“互聯網+”背景下虛擬仿真技術在計算機網絡課程教學中的應用

陸海峰 李慢慢 張雅娟 顧逢潤

【摘要】? ? 計算機網絡課程的教學不僅是理論知識，而且是實踐操作，然而，由于實驗室成本高，網絡設備隨著互聯網+技術的發展更新迅速，給計算機網絡課程的實踐教學帶來了很大的困難，這使得學生無法運用理論知識操作實際設備。

【關鍵詞】? ? 互聯網+? ? 虛擬仿真? ? 計算機網絡? ? 教學

互聯網+環境下，計算機網絡課程必須與時俱進，這就要求虛擬仿真技術在計算機網絡課程中的應用，虛擬仿真技術可以提高教學質量，提高學生理解課程的能力，達到更好的學習效果。

一、虛擬仿真技術簡介

1.虛擬仿真技術。虛擬仿真技術在美國、日本和德國已有20多年的歷史，它主要依靠數字網絡、模擬系統理論和信息交換技術，在網絡設備和網絡協議的開放應用中對實際數字信息系統進行動態管理。目前，計算機網絡教學主要采用兩種虛擬仿真技術：一是構建虛擬仿真技術，二是將虛擬仿真技術引入計算機網絡教學中，從而提高學生的學習興趣，解決教學中的問題和難點，提高教學質量和學生素質[1]。

2.虛擬仿真技術的優勢。虛擬仿真技術使用特定的軟件來模擬物理機器的性能，提供更真實的硬件環境，同時運行多個系統。此外，它還可以模擬一個與實際網絡完全兼容的虛擬局域網環境，避免硬件沖突。利用該技術可以生動地展示局域網的運行情況，為學生提供良好的學習環境。

二、互聯網+環境下計算機網絡課程教學中使用虛擬仿真技術的必要性

1.虛擬仿真技術可以彌補設備不能隨時更換的局限性。隨著互聯網技術飛速發展，在計算機網絡課程教學中，經常會出現硬件條件不能及時更新，不能滿足需求的情況。例如，如果每個學生都使用路由器，在計算機網絡課程中設置路由器是不現實的，將虛擬仿真實驗融入到計算機教學中，學生只需在計算機上做實驗就可以完成實驗任務，不僅緩解了設備不足的問題，節省了實驗資金的投入，還提高了操作能力[2]。

2.減少教育投入。在實際的教學中，往往需要花費大量資金購買設備，而虛擬仿真技術可以大大降低教學成本。例如，在計算機網絡課程教學中，學生經常會出現電路順序錯誤，水晶頭與電路接觸不良，導致實驗失敗，重復實驗會導致實驗用品的大量浪費，增加實驗用品的采購，這肯定會增加實驗費用的投入，如果用虛擬仿真實驗代替實際實驗，當模具和鋼絲失效時，可以重復實驗而不浪費設備，這樣可以大大減少實驗經費的投入，更多的經費可以投入到其他的教學科研工作中。

3.培養學生網絡課程實踐的興趣。在計算機網絡教學過程中，學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果，從而提高學習效果。

三、互聯網+環境下虛擬仿真技術在計算機網絡教學中的重要性

在計算機網絡課程的教學體驗和實踐過程中，教師可以結合教學實踐設計相應的虛擬仿真模型，從學生認知的角度對虛擬仿真模型進行分析和創新。在培養學生對理論課各知識點的全面理解的基礎上，也可以培養學生的創新能力和創新意識。在整個教學過程中，教師可以將計算機網絡教學的知識點進行整合，建立一條主線和一條輔助線，從而擴展了主線教學，讓學生感覺知識點是分散的，拓寬教學的指導思想，使學生的整體學習思想特別清晰[3]。

四、計算機網絡課程教學的現狀

首先，實驗室環境沒有保障，在一些網絡實驗項目中，為了保證實驗的順利進行，往往對實驗階段進行了仔細的界定，限制了學生的自主性，實驗過程一般是照本宣科的，老師給出詳細的任務，學生在老師的指導下完成實驗，因此，學生不能將網絡理論知識應用到實際工作中，提高實踐能力。

在網絡課程的培訓或實踐中，由于缺乏網絡路由器、防火墻等網絡設施和設備，學生的學習受到限制，相關實驗設備不能有效使用。經常幾個人共用一個設備，降低了學生在線學習的熱情。此外，一些網絡實驗室缺乏完善的管理制度，學生隨意安裝設備和線纜，導致設備和線纜損壞。

其次，網絡知識的快速更新使實踐教學資源與產業發展分離。目前，隨著網絡技術的飛速發展和新技術、新法規的出現，學生的網絡技術與行業實踐嚴重脫節。

五、計算機網絡課程教學存在的弊端

5.1理論與實踐不對稱

計算機網絡作為一門綜合性的實踐學科，其理論知識在一定程度上是抽象的，同時，網絡優化更新的效率也影響著網絡優化更新的效率，模塊之間的數據傳輸方式和工作機制也存在明顯的冗余問題。在整個網絡系統的實際運行中，從其范圍和學生的知識體系來看，大部分知識都超出了學生的認知范圍，這也導致了網絡數據的螺旋效應，不能更好地整合學生的學習需求，在學習了相關知識點后，學生不能進行深入的分析。此外，計算機網絡課程的可行性要求教師對課程知識進行現場講解，讓學生真正了解理論知識在實踐中的應用。然而，在大多數計算機網絡課程中，教師們繼續把重點放在理論上，受實驗室設備缺乏的影響，知識往往是老師用來獲取一種知識，但學生不能將這種知識應用到實踐中，所以自己的知識體系不能與更多的實用知識建立明確的聯系。

5.2單一的教育形式

教學形式的單一，即教師把課堂教學簡化成一定的教材。例如，課堂教學通常是主要的教學方法，對長期學習很有幫助，以固定的方向傳授知識，限制創造性思維。書本作為主要教學課題，不符合信息技術的發展趨勢，不利于學生創新能力的培養，導致學校教育與社會教育嚴重脫節，不能為人才對接提供有效保障。

六、互聯網+環境下虛擬仿真技術在計算機網絡教學中的應用

6.1建立虛擬知識架構平臺，提高學生的主觀能動性

在計算機網絡課程中，必須在開始前講授理論知識，使學生對整個知識框架有一個初步的了解，充分了解各個知識點與實際過程之間的兼容性，這樣就可以建立一個具有抽象思維的知識框架。虛擬仿真技術的應用就是同步這些知識點，并創建相應的教學實踐場景，使所有的教學知識點都能在網絡模型中準確處理，在對學生的理論知識進行初步解釋的同時，也可以通過模擬實際操作來驗證自己的經驗和知識，虛擬仿真教學環境的構建使整個系統能夠執行一定的精度控制過程，而程序、預算和設備運行屬于兩個獨立的系統，就像電腦設備一樣，不會對電腦設備造成任何損害。在課堂上，學生對知識的理解可以同步應用到實際操作中，從而大大減輕了傳統計算機操作教學中設備的操作負擔，有效地激發了學生的主觀能動性。使學生的思維能力得到更好的發展，進而為教學理論本身與學生的知識提供一個對接的平臺[4]。

6.2連接互聯網設備，提高教學糾錯能力

目前，在計算機網絡實驗教學中，由于學生人數眾多，對實驗設備的要求較高，這就增加了間接的經濟成本，有的學校甚至引進教學設備。此外，教育資源的均衡分配會增加教學負擔，成為師生嚴重短缺的問題。在虛擬仿真技術的應用中，仿真教學環境由軟件構建。北京鐳嘉科技科技有限公司的虛擬現實（VR）實驗仿真教學系統能夠準確模擬各種網絡運行環境，整合通信設備、信息交換設備等資源，并設置相關參數，當學生在虛擬仿真環境中出現錯誤時，數據采集系統和分析系統會自動分析這些參數是否存在于異常行為中，并將其實時傳輸到虛擬交互界面，使學生能夠清楚地了解自己在實際操作中所面臨的問題，作為這種有效教育的一部分，學生可以加強理論知識與實踐知識的匹配，深入分析理論知識與實踐的差距，提高學生獨立解決問題的能力，此外，借助虛擬仿真技術和計算機網絡互聯設備，可以有效消除傳統計算機課程在綜合教學中的局限性，仿真平臺的建設和應用也將突破時間和空間的障礙。計算機設備需要安裝相應的教學軟件，構建虛擬場景，為學生提供實用的工作空間，為學生開發標準化的知識體系奠定基礎。

6.3確定實踐教學目標，搭建虛擬網絡實驗平臺

北京鐳嘉科技科技有限公司的虛擬現實（VR）實驗仿真教學系統以概念、設計、實施和利用為基礎，強調項目的規劃、設計、實施和開發。根據計算機網絡課程實踐教學的要求，確定了課程性質、教學內容和實踐課程時間。將網絡知識運用到實際應用中，根據網絡原理設計不同規模、不同環境的網絡平臺，對網絡進行管理，包括監控、測試、配置、分析、評估和控制網絡資源，優化軟件和硬件，負責網絡安全管理工作。構建虛擬網絡實驗平臺作為一種實踐教學方法，其主要目的是引導學生圍繞教學內容構建相應的虛擬學習環境，幫助學生從實際操作中掌握網絡知識，并將其與應用相結合。

6.4虛擬實驗平臺的實際應用效果

利用虛擬技術構建仿真實踐教學系統，可以結合網絡課程的內容，建立不同的訓練方案，使學生了解虛擬平臺的相關實驗原理，培養實際操作能力，路由器仿真體驗，虛擬體驗平臺集成了路由器、服務器、交換機等設備，支持UDP、http、DNS協議。學生可以通過直觀的網絡數據包傳輸過程創建網絡拓撲結構，完成網絡設備的配置、調試和體驗。同時，學生可以在網絡仿真環境配置中分析網絡性能。在網絡安全仿真實驗中，結合當前網絡病毒檢測與控制的要求，將數百個不同的病毒源程序集成到虛擬網絡平臺中，讓學生從代碼分析中了解病毒傳播的工作原理和模式[6]。

在病毒模擬實驗中，將班上的學生分成小組，將學生作為攻擊和防御的一部分。攻擊者啟動病毒源程序，入侵網絡。防護團隊啟動漏洞檢測程序，捕獲病毒程序，分析網絡系統的感染情況，并提出對策。在整個過程中，同學們真正認識到了病毒的危害，并通過對病毒的分析和防范，加強了網絡病毒攻防知識的應用。

七、結束語

總之，互聯網+環境下虛擬仿真技術的應用可以有效地實現計算機網絡實驗教學的實施，從而消除了硬件設施的局限性，有效地解決了設備不足的問題。完善計算機網絡實驗教學環境，同時，有利于學生更好的理解理論知識，通過虛擬仿真技術更方便的訓練和體驗，也能激發學生的學習動機，虛擬仿真技術不僅可以降低教學成本和高昂的成本投入，而且可以提高教學質量和效率，加深學生對實際操作的印象，因此，根據計算機網絡實驗教學的實際需要，大力鼓勵虛擬仿真技術在計算機網絡實驗教學中的應用。

參? 考? 文? 獻

[1]黎娟.“互聯網+”背景下高職計算機網絡課程教學改革探究[J].電腦知識與技術，2021，17（02）：120-121.

[2]吳凱.互聯網+背景下虛擬仿真技術在計算機網絡課程教學中的應用[J].湖北開放職業學院學報，2020，33（22）：133-134.

[3]韓潔.基于“互聯網+”的計算機網絡課程教學改革探索[J].科教文匯（中旬刊），2020（10）：93-94.

[4]王國豪.基于“互聯網+”的計算機網絡課程教學改革探索[J].麗水學院學報，2020，42（02）：99-103.

[5]李飛飛.“互聯網+”時代中職計算機網絡課程教學模式探索[J].電腦知識與技術，2019，15（08）：106-107.