傳統實驗與虛擬實驗優化整合的《計算機網絡》實驗教學設計

王崇霞

（長治學院計算機系，長治　046010）

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傳統實驗與虛擬實驗優化整合的《計算機網絡》實驗教學設計

王崇霞

（長治學院計算機系，長治046010）

摘要：針對地方本科院校計算機網絡課程傳統實驗教學存在的問題，以培養創新、應用型復合人才為目標，優化組合計算機網絡課程的傳統實驗與虛擬實驗，加強實用性和針對性的實驗教學設計，構建適用于學生需求的計算機網絡實驗教學方案，對地方本科院校網絡工程專業學生的實踐、創新能力培養有很好的作用。

關鍵詞：計算機網絡；實驗教學；虛擬實驗；網絡工程

0　引言

計算機網絡是一門理論、實踐與應用集于一體的學科，相對于理論教學，實驗教學不僅可以提高學生的實際操作能力，也有利于學生理解課程學習的理論知識，并把理論知識與實際環境聯系起來，使學生體會到學有所用，學為所用。而實驗教學方法和教學內容的選擇是計算機網絡課程的一個重要環節，也是地方本科院校網絡工程專業應用型人才培養的基礎。但地方本科院校在實際辦學過程中對實踐教學重視不夠，或者基于經濟承受能力的限制，實驗、實訓教學投入不足，人才培養方案也過分強調學術理論的講授[1]，很難滿足地方本科院校各學科應用型人才培養的實驗教學需求。

虛擬實驗是虛擬技術應用發展而產生一種實驗模式，是利用計算機仿真軟件來建設實驗環境，學生通過計算機的相應操作模擬實驗過程來代替傳統的真實實驗，虛擬實驗室包括實驗環境、實驗設備、實驗對象和實驗信息資源，是虛擬構想的實驗室[2]。虛擬實驗可以充分利用現有實驗資源，提高學生的學習興趣和實踐自覺性。文章從計算機網絡課程實驗教學的角度，對地方本科院校計算機網絡課程的實驗教學模式進行分析，優化整合計算機網絡課程的傳統實驗與虛擬實驗，從培養學生應用實踐能力的角度，構建適用于學生需求的計算機網絡課程實驗教學方案。

1　計算機網絡傳統實驗教學存在的問題

計算機網絡課程是長治學院網絡工程專業網絡方向的開門課程，通過學習使學生了解計算機網絡的主要理論和協議結構，學習計算機網絡中常見設備的操作和管理，設計、構建簡單計算機網絡，了解當前計算機網絡的新技術。綜合分析長治學院計算機網絡課程實驗教學，主要存在如下問題[3]：

（1）學習難度高，實驗主動性差

計算機網絡課程是一門緊跟當前網絡發展技術的前沿學科，它是計算機技術和通信技術的交叉融合，在課程教學過程中，學生明顯感覺前期基礎知識不足，以長治學院為例，計算機網絡課程開設前，學生只學習了數據結構、C語言等課程，而操作系統、組成原理、軟件工程等課程還沒有開設，學生學習時明顯感覺概念抽象，原理多，協議多，理解不了。在某種程度上加大了授課難度，也降低了學生學習興趣，實驗課的主動性就更差。

（2）實驗設施陳舊，實驗項目按部就班

隨著地方本科院校近年辦學規模擴大及辦學資金欠缺，致使實驗教學硬件設施很難滿足實驗需求，且實驗設備陳舊，設備性能及可操作性不能與先進的硬軟件技術相匹配。實驗項目按部就班，實驗條件、實驗內容不能緊跟社會應用需求和網絡技術發展步伐。如交換機、路由器實驗，教師配置并演示給學生看，學生不能親自對其進行操作，更談不上實踐能力的培養，從而大大影響了實驗教學的質量。

（3）實驗室不開放，學生沒有時間和自由設計、實現自己有興趣的《計算機網絡》課程實驗。

長治學院計算機網絡課程安排了16課時的課內實驗，實驗內容采用傳統的演示性和驗證性的實驗項目，實驗依據教師講義按部就班完成，學生沒有自主性，不能調動學生的實踐積極性，也不利于學生的實踐創新能力培養。改進計算機網絡課程實驗教學，提高實驗教學質量，使實驗內容具有設計創新性，是計算機網絡實驗教學方向和目標。

2　虛擬實驗

虛擬實驗是1989年美國弗吉尼亞大學威廉·沃爾夫教授提出的，他用計算機構筑一個綜合不同工具和技術的信息化、虛擬化網絡集成實驗環境[4]。在虛擬實驗環境中，學生可以通過計算機的模擬操作代替傳統實驗器材進行各種實驗。

國外不少大學和實驗室已經建設虛擬實驗系統并投入使用，如采用VRML技術的仿真實驗、采用Active技術的虛擬實驗、采用交互式Flash的虛擬仿真實驗、采用Java語言的虛擬實驗平臺和采用QuickTime VR技術的虛擬實驗等[5-6]。虛擬實驗不僅可以打破時空限制，有效彌補實驗設備、場地、經費等不足而無法開設實驗的弊端，還可以避免學生在真實實驗操作過程中的各種危害，實驗者可以在網絡環境中獲得與真實實驗同等的實驗認知和體會。虛擬實驗仿真、開放、交互、安全的特點，可以有效地彌補了傳統實驗教學的不足，為實驗教學開辟新的方法和途徑。

3　計算機網絡課程傳統實驗與虛擬實驗的優化整合

地方本科院校以培養適合區域發展需求的基礎應用型人才為主，計算機網絡課程實驗以此為目標定位組織實驗教學。

3.1計算機網絡傳統實驗教學方案

傳統實驗是常規計算機網絡課程設置的實驗項目，以網絡搭建為主，如網線制作、局域網建立、交換機及路由器的配置等。傳統實驗操作中，學生根據教師下發的實驗講義，操作實驗設備，完成實驗要求。長治學院計算機網絡課程選擇的傳統實驗項目如表1所示。傳統實驗由于實驗設備昂貴，實驗時間有限，實驗室條件不能滿足每個學生都動手操作的實驗教學需求。

表1　計算機網絡傳統實驗項目

3.2計算機網絡虛擬實驗教學方案

網絡虛擬實驗是在模擬實驗環境完成實驗并獲得實驗結果的過程。虛擬實驗教學的優勢在于實驗進行不受硬件設備限制，能激發學生的學習興趣和實驗積極性，注重培養學生實踐創新意識、釋放探索潛能。計算機網絡實驗教學中設計的虛擬實驗項目如表2所示。

3.3傳統實驗與虛擬實驗的優化組合

傳統實驗教學使學生與實驗面對面，在實驗過程中有真實的實驗體驗和感知，能提高學生的動手能力，但傳統實驗操作學生沒有自主性，不能充分調動學生的積極性和探究性。虛擬實驗畢竟在虛擬實驗環境中完成，學生在完成實驗時會有不真實感。實際網絡環境中學生操作的是傳統實驗，對于探究性的設計類實驗，由于實驗設備多，配置復雜，學校不能滿足讓每個學生都能動手操作實驗過程。這就要求傳統實驗與虛擬實驗優化整合，相輔相成，達到良好的實驗效果。

表2　計算機網絡虛擬實驗項目

如長治學院計算機網絡課程交換機的配置實驗，在傳統交換機實驗中，教師將交換機連接到網絡并配置演示給學生看，如果學校硬件條件允許，學生依據老師的實驗講義，分組完成實驗過程并感受實驗結果。由于課時及交換機數量的限制，長治學院交換機實驗不能按要求讓每個學生都有動手操作的機會。而虛擬實驗平臺，學生可以在虛擬平臺上模擬交換機配置過程，并通過建立的虛擬局域網，測試交換機的連通性。長治學院虛擬交換機實驗采用YS-RouteSim模擬軟件，主要完成如下2種配置方案：一、一臺虛擬交換機上連接兩臺虛擬計算機，配置并測試兩臺計算機的連通性。二、兩臺虛擬交換機與四臺虛擬計算機組建虛擬網絡，并測試計算機的連通性，實驗模型如圖1所示。

在交換機配置實驗中，通過教師演示和分組操作，使學生了解交換機的工作原理和個體認識；通過虛擬實驗，學生加深對交換機的理解和操作過程的感知，如果有興趣，學生還可以在虛擬網絡平臺建立更復雜的交換機實驗，學生在實驗操作中有自主性，可以調動學生實驗積極性，培養獨立思考能力。傳統實驗使學生對實驗操作過程有直觀的感受，虛擬實驗為學生提供探究、設計的實驗平臺。傳統實驗和虛擬實驗的優化組合可以提供更好的實驗體會。

圖1　虛擬交換機配置實驗圖例

4　結語

文章以計算機網絡課程為例，討論了計算機網絡課程傳統實驗與虛擬實驗教學模式、教學方法、教學手段的不同，指出傳統實驗和虛擬實驗各有利弊，為使計算機網絡實驗教學適應時代需求，為地方本科院校培養實踐、創新型人才需求服務，在計算機網絡實驗教學中，優化組合虛擬實驗與傳統實驗，延伸實驗教學，拓寬實驗空間，促進了研究性、設計性實驗的開展，對提高了學生的實踐創新能力有很好的幫助。

參考文獻：

[1]地方本科院校轉型發展實踐與政策研究報告.應用技術大學（學院）聯盟地方高校轉型發展研究中心.北京:中國標準出版社, 2013.11.

[2]李耀麟,張呂彥.虛擬實驗技術的研究現狀及發展趨勢[J].隴東學院學報，2009,20（2）: 118-121.

[3]王崇霞.地方本科院校《計算機網絡》課程實驗教學的現狀[J].長治學院學報, 2014,31（5）:90-91.

[4]郭智敏，劉偉.基于Internet的遠程虛擬實驗室的研究現狀和問題分析[J].教育教學論壇,2010（24）:161-162.

[5]李樹波，羅林，楊艷.云計算與虛擬化技術研究.軟件導報[J],2013,12（1）:142-145.

[6]馮鋼，楊國春.論網絡虛擬實驗室的構建. http://www.lunwentianxia.com/product.free.10002127.1/.

Optimal Integration Experimental Teaching of Computer Network on Traditional Experimental and Virtual Experiments

WANG Chong-xia
（The Computer Department of Changzhi University, Changzhi 046010）

Abstract：Aiming to the problems in traditional experiment teaching of Computer Network in local colleges, to cultivate practical and integrated application talents as the goal, optimal Integration traditional experimental and virtual experiments of Computer Network, strengthen practical and targeted experiments instructional design, construct experimental teaching program of Computer Network suitable for student, that have a good help to improve students' practice innovation ability in local colleges.

Keywords：Computer Network; Experiment Teaching; Virtual Experiment; Network Engineering

收稿日期：2016-02-01修稿日期：2016-03-18

作者簡介：王崇霞，女，副教授，研究方向為密碼學與網絡安全、云計算、計算機教育

文章編號：1007-1423（2016）10-0056-04

DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.10.013

基金項目：山西省教研項目（No. J2014113）、長治學院教研課題（No. JY201505）