基于“兩對應+兩結合”的高職課程虛擬仿真資源設計與實踐研究

陳小中

摘? ?要：傳統計算機網絡構建課程教學難以有效提高學生的園區網構建能力，文章以“園區網構建”項目任務為載體，基于虛擬仿真教學資源開發，研究“兩對應+兩結合”的專業實踐課程教學方法，可強化學生計算機網絡系統認知、提升網絡構建與運維技能。

關鍵詞：兩對應;兩結合;虛擬仿真;網絡構建;項目化設計;資源開發

隨著信息技術高速發展以及國家“互聯網+”行動計劃的實施[1]，計算機網絡構建課程逐漸成為相關工科專業人才培養方案中的必修課程。常州工程職業技術學院是全國內部質量保障體系建設與實施項目試點院校，成功建設了一批項目化課程資源庫。教學團隊提出了虛擬仿真資源，實時與模擬結合以及訓練與考核結合的“兩對應+兩結合”課程教學方法，開發虛擬仿真教學資源。實踐表明，虛擬仿真資源在提升學生網絡構建核心技能方面成效顯著。

1? ? 計算機網絡構建特性

相比其他計算機類專業課程，計算機網絡構建具有以下幾點特性。

1.1? 知識內容繁雜

該課程涉及大量通信和計算機領域概念、模型和術語，主要包含網絡模型、協議層次、物理鏈路、交換技術、路由技術、IP地址、應用協議、路由協議、外網接入、服務器應用等知識單元。其中，交換技術、路由協議概念與原理以及服務器系統的部署與管理，是本課程的重點和難點內容。

1.2? 課程集成性強

計算機網絡系統建設目標是架設基于IP協議的數據交換路由信息平臺及部署和管理典型應用服務，是大量軟硬件資源有機集成的綜合體。構建過程要綜合運用專業技術，掌握和理解各環節間關聯，才能實現所構建網絡的高效性和可靠性。

1.3? 實踐操作性強

該課程中網絡規劃、物理連接、設備調試、服務架設等知識和技能的訓練，都需以實踐操作方式進行。為確保學生對全局網絡的操控性，最理想的方式是為每個學生提供人手一套網絡實訓教學平臺。

國內眾多高校開設了“計算機網絡基礎”“網絡互聯技術”和“服務器配置”等相關課程，并配套建立了相關精品課程資源[2]。然而，國內外現有研究中，教學資源主要以單一或少量知識點的驗證性實驗為主要載體，基于項目化理念有機集成眾多知識點于一體的綜合典型項目課程資源還非常缺乏。

2? ? 課程虛擬仿真資源設計思路

本著提升學生網絡構建能力、以項目導向和任務驅動的設計思路，充分利用思科網絡學院Packet Tracer仿真軟件功能優勢，重點關注園區網建設過程中的整個建設和運維環節。針對技能訓練目標，采用虛擬仿真技術進行項目設計和資源重構，建設一套交互性好的項目化教學資源庫，重點解決以下3點問題。

2.1? 基礎設施和邏輯拓撲對應

基礎設施和邏輯拓撲對應是計算機網絡構建中的重要內容。目前，單一網絡實驗和綜合網絡實訓大都以邏輯拓撲方式進行，無法有效體現網絡邏輯結構與基礎設施間的對應關系。學生難以體會到網絡建設中園區、樓宇、設備間、鏈路的物理設施層次關系。

2.2? 實時網絡與協議模擬結合

數據包傳輸過程和封裝結構對學生理解數據轉發、交換路由協議、故障診斷有著極重要的意義。采用sniffer等工具軟件抓包已成為網絡實際建設中數據包分析的主流方式，需較深的專業基礎知識，初學者難度較大。現有虛擬仿真平臺如HCL，GNS等，雖能支持數據包的分析，但需要耗費較多的PC硬件計算資源，且對于數據傳輸過程中可視化展示的支持不夠理想。

2.3? 網絡集成實訓條件保障

計算機網絡系統包括大量軟硬件子系統，為學生提供一套完整的網絡硬件實訓環境顯然存在很大難度。基于虛擬仿真平臺開發實訓資源，師生可根據典型需求實現網絡設備與應用系統的便捷創建和配置修改，有效彌補真實訓練中設備不足和管理困難等缺陷。

3? ? 課程內容甄選與項目資源設計

計算機網絡教研團隊通過企業、行業走訪和網絡調研方式，總結和歸納目標崗位所需知識和能力要求，甄選和整合傳統知識和技能點，保留交換、路由、服務應用等核心內容，刪節綜合業務數字網、幀中繼等過時技術，增加無線、以太網無源光網絡等主流技術和基礎設施建設環節等。整合優化該課程教學內容，設置基礎建設、二層網絡、三層網絡、網絡協議等內容，具體如表1所示。

以“園區網構建”項目為例，依據典型工程化流程，將整個項目分解為物理基礎建設和邏輯網絡部署兩個子項目，并按照項目建設流程，詳細設置各子項目中任務，并規劃核心能力目標，開發配套實踐教學項目資源，包含訓練資源及其對應測試資源，具體如表2所示。

4? ? 虛擬仿真資源應用

4.1? 基礎設施建設

基礎設施建設是園區網構建的基礎，園區網絡拓撲如圖1（a）所示，依據邏輯視圖下預先設計的網絡拓撲結構，在物理視圖下依次創建園區樓宇結構分布、樓宇內部設備間，具體如圖1（b）所示。通過“設備移動”方式，將交換機、服務器、PC等設備“搬運”至對應樓宇的設備間，并支持線纜的自動連接。該項資源設計能顯著增強學生對物理網絡布局的直觀感受，進一步了解園區網絡建設中樓宇和設備部署物理分布，加深對綜合布線和網絡基礎設施建設的認知和理解。

4.2? 數據包通信分析

利用虛擬軟件平臺中特有仿真功能特性，幫助學生分析網絡數據傳輸中協議類型和數據通信過程至關重要。傳統網絡連通性測試中，學生只能通過ping命令包中的反饋信息分析通信結果，其傳輸過程抽象不直觀，加大初學者對于網絡原理理解的難度。

（a）園區網絡拓撲

（b）園區樓宇結構

采用仿真資源對特定應用協議編輯和過濾，可幫助學生分析網絡連通性和判斷故障點的關鍵位置，數據包傳輸分析如圖2（a）所示。直觀可視化的數據包開放式系統互聯（Open System Interconnection，OSI）封裝模型和編址信息，數據包OSI模型結構如圖2（b）所示，有效展示數據協議單元PDU中核心信息及重要參數，數據單元封裝格式如圖2（c）所示。仿真模式下數據包的通信過程與原理分析，能有效彌補邏輯網絡學習中可視化的不足。建立直觀的實踐教學輔助資源，有助于對OSI模型和數據通信等抽象過程理解和分析的強化，更重要的是幫助分析ICMP，DNS，DHCP，WWW等典型協議包抓取以及故障診斷定位。

4.3? 項目任務評估與分析

在開發項目訓練資源的同時，開發配套測試資源，有利于提升學生課程學習效果。在項目測試資源中，可以將項目任務要求和項目邏輯資源有機結合，設置項目任務完成的步驟和時間要求，并自動進行實時評分，即完成項目的百分比。在檢查功能項方面，可以設置兩種功能：（1）開發檢查項，讓學生自行查看各個任務完成的情況并排查錯誤。（2）屏蔽檢查項，要求高于前者，學生在無法查看檢查項的基礎上，自行排查未完成的、錯誤的任務，適用于課程綜合考核與故障排查訓練。

4.4? 資源應用效果分析

項目組將所開發資源植入網絡課程的階段性學習，分別在常州工程職業技術學院4個班級中試點應用。結果表明，所有測試學生對于園區網中物理網絡、通信協議、網絡服務以及全網架構的實踐能力，相比傳統理實一體化的效果有明顯提升，綜合考試成績顯著提高。此外，采用個性化參數設置，提升學習主動性和自覺性。通過學生個人匯報和展示，有效減少學生實踐學習中缺乏思考和抄襲作業的發生。

5? ? 結語

基于“兩對應+兩結合”的高職課程虛擬仿真資源設計與實踐研究，為授課教師設計“集成網絡教學環境”，提供可行教學方法和有效實踐教學資源。基于虛擬仿真技術開發課程實踐資源是對物理實驗環境的有效補充，挖掘虛擬仿真平臺功能，需專業教學團隊不斷改革嘗試。

[參考文獻]

[1]國務院.中華人民共和國國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要[N].人民日報，2016-03-18.

[2]曹毅，蔣麗華，楊莉.校企合作在精品課程建設中的應用與實踐[J].中國職業技術教育，2007（16）：23-24.

Abstract：The teaching of traditional computer network construction course is difficult to improve students ability to construct campus network effectively. This paper is based on the project task of “campus network construction” and based on the development of virtual simulation teaching resources. The research on the teaching method of the professional practice course can strengthen the students cognition of the computer network system and improve the skills of network construction and operation and maintenance.

Key words：two correspondence; two combination; virtual simulation; network construction; project design; resource development