高職教學中計算機網絡仿真模型庫的開發與應用

摘要：本文以計算機網絡技術職業教育為背景，闡述基于虛擬化技術仿真網絡模型庫的開發和應用。首先在分析虛擬化仿真模型庫開發的必要性和可行性的基礎上，通過崗位調研整理精選典型的網絡環境，并依據教學和認知規律將其泛化為網絡模型;然后采用虛擬化技術和物理設備相結合的方法分類實現;最后將網絡模型作為教學資源庫的重要組成部分，在行動導向的教學活動中應用。網絡模型庫以其良好的相似性、互動性在教學中發揮強化方法能力和社會能力培養的作用。

關鍵詞：虛擬化;仿真模型;計算機網絡;教學資源庫;行動導向

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）33-0095-02

仿真模型利用高性能計算機系統的虛擬現實技術開發，具有高相似性、便于管理和低耗費的特點，是教學資源庫建設的重要內容。本文以高職計算機網絡技術專業為例，進行基于虛擬化技術的仿真網絡模型庫的開發與應用。在計算機網絡技術專業課程體系建設中，采用工作過程系統化的方法對典型工作任務類聚重構得到《網絡故障排除》、《網絡管理與維護》等學習領域來培養崗位能力[1]。而基于虛擬化技術的網絡模型庫在學習領域的教學中作為重要教學資源支持任務驅動、行動導向等教學方法的實施，為學生營造一個職業教育與工作世界和個體職業實踐活動之間直接而緊密聯系的教學環境[2]。

一、必要性和可行性分析

開發應用網絡模型庫是計算機網絡技術專業學生崗位能力培養的必要教學資源，成熟的虛擬化技術則提供了以較低的經濟成本實現模型庫的方法。

1.培養崗位能力的需要

計算機網絡技術專業學生就業崗位的典型任務包括網絡建設、監控、管理、維護等，其勝任力除了網絡專業知識和技能之外，還對溝通、學習、分析、決策及故障排除等能力有特殊要求[3]。在教學中培養上述關鍵能力，需要一個仿真的網絡環境，使學生能夠感性認識崗位工作的特點，角色扮演來完成學習任務。以網絡管理員崗位所處的典型網絡為原型建設的網絡模型庫就是仿真工作環境、實施典型工作任務的有效載體。

2.教學模式改革的需要

學生在就業崗位從事網絡故障排除的事件是隨機、突發而無任何引導和提示的。而傳統方式的教學方法往往以知識和技能為切入點，遵循按部就班、先入為主的策略，這就約束了學生思維空間，降低思維鍛煉強度。在指導優先與建構優先相融合教育理念的指導下展開行動導向的校內教學活動，讓學生按照就業崗位的標準工作流程完成學習任務，就必須給學生創造一個“真實的虛擬”在崗工作氛圍和任務。傳統書本、圖示和靜態模型等形式只能提供抽象或者平面視覺，不能滿足環境觀察、實際操作的真實性要求。虛擬化網絡模型因為其良好的相似性和互動性而成為網絡管理課程開展教學模式改革的必要資源。

3.信息化教學資源庫建設的需要

進行教學模式改革的同時，配套的教學資源也必須擺脫傳統形式、載體和結構的局限，消除基于學科體系建立的資源孤島，在學習情境中融合典型工作任務的文檔、產品文獻資料、交互交流平臺和崗位環境等元素。利用虛擬化等現代信息技術建設仿真的模型庫以較低的經濟成本實現仿真的崗位網絡環境，是實現形象、立體、開放的結構化資源庫的必要組成部分[4]。

4.技術和經濟上的可行性

模擬器和虛擬化技術能夠實現在一臺PC上可以虛擬多臺路由、交換、安全或主機等網絡設備，并能夠彼此互連成比較復雜的網絡拓撲，這就可以用較低的經濟成本實現各種網絡模型。而且，虛擬化技術實現的仿真網絡以獨立文件存儲，既便于復制又便于訪問和分發，輔之以物理設備還可以完成網絡性能管理等多種典型崗位任務的仿真。

三、模型庫開發過程

為滿足上述要求，開發基于虛擬化技術的仿真網絡模型庫按照“崗位調研、模型精選、分類實現、部署分發”步驟來實現。

1.崗位調研

以就業為導向的職業教育活動都應該以崗位能力分析為邏輯起點，以達到崗位能力要求為目標。崗位調研針對不同規模、不同類型和不同行業的企業進行調研。調研內容包括：企業網絡規模、網絡結構、組成技術以及對網絡管理員的能力要求等。

2.模型精選

為了突出模型的典型性，對崗位調研結果進行歸類匯總，化繁為簡，整理出具有代表性的網絡環境模型和能力需求，如表1所示：

3.分類實現

目前有多種手段和工具可以實現精選的網絡模型，這些工具又具有不同的特點，必須依據開放性和便于訪問分發的原則按照不同的優先順序選擇。本文采用計算機網絡技術專業最常用的網絡模擬器GNS3，、Packet Tracer、ENSP和vmware workstation，再結合物理設備來分類實現網絡模型庫，如表2所示：

表1 學生就業崗位的網絡環境和能力要求

網絡類型 網絡特點 主要技術組成 能力要求

園區網 小型 結構和功能簡單，管理人員少，沒有分工 布線系統、基本路由技術、基本交換技術、基本無線技術、桌面管理和安全等 專業能力要求較低，但必須全面;能夠進行簡單的故障分析和排除;有較好的溝通能力

中型 結構比較簡單，功能較多，管理人員分工不明確 布線系統、路由技術、交換技術、無線技術、服務器（主機）系統、網絡安全技術、數據庫等應用和桌面管理等 專業能力要求較高，并且比較全面;能夠進行故障分析和排除;有較好的溝通能力

大型 結構復雜、功能繁多、網絡規模大、設備類型和數量多、對可靠性、安全性等有特殊要求，管理人員分工明確 布線系統、路由技術、交換技術、無線技術、冗余技術、服務器（主機）系統、網絡安全技術、數據庫等應用和桌面管理等 專業能力要求高，在網絡技術、安全技術、主機（操作系統）等至少一方面精通;能夠進行復雜故障分析和排除;有較好的溝通能力和團隊協作能力

廣域網 結構復雜、功能單一、網絡規模大、設備類型較少但數量多、對可靠性有特殊要求，管理人員分工明確 布線系統、路由技術、冗余技術、網絡安全技術等 專業能力要求高，在路由技術和VPN等方面特別精通;能夠進行復雜故障分析和排除;有較好的溝通能力和團隊協作能力

數據中心 結構復雜、功能繁多、網絡規模不大但涉及存儲網絡等特殊類型、設備類型和數量多、對可靠性、安全性等有特殊要求，管理人員分工明確 布線系統、路由技術、交換技術、冗余技術、服務器（主機）系統、安全技術、存儲技術、虛擬化技術和數據庫技術等 專業能力要求高，在網絡技術、安全技術、主機（操作系統）、虛擬化技術或者數據庫等至少一方面精通;能夠進行特別復雜故障分析和排除;有較好的溝通能力和團隊協作能力

表2 實現不同類型網絡模型的方式一覽表

實現工具 功能 特點 實現模型種類

GNS3 網絡模擬器，采用虛擬化方法運行真實IOS，模擬CISCO路由器、交換機、防火墻等 運行真實IOS;功能完備;可與主機、Vmware workstation的虛擬網絡相互連接;占用系統資源較多 使用CISCO產品的廣域網;路由高級功能、冗余;帶有防火墻/IDS;模擬連接vmware workstation的服務器等;但設備數量不能太多

Packet Tracer 模擬CISCO路由器、交換機、防火墻和簡單主機等 模擬CISCO網絡設備和主機;占用資源較少，可以模擬大規模網絡 含有路由、交換、主機基本功能的大型廣域網、園區網等全景模型，但不支持冗余等高級功能

ENSP 模擬華為路由器、交換機和簡單主機等 模擬華為網絡設備;占用資源較多;可以與主機、Vmware workstation或者GNS3互連;占用系統資源較多 使用華為產品的廣域網、局域網等;模擬連接vmware workstation的服務器等;但設備數量不能太多

Vmware workstation 桌面虛擬環境，可以獨立運行Windows、Linux等操作系統，實體機器上模擬完整的網絡環境 運行真實操作系統;功能完備;占用資源大;可與主機、GNS3、ENSP等虛擬網絡相互連接;占用系統資源較多 與GNS等連接使用，模擬數據中心主機系統，在操作系統上運行數據庫、Apache等多種應用軟件;多個vmware虛擬機可以構建HA等冗余模型

物理設備 主機、交換機、路由器、防火墻等設備 真實設備;功能完整;但成本較高且數量有限 局域網、廣域網等局部場景的模型;需要性能測試的模型;與主機、vmware虛擬機連接使用可以構建較復雜的數據中心模型

表2所示，盡管Packet Tracer模擬的路由、交換的基本功能，但其消耗主機CPU和內存資源較少，可以在PC上模擬更多的路由器和交換機，所以本文采用Packet Tracer實現只有簡單路由和交換功能的大型園區網或廣域網的全景模型。針對功能復雜、設備類型較多、設計主機和應用系統的網絡模型則需要主機、vmware workstation、網絡模擬器和物理設備等多個工具相連接來完成，如圖1所示：

三、模型庫的應用

在教學中采用行動導向的方法完成了某個項目，就意味著建立一種新的知識模型。本文中這個知識模型就是在應用網絡模型庫的教學中建立起來的專業能力和知識體系。

1.在行動導向教學中的應用

如前所述，故障分析與排除能力是學生完成就業崗位運行維護工作至關重要的能力，采用行動導向教學模式可以提高這種隱性能力的培養效率。仿真網絡模型的應用按照“咨詢、計劃、決策、實施、檢查和評估”的任務關鍵流程來實施[6]，貫穿于崗位任務實施的完整行動思維過程。

在“資訊”環節中教師為學生描述工作場景，提供網絡案例，學生收集信息，認識案例所代表的網絡任務;在“計劃和決策”環節中學生分析網絡案例中的問題，制定解決方案;在“實施”環節中則要求學生直接在虛擬化的案例上進行操作;在“檢查和評估”環節中驗證、展示完成任務的網絡案例。“六步”教學過程中均要求學生以在崗“網絡工程師”或者“網絡管理員”角色完成任務，教師則扮演“網絡用戶”或“企業管理者”角色進行配合、輔助、指導或評價，強化學生對就業崗位認知和職業能力培養。

2.調整完善

教學實踐是檢驗仿真網絡模型在職業教育教學中是否實用性的主要途徑。所以在面向計算機網絡相關崗位開發的課程體系中應積極使用仿真網絡模型，模型在設計實現等方面存在的問題能夠被及時發現并解決。這些問題主要集中在網絡模型性能表現和故障難度等方面，分發涉及多種技術和工具實現的網絡模型會耗費的時間較長，需要優化分發策略，使學生分組提前做好準備，課前在校園網下載相應案例。在教學中高效應用仿真模型還要考慮學生的認知規律，要注意技術應用、故障設置的繁簡和難易梯度。比如，有些網絡案例設置的復雜的故障，學生理解分析存在一定難度，就應該拆分模型中復雜的故障使之難度降低。經過調整完善及補充開發新網絡模型及時更新可以保網絡模型與就業崗位任務的同步，促進虛擬化仿真網絡模型的發展。

四、結論與展望

采用虛擬化技術與物理設備相結合的方式開發網絡模型庫以崗位調研為基礎，為學生建立全景式的仿真網絡環境，結合行動導向教學改變先入為主的傳統教學模式，突出方法和社會能力的培養，強化了教學活動的針對性和職業性，在計算機網絡專業人才培養中發揮資源支撐作用。然而，計算機網絡模型庫只是整個信息化教學資源庫的一個重要組成部分，應該以之為基礎在企業產品信息、項目標準、多媒體素材和績效制度等方面進一步完善豐富教學資源庫。

參考文獻：

[1]潘洪濤，王智明，左奕.工作過程系統化計算機網絡故障排除課程開發實踐[J].中國職業技術教育，2011，（2）：55-58.

[2]姜大源.職業教育學研究新論[M].北京：教育科學出版社，

2007：221-220.

[3]教育部.教育部關于全面提高高等職業教育教學質量的若干意見[EB/OL].http：//wenku.baidu.com/view/c02c170c6c85ec3a87c2c51a.html.

2013.3.

[4]李利平.高職教育專業教學資源庫建設的改革思考[J].中國高教研究，2011，（6）：90-91.

[5]姜澤東，陳保國，史維琴.高職“項目化”教學模式下的教學資源庫建設探析[J].職教論壇，2011，（3）：30-31.

[6]徐國慶.從工作組織到課程組織：職業教育課程設計的組織觀[J].教育科學，2008，（6）：37-41.

（責任編輯：劉翠枝）