網絡設備虛擬仿真實驗教學設計

陸海峰　李慢慢　張雅娟　戴文娟

摘 要：科學技術與時代的發展下，越來越多的新興技術推進了各個領域的創新，網絡設備虛擬仿真技術的出現為網絡設備教學提供了新的教學思路。虛擬仿真技術在網絡教學中的應用，很大程度上降低了資金投入，解決了場地限制的問題，實現了網絡教學的開放與創新。學生也可根據自身的學習情況彈性制定適合自己的教學實驗，在虛擬環境下完成實驗項目，有效推動虛擬仿真技術在各個領域中的應用。文章從網絡設備虛擬仿真實驗教學方面展開，分析了虛擬仿真技術在實際網絡教學中的應用與發展。

關鍵詞：網絡教學;虛擬仿真;實驗教學

0 ? 引言

虛擬仿真技術也被稱為虛擬現實技術，通過一個模擬的系統搭建形成另一個真實系統的交互技術，伴隨科學技術與現代科技技術的不斷創新優化，虛擬仿真技術也逐步應用于各個行業，形成系統的學科。目前虛擬仿真技術已經靈活應用于駕駛訓練、城市規劃、室內設計等諸多領域。本文圍繞網絡設備虛擬仿真實驗教學，分析虛擬仿真技術在實際網絡教學中的應用與發展。

網絡設備虛擬仿真實驗是一項交互性極強的教學工作，作為一項專業性極強的工科學科，對實踐操作性要求較高，而目前傳統的教學仍存在以理論為主，實際的教學效果與今后的職業應用并沒有很好地銜接，虛擬仿真技術則很好地解決了缺乏現場操作與工程實踐的問題。

1 網絡設備虛擬仿真技術的實際意義

1.1 指導思路

我國長期教育改革與發展綱領中提出，要加強對優質教育資源的開發與應用。通過加強網絡資源教學力量的投入，提高模擬仿真技術在工科學習與試驗中的應用，創新教學思維，優化并改進學習方案，從而提高教學質量[1]。網絡設備虛擬仿真技術為網絡設備虛擬仿真實驗教育的學習展開提供了重要支持，充分合理應用虛擬仿真技術創造教學環境，通過實際操作代替傳統理論基礎知識學習。

網絡管理綜合實訓是計算機網絡相關專業的一項系統化綜合應用實訓，是網絡相關主干課程“網絡交換與路由”“網絡組建與管理”“網站建設”“網絡操作系統”等知識融會貫通后開展的系統化集成綜合應用實訓。

虛擬仿真技術在計算機網絡領域的應用逐步完善。在開始綜合實際教學環節之前，可以根據單獨應用的個體技術進行專項教學，如操作系統中的虛擬技術應用—虛擬內存、硬盤與網絡組件應用[2]。

1.2 基礎思路

在虛擬仿真技術網絡實驗中，利用虛擬軟件在網絡設備虛擬仿真實驗教學環節展開綜合管理與技術實際操作，在前期對教學任務的知識點展開分析，使學生對虛擬仿真技術的應用有一個明確的認知，交互形成較大的實訓項目[3]。學生熟練掌握了理論技術，為后期實際網絡設備虛擬仿真實驗的部署打好基礎，進而在管理網絡網格、展開項目設計等實際工程項目中熟練地完成工作任務，提高教學質量。

1.3 綜合實踐目的

通過實際操作，使學生形成網絡設備虛擬仿真實驗建設的大體概念，不再拘泥于傳統課堂對小范圍的教學模擬帶來的局限性，通過優化模擬環境，根據數據庫的教學方案有目的地制定網絡設備虛擬仿真實驗的實施方法，滿足職業教育的技術要求[4]。通過虛擬仿真技術的實際應用，以項目作為驅動力，有多個課題同時研發并展開學習整合，完成實際網絡設備虛擬仿真實驗的布設項目，提高教學水平與教學效率。

2 傳統網絡設備虛擬仿真實驗教學中的不足

2.1 資金投入不足，設備更新慢

網絡技術的更新換代速度較快，例如高層交換機、路由器等設備不僅價格昂貴且更新速度快，前期的教學基本可以滿足學生對設備調試與試驗的需求，主流設備更迭速度較快，試驗設備無法滿足更新的需求，導致技術學習方面跟不上時代發展，降低了學生的學習效率。

2.2 場地受限，無法模擬更多環境下的實際操作

在教學實驗室內，網絡設備虛擬仿真實驗僅僅能夠模擬單一或小型的工作局域網搭建，而網絡設備虛擬仿真實驗學習的實際意義在于實現大型場所的網絡搭建預配置，傳統教學實驗僅能滿足基礎的網線卡接與網絡連接的教學內容要求，與實際操作脫節。

2.3 實驗點分散

由于網絡設備虛擬仿真實驗所服務的工作環境是通過各個節點交互完成，各個實驗節點之間沒有足夠的連貫性，使學生在學習的過程中無法形成整體的大型建筑群體的網絡設計概念。

2.4 缺乏創新

學生在傳統的網絡設備虛擬仿真實驗學習環境中，所接觸的網絡實驗都是在實驗室建設階段就設計好的，長期無法得到更新，限制了學生的創新能力。

3 虛擬仿真技術在網絡設備虛擬仿真實驗教學中的優點

3.1 創新實踐能力

系統能夠依照網絡設備虛擬仿真實驗學習環節的實際教學要求展開仿真實驗，包含了學習內容中的具體需求分析、系統設計、工程預算與項目實施展開的多個環節。在綜合布線基礎上利用計算機系統網絡建立完成網絡拓撲環節，真實模擬了網絡設備虛擬仿真實驗中從設計到施工完成的全部過程。

這種學生根據自身特點設計、探究并加以實施的教學方式，更加合理有效地提高了學生網絡設計與綜合布線的能力，促進了學生工程實踐能力與理論知識的有效結合，優化了學生的專業工程素養，使學生在學習環節達到實踐性、綜合系統的工程解析目的，提高了綜合素養[5]。

3.2 創新教學模式

通過虛擬仿真技術構建多個教學場景，在完成網絡設備虛擬仿真實驗設計教學的同時，極大地增加了與真實工程場景的相似性[6]。系統通過參數模擬，可搭設辦公集群、學校、公共建筑物等環境，在實際操作環節，學生通過三維交互，在預設腳本參數內，極大地保持了自由設計的仿真程度。

過去傳統的實驗教學是對理論知識的延伸，虛擬仿真技術則朝著綜合性交互的方向發展，著重培養學生對網絡設備虛擬仿真實驗與綜合知識的融合，在實際工程項目中，利用技術設計手段進行分析，獨立完成工程設計并處理項目中存在的問題，優化學生的實際操作與創新思維。

4 仿真技術平臺相關技術分析

4.1 平臺開發工具

計算機虛擬組裝與拆卸是依托于北京鐳嘉科技有限公司的虛擬現實（VR）實驗仿真教學系統，通過交互對象的方式，利用簡單易于操作的人機交互體系，完成了計算機硬件中的3D交互。通過仿真平臺的可視化系統，在平臺內利用描繪的硬件實體作為實際對象，通過相關硬件之間的屬性與組成關系建立計算機系統的模擬組裝，形成完整可行的計算機硬件系統，完成教學與實驗操作。

4.2 硬件構模技術

在虛擬組裝試驗的環節內，要依靠三維模型來定位并規劃物體的位置。計算機組裝與拆解虛擬仿真實驗的硬件設備是利用虛擬現實（VR）實驗仿真教學系統平臺內置的節點導入模型。在通過理論學習與研究清楚硬件的組成與屬性后，大部分計算機硬件都是具有規則的固定模型，例如CPU方形、內存條長方形、主板矩形，按照硬件常見的形狀，從而確定在虛擬平臺內的建模方式。想要完成虛擬實驗平臺的搭建，首先要確定實驗的重要環節：實驗場景區，通過虛擬平臺的素材庫建立模擬場景，增加學員的體驗感;構建虛擬硬件CPU、主板、內存條、光驅、顯卡等物理硬件的3D模型及相應的操作內容與實驗環節所出現的現象與處理方式。

4.3 人機交互技術

虛擬仿真實驗操作平臺采用的人機交互模式將決定系統平臺的操作靈活性。實驗操作者選擇虛擬現實（VR）實驗仿真教學系統平臺技術給實驗者開拓了一個操作靈活、便捷的人機交互操作接口，學生登錄系統后，將從云端下載之前的操作存檔，學生通過VR眼鏡、操作手柄就能夠學習并熟悉計算機組裝與拆解技術中各部分3D硬件模型的特點、接口、安裝流程中所需要關注的注意事項，學生可以在自主操作中完成計算機組裝內容的知識流程學習;在操作平臺的實施中，學生可以對操作虛擬組裝試驗平臺中任意實體對象進行選擇、移動、縮放等仿真操作，進而完成計算機硬件組裝與拆解的模擬過程。

4.4 實驗模擬控制技術

在虛擬現實（VR）實驗仿真教學系統計算機組裝試驗的環節內，實驗模擬控制技術作為重要內容，通過觀看與分析實驗模型、了解實驗中需要注意的具體事項以及模擬組裝實驗等，讓學生通過模擬組裝平臺完成計算機硬件的組裝，將實驗操作過程中各個節點的成績等通過學生端平臺上傳至教師系統。教師及時根據實驗數據與具體完成情況對學生的成績與操作中存在的問題保存并反饋給學生。其中，虛擬現實（VR）實驗仿真教學系統平臺實驗控制是對整體組裝仿真模擬的一個流程，具體分為3種模式分別為硬件展示學習模式、組裝模擬仿真交互模式、場景模擬測評模式。學生端通過模擬進行組裝或拆卸的場景仿真訓練，最終完成教師制定的考試內容，試驗完成后自己發送至教師端口。

作為虛擬仿真平臺，除了完成計算機硬件的功能展示、模擬操作交互練習與測試之外，實驗成績的保存與評定也是重要的考核數據。通過虛擬組裝實驗平臺的場景模擬測評考試，學生進行實際操作完成計算機硬件的組裝與拆解，再由教師對學生的成績進行評定與保存，并分析其中存在的問題，及時反饋給學生，并將操作錄像存儲在云端，為日后學生復習操作內容提供完整的對照參考。

5 結語

建立在虛擬仿真技術下的網絡設備虛擬仿真實驗平臺能夠將學生資料進行云端備份，學生在登錄系統后加載資料，保證實驗操作的連貫性。在整體與細節交互分析的試驗過程中，學生也能直觀理解并分析虛擬仿真技術對實際教學的創新性。虛擬仿真技術適用于操作性較強的學科學習，通過構建場景與操作模式，利用實踐模擬結合理論知識，將教學任務更加直觀地呈現在學生面前，提高了教學質量。

[參考文獻]

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[3]劉岳啟.高校虛擬仿真實驗教學項目建設研究[J].淮陰師范學院學報（自然科學版），2021（1）：81-83.

[4]郭秀艷，馬國金，吳霞，等.“互聯網+”視域下虛擬仿真實驗教學[J].中國冶金教育，2021（1）：55-56.

[5]錢紜嘉，馮婧，苗萌，等.虛擬仿真實驗在儀器分析實驗教學中的應用[J].廣州化工，2021（4）：169-170.

[6]林小芳.虛擬仿真技術在高校實驗教學中的應用研究[J].福建電腦，2021（2）：52-54.

（編輯 王雪芬）

Teaching design of virtual simulation experiment for network equipment

Lu Haifeng， Li Manman， Zhang Yajuan， Dai Wenjuan

（Hainan University of Science and Technology， Haikou 571126， China）

Abstract：With the development of science and technology and the times， more and more new technologies have promoted the emergence of new plates in various fields. The emergence of virtual simulation technology of network equipment to a large extent has launched a new teaching idea for the teaching of network equipment. The application of virtual simulation technology in network teaching greatly reduces the capital investment， solves the problem of site restriction， and realizes the opening and innovation of network teaching. Students can also flexibly formulate their own teaching experiments according to their own learning situation， complete the experimental projects in the virtual environment， and effectively promote the application of virtual simulation technology in various fields. This paper analyzes the application and development of virtual simulation technology in practical network teaching from the aspect of virtual simulation experiment teaching of network equipment.

Key words：network teaching; virtual simulation; experimental teaching

基金項目：項目名稱：網絡設備互聯虛擬仿真實驗教學設計與運用;項目編號：202002017006。

作者簡介：陸海峰（1986— ），男，廣西桂林人，講師，本科;研究方向：計算機網絡，物聯網。