題。在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，從其范圍和學(xué)生的知識(shí)體系來(lái)看，大部分知識(shí)都超出了學(xué)生的認(rèn)知范圍，這也導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的螺旋效應(yīng)，不能更好地整合學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，在學(xué)習(xí)了相關(guān)知識(shí)點(diǎn)后，學(xué)生不能進(jìn)行深入的分析。此外，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的可行性要求教師對(duì)課程知識(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)講解，讓學(xué)生真正了解理論知識(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用。然而，在大多數(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中，教師們繼續(xù)把重點(diǎn)放在理論上，受實(shí)驗(yàn)室設(shè)備缺乏的影響，知識(shí)往往是老師用來(lái)獲取一種知識(shí)，但學(xué)生不能將這種知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中，所以自己的知識(shí)體系不能與更多的實(shí)用知識(shí)建立明確的聯(lián)系。

5.2單一的教育形式

教學(xué)形式的單一，即教師把課堂教學(xué)簡(jiǎn)化成一定的教材。例如，課堂教學(xué)通常是主要的教學(xué)方法，對(duì)長(zhǎng)期學(xué)習(xí)很有幫助，以固定的方向傳授知識(shí)，限制創(chuàng)造性思維。書(shū)本作為主要教學(xué)課題，不符合信息技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)校教育與社會(huì)教育嚴(yán)重脫節(jié)，不能為人才對(duì)接提供有效保障。

六、互聯(lián)網(wǎng)+環(huán)境下虛擬仿真技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的應(yīng)用

6.1建立虛擬知識(shí)架構(gòu)平臺(tái)，提高學(xué)生的主觀能動(dòng)性

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中，必須在開(kāi)始前講授理論知識(shí)，使學(xué)生對(duì)整個(gè)知識(shí)框架有一個(gè)初步的了解，充分了解各個(gè)知識(shí)點(diǎn)與實(shí)際過(guò)程之間的兼容性，這樣就可以建立一個(gè)具有抽象思維的知識(shí)框架。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用就是同步這些知識(shí)點(diǎn)，并創(chuàng)建相應(yīng)的教學(xué)實(shí)踐場(chǎng)景，使所有的教學(xué)知識(shí)點(diǎn)都能在網(wǎng)絡(luò)模型中準(zhǔn)確處理，在對(duì)學(xué)生的理論知識(shí)進(jìn)行初步解釋的同時(shí)，也可以通過(guò)模擬實(shí)際操作來(lái)驗(yàn)證自己的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，虛擬仿真教學(xué)環(huán)境的構(gòu)建使整個(gè)系統(tǒng)能夠執(zhí)行一定的精度控制過(guò)程，而程序、預(yù)算和設(shè)備運(yùn)行屬于兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，就像電腦設(shè)備一樣，不會(huì)對(duì)電腦設(shè)備造成任何損害。在課堂上，學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解可以同步應(yīng)用到實(shí)際操作中，從而大大減輕了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)操作教學(xué)中設(shè)備的操作負(fù)擔(dān)，有效地激發(fā)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性。使學(xué)生的思維能力得到更好的發(fā)展，進(jìn)而為教學(xué)理論本身與學(xué)生的知識(shí)提供一個(gè)對(duì)接的平臺(tái)[4]。

6.2連接互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，提高教學(xué)糾錯(cuò)能力

目前，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于學(xué)生人數(shù)眾多，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的要求較高，這就增加了間接的經(jīng)濟(jì)成本，有的學(xué)校甚至引進(jìn)教學(xué)設(shè)備。此外，教育資源的均衡分配會(huì)增加教學(xué)負(fù)擔(dān)，成為師生嚴(yán)重短缺的問(wèn)題。在虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用中，仿真教學(xué)環(huán)境由軟件構(gòu)建。北京鐳嘉科技科技有限公司的虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確模擬各種網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境，整合通信設(shè)備、信息交換設(shè)備等資源，并設(shè)置相關(guān)參數(shù)，當(dāng)學(xué)生在虛擬仿真環(huán)境中出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和分析系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)分析這些參數(shù)是否存在于異常行為中，并將其實(shí)時(shí)傳輸?shù)教摂M交互界面，使學(xué)生能夠清楚地了解自己在實(shí)際操作中所面臨的問(wèn)題，作為這種有效教育的一部分，學(xué)生可以加強(qiáng)理論知識(shí)與實(shí)踐知識(shí)的匹配，深入分析理論知識(shí)與實(shí)踐的差距，提高學(xué)生獨(dú)立解決問(wèn)題的能力，此外，借助虛擬仿真技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備，可以有效消除傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)課程在綜合教學(xué)中的局限性，仿真平臺(tái)的建設(shè)和應(yīng)用也將突破時(shí)間和空間的障礙。計(jì)算機(jī)設(shè)備需要安裝相應(yīng)的教學(xué)軟件，構(gòu)建虛擬場(chǎng)景，為學(xué)生提供實(shí)用的工作空間，為學(xué)生開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化的知識(shí)體系奠定基礎(chǔ)。

6.3確定實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)，搭建虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

北京鐳嘉科技科技有限公司的虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)系統(tǒng)以概念、設(shè)計(jì)、實(shí)施和利用為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)施和開(kāi)發(fā)。根據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)踐教學(xué)的要求，確定了課程性質(zhì)、教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐課程時(shí)間。將網(wǎng)絡(luò)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)原理設(shè)計(jì)不同規(guī)模、不同環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，包括監(jiān)控、測(cè)試、配置、分析、評(píng)估和控制網(wǎng)絡(luò)資源，優(yōu)化軟件和硬件，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)安全管理工作。構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)作為一種實(shí)踐教學(xué)方法，其主要目的是引導(dǎo)學(xué)生圍繞教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建相應(yīng)的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，幫助學(xué)生從實(shí)際操作中掌握網(wǎng)絡(luò)知識(shí)，并將其與應(yīng)用相結(jié)合。

6.4虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)際應(yīng)用效果

利用虛擬技術(shù)構(gòu)建仿真實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)，可以結(jié)合網(wǎng)絡(luò)課程的內(nèi)容，建立不同的訓(xùn)練方案，使學(xué)生了解虛擬平臺(tái)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)原理，培養(yǎng)實(shí)際操作能力，路由器仿真體驗(yàn)，虛擬體驗(yàn)平臺(tái)集成了路由器、服務(wù)器、交換機(jī)等設(shè)備，支持UDP、http、DNS協(xié)議。學(xué)生可以通過(guò)直觀的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包傳輸過(guò)程創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，完成網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置、調(diào)試和體驗(yàn)。同時(shí)，學(xué)生可以在網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán)境配置中分析網(wǎng)絡(luò)性能。在網(wǎng)絡(luò)安全仿真實(shí)驗(yàn)中，結(jié)合當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)病毒檢測(cè)與控制的要求，將數(shù)百個(gè)不同的病毒源程序集成到虛擬網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中，讓學(xué)生從代碼分析中了解病毒傳播的工作原理和模式[6]。

在病毒模擬實(shí)驗(yàn)中，將班上的學(xué)生分成小組，將學(xué)生作為攻擊和防御的一部分。攻擊者啟動(dòng)病毒源程序，入侵網(wǎng)絡(luò)。防護(hù)團(tuán)隊(duì)啟動(dòng)漏洞檢測(cè)程序，捕獲病毒程序，分析網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的感染情況，并提出對(duì)策。在整個(gè)過(guò)程中，同學(xué)們真正認(rèn)識(shí)到了病毒的危害，并通過(guò)對(duì)病毒的分析和防范，加強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)病毒攻防知識(shí)的應(yīng)用。

七、結(jié)束語(yǔ)

總之，互聯(lián)網(wǎng)+環(huán)境下虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用可以有效地實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施，從而消除了硬件設(shè)施的局限性，有效地解決了設(shè)備不足的問(wèn)題。完善計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，同時(shí)，有利于學(xué)生更好的理解理論知識(shí)，通過(guò)虛擬仿真技術(shù)更方便的訓(xùn)練和體驗(yàn)，也能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，虛擬仿真技術(shù)不僅可以降低教學(xué)成本和高昂的成本投入，而且可以提高教學(xué)質(zhì)量和效率，加深學(xué)生對(duì)實(shí)際操作的印象，因此，根據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際需要，大力鼓勵(lì)虛擬仿真技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]黎娟.“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下高職計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)改革探究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2021，17（02）：120-121.

[2]吳凱.互聯(lián)網(wǎng)+背景下虛擬仿真技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].湖北開(kāi)放職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2020，33（22）：133-134.

[3]韓潔.基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)改革探索[J].科教文匯（中旬刊），2020（10）：93-94.

[4]王國(guó)豪.基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)改革探索[J].麗水學(xué)院學(xué)報(bào)，2020，42（02）：99-103.

[5]李飛飛.“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代中職計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)模式探索[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2019，15（08）：106-107.