計算機網絡虛擬實驗教學平臺的設計與實現

陳遠聰

（華南農業大學珠江學院，廣東 廣州 510900）

計算機網絡虛擬實驗教學平臺的設計與實現

陳遠聰

（華南農業大學珠江學院，廣東 廣州 510900）

伴隨著計算機技術的飛速發展以及廣泛應用，計算機人才成為了促進社會發展的必不可少的人群，因此高校在進行計算機人才的培養方面加大了教育的力度，著手開計算機網絡虛擬教學平臺的開發以及應用，改善以往學校教學中出現的計算機硬件設備不足而引發的教學局限，同時，開發計算機網絡虛擬教學平臺有助于實現網絡人才的全方位培養，為學生提供充足的自我學習的環境，為此，本文探究了如何進行計算機網絡虛擬實驗教學平臺的設計，提出了幾種可備參考的方案.

計算機網絡；虛擬實驗；教學平臺；設計

1 計算機網絡虛擬實驗教學平臺的研究現狀分析

隨著計算機網絡深入到人們的生活之中，社會的競爭已經愈發的激烈，各行各業對于計算機網絡人才的需求大大的提升，要求學生在學校內學習計算機網絡技術的時候注重全方位的發展以及學習，不僅要熟悉網絡的基本操作，還要掌握網絡設備的軟硬件管理，以此來實現網絡的虛擬管理，但是在傳統的課堂教育之中，傳統的計算機教學方式已經不能很好的滿足社會對于計算機人才的需求，學生也無法通過自身的探究以及計算機的實驗來提升自己的解決問題的能力，不僅如此，學校在為學生營造計算機網絡的學習以及實驗環境的時候，還存在著以下的問題：

首先，學校內為學生提供計算機網絡實驗的硬件設備不全面或者是質量不高，在學校內參與計算機網絡實驗的時候多數是多人一組的學習實驗模式，這往往導致學生的動手能力在實驗的過程中得不到提高.

網絡實驗設備在實際的實驗過程中會有巨大的損耗，實驗室內的硬件資源在其中會有巨大的損耗，并且實驗室內的硬件資源相對分布的比較松散，硬件資源無法在實驗的過程中得到共享，因此學生在這樣的實驗環境下無法提升自身的動手操作能力.

并且，在傳統的實驗環境下，實驗室無法給學生安排自由的實驗環境，在統一的實驗安排下，學生不能自主的進行學習探究，導致計算機網絡的實驗教學目的無法真正的實現.

并且，學生在參加計算機網絡的獨立模擬實驗的時候，學生為自己制定的學習目標是比較模糊且比較盲目，因此在實際進行實驗的時候，學生的學習效果不佳，且教師對于學生的實際學習情況了解不全面，在制定后續的教學目標的時候也缺乏針對性.

由于當下的計算機網絡實驗存在著諸多的問題，對于教師以及學生都有很多的不方便，因此需要在教師以及學生之間開發一款適用于學生管理教學功能的網絡平臺，在這一網絡平臺上，計算機網絡模擬實驗能夠實現信息的簡單交互，因此在設計這一網絡平臺的時候，需要運用虛擬現實技術模擬出真實實驗的環境，包括虛擬實驗平臺、虛擬實驗教學管理兩個部分，這樣虛擬實驗平臺可以向學生提供更加真實的操作環境，為學生提供更特定的獨立操作環境、設計實驗，幫助學生更深刻的了解網絡實驗的原理，提升學生的實際動手以及創新能力，同時，虛擬實驗教學管理能夠輔助教師更順利的組織學生開展實驗，更好的幫助教師實現教學管理，這一虛擬教學管理的平臺能夠將教學中所涉及到的管理員、教師以及學生完美的綜合在一起，為各個身份的人提供相應的身份認證、實驗安排并實現實驗過程中的互動，以此來進行高效率的教學管理以及教學效果.

為了更好的開發以及應用計算機網絡的虛擬實驗教學平臺，應當深刻的了解網絡教學的優勢，尤其是計算機網絡教學設備上的硬件不足和多人共同參與實驗的問題，針對存在的問題完善網絡設備的迅速更新，同時還可以降低計算機網絡設備的實驗成本，開發出速度快、成本低以及便于管理的計算機網絡虛擬平臺，使得學生在進行虛擬實驗環境的時候掌握更豐富的知識，同時還方便教師以及管理人員掌握學生的學習情況，掌握實驗的過程并根據學生的實際情況對學生進行指導.

2 計算機網絡虛擬實驗教學平臺的設計開發部署

2.1 對計算機網絡虛擬實驗教學平臺的需求分析

在進行計算機網絡虛擬實驗教學平臺設計以及開發的時候，一定要保證所使用的系統具有未來的成長性，為此在進行系統開發以及部署的時候一定要注意不要影響系統運行的效率以及實用性，為此首要進行的就是計算機網絡虛擬實驗教學平臺的需求分析.

進行系統的需求分析最關鍵的步驟就是對網絡平臺進行軟件可行性分析以及精細化分析，在各個分析的基礎上，確定計算機網絡虛擬實驗教學平臺的設計基礎，確定各種類型的分析方法，將各個影響因素分配到影響計算機網絡虛擬實驗教學平臺的軟件之中，為系統的設計做出完整、清晰以及明確具體的目標.

2.2 對計算機網絡虛擬實驗教學平臺的功能分析

為了實現計算機網絡虛擬實驗教學平臺的虛擬仿真模擬實驗的教學效果，在進行實驗平臺設計的時候，一定要從用戶也就是學生的角度出發，對學生端的功能進行豐富以及管理，并且還要給予教師以及管理員更多的管理權限以及功能，使得管理人員以及學生在使用計算機網絡虛擬實驗教學平臺的時候有豐富的用戶體驗.

首先，在對計算機網絡虛擬實驗教學平臺的管理人員進行功能分析的時候，要將管理人員當做網絡平臺的最高使用權限的用戶，其可以對整個網絡系統平臺進行模塊管理，具體的功能有：用戶管理的功能，管理人員可以對計算機網絡虛擬實驗教學平臺中的用戶實現添加、刪除、密碼修改以及權限設置，以此來掌握全部的用戶使用情況；課程管理的功能，管理人員要可以對需要開展的實驗課程進行時間安排以及學生安排，確保所有的課程開展在一個合理的規劃之下進行；成績管理，管理人員對于所有學生用戶的實驗效果進行成績的錄入、修改以及查詢，確保教師對于學生的實驗結果有全局性的了解.

其次，對于計算機網絡虛擬實驗教學平臺的教師功能的需求分析，教師作為計算機網絡虛擬實驗教學平臺的主要使用者，通過計算機網絡虛擬實驗教學平臺實現與學生更近距離的溝通，并且了解到學生的學習情況，為此，教師在使用計算機網絡虛擬實驗教學平臺的時候需要實現用戶管理的功能，通過這一功能，教師對于參與實驗的學生的信息有了廣泛的了解途徑，還要具有課程管理的功能，教師根據所教學生的實際需求以及實際的掌握情況合理的安排學生的上課時間，并且對于之后課程的進展以及相關的課程信息有全局性的了解.為了強化學生與教師之間的溝通交流，要在計算機網絡虛擬實驗教學平臺內開辟一個留言管理的功能，這樣為學生開辟了一個向教師問問題的方式，教師也可以定期的查詢學生在學習過程中遇到的問題，在留言的區域內回復學生解決學生的學習問題.不僅如此，教師通過計算機網絡虛擬實驗教學平臺還要實現成績管理以及實驗管理的功能，成績管理的模塊可以幫助教師將學生的學習成績上傳到系統上，方便學生第一時間了解自己的學習成果，而實驗管理模塊幫助教師在第一時間內將實驗的任務以及相關的知識點上傳到學生的作業平臺上，使得學生在進行實驗之前可以充分的了解所需要掌握的知識以及需要注意的實驗步驟.

最后，計算機網絡虛擬實驗教學平臺的學生功能需求的分析，通過這一網絡學習平臺，學生首要的需求就是了解實驗課程的詳細信息，包括了課程的時間、地點以及相關的知識以及實驗的方案，并且學生通過這一平臺可以了解到教師對于自己的教導，并在留言的功能幫助下向教師資訊相關的問題，增強了教師與學生之間的交流途徑以及交流的效率.

經過上述的三個步驟，計算機網絡虛擬實驗教學平臺的框架設計基本完成，在實際的開發動作之中，應當注意這些目標的實現：

首先，系統內的各個功能模塊在實現之前都要對之進行抽象，并做好各個模塊之間的聯系以及實現，如此確保繪圖、用戶操作處理、核心仿真、初始化以及銷毀等等功能都不會在運行的時候受到其它功能模塊的影響，進而導致整個系統的運行效率降低.

其次，要為每一個系統功能模塊選擇一個固定的數據交互方式，為此，開發者在實現的時候才能將各種數據、輸入信息以及仿真算法真正的實現在功能模塊的運行之中，做到各個功能模塊的真正交互方式的實現.

最后，在進行框架設計的時候，一定要確保每一個框架模塊都能夠做到松耦合，這樣每一個功能模塊之間的框架能夠及時的搭建，為之后的系統運行以及效率的提高創造更便捷的抵達途徑.

3 計算機網絡虛擬實驗教學平臺的設計以及系統實現

計算機網絡虛擬實驗教學平臺主要有三層系統結構，包括了引擎層、仿真框架層以及實現仿真實現層的結構，其中，系統結構中的引擎層是計算機網絡虛擬實驗教學平臺的底層繪制工作，在網絡平臺的繪制基礎上，可以實對系統運行所需要的信息進行采集，對所搜集的信息進行搜集處理，之后使用信息處理函數對使用的函數進行借調，實現計算機網絡虛擬實驗教學平臺的整體數據的初始化以及多余數據的銷毀.而系統的仿真框架層為系統提供了一個專門針對仿真系統的通用框架，仿真框架層是在引擎層的基礎上實現的，在仿真框架層的基礎上，對實驗模擬流程進行數據模擬以及流轉，以此來實現引擎層的功能調用，在仿真實現層的框架基礎上，計算機網絡的仿真系統的各項功能都能得到很好的實現，包括了網絡拓補、網絡協議以及各種類型的網絡設備.

為了實現計算機網絡虛擬實驗教學平臺的運轉，計算機網絡虛擬實驗教學平臺采用的是B/S架構，虛擬的實驗平臺是在Java 2D的基礎上實現的，并將其作為底層的繪制技術，使用Applet插件實現整個系統的開發，并將插件嵌入到瀏覽器之中，使得計算機網絡虛擬實驗教學平臺能夠在Linux和Windows系統下都可以高效率的運行以及使用.

在進行計算機網絡虛擬實驗教學平臺設計的時候主要使用的是MVC機制，這項機制能夠實現對數據、視圖以及控制器的把握，確保三者之間有足夠的耦合機制將其聯系在一起，其中，數據一項主要是用來記錄計算機網絡虛擬實驗教學平臺內的數據的記錄以及多功能函數的控制，確保數據操作的接口以及未來的算法能夠在系統的處理器以及控制器的輔助下實現信息數據的完整的處理；其中的視圖主要是完成系統內的繪制的工作，這項工作能夠實現計算機網絡虛擬實驗教學平臺的用戶繪制接口的處理，并對網絡平臺的外觀進行完善；而控制器實現的功能主要是負責將鼠標以及鍵盤錄入的信息進行數據統計以及調用，借此來實現接口數據的進一步修改完善，并使用這些信息進行下一步的數據信息的繪制.

在進行計算機網絡虛擬實驗教學平臺的技術繪制的時候，采用的是Java 2D技術的，這一技術能夠使用雙緩沖機制技術將所有的后臺信息備份好以便繪制的使用，之后在再將后臺的數據傳遞到前臺實現數據的顯示以及使用，這樣可以有效的減少系統網絡平臺出現屏幕閃爍的問題，與此同時，還可以借助紋理技術來提高計算機網絡虛擬實驗教學平臺的繪制速度以及運行的效率，由于計算機網絡虛擬實驗教學平臺采用了B/S的網絡管理結構，在使用信息組件實現用戶信息管理、實驗管理以及成績管理等等模塊功能的時候，并不會缺乏仿真系統的邏輯運算關系的混亂，反而是為仿真平臺的構建創造一個鞥更好的條件以及重點，為之后的系統運轉奠定了良好的基礎以及可能，提高了計算機網絡虛擬實驗教學平臺的開發效率以及仿真組件的質量.

4 計算機網絡虛擬實驗教學平臺的數據庫的設計

數據庫內的存儲數據結構的設計對于提高計算機網絡虛擬實驗教學平臺的運行效率有非常重要的作用，因此在進行相關設計的時候一定要注意提高數據庫的存取效率，保障數據的完整性以及一致性都得到合理的認可，并且系統內其它程序的設計也將會大大的提高.

在確保數據庫的完整性的時候，對數據的處理要保證以下幾點特征：

首先，數據庫內的數據要具有準確無誤的數據類型劃分，數據的數值要在足夠的數值范圍內才可以有效的利用，確保數據的范圍的時效性，不僅如此，單一的數據表格的數據之間應當不存在沖突的問題，這樣才能在并行的數據表格之間實現不沖突，為此計算機網絡虛擬實驗教學平臺能夠實現功能的完全實現，這樣才能直觀的接收相關參數以及返回相關的狀態，其次，在數據庫內，還可以對數據表進行嵌套調用，以此來實現數據存儲的數據查詢以及數據庫事務的高效處理，這樣還可以與觸發器實現高效的配合，完成對于數據庫的保護，并在特殊的功能以及需求之下設計出具有特定功能性質的存儲過程.

在進行數據表結構設計的時候，計算機網絡虛擬實驗教學平臺內包含了學生信息表、教師信息表、課程信息表以及留言表以及測試系統表，這些數據表格在進行結構設計的時候不僅要包含其中的基本信息，還要高效率的實現數據庫的圖像數字識別，并在配套的模板匹配以及數據驗證的過程中完成數據庫的存儲，監理有關字符數據點的陣表字段的行數、行數據以及字符數據點陣表的存儲和利用，之后，數據庫在運行的時候，統計表內的系統服務數據就能夠快速的提取結果文件，將所有的數據進行匯總，得到相應的課程、教師以及學生的各方面的信息，與此同時，數據庫內的各個程序段還能夠實現安全、集中地控制管理，并對整個控制系統進行高效的安全維護，避免多個管理者出現分工不明確的弊端，并實現數據庫管理的安全以及高效.

5 總結

隨著計算機時代的到來，網絡技術已經深入到人們的生活應用之中，各行各業對于計算機人才的需求逐漸的擴大，高校內對于完善計算機人才的培養模式也十分的重視，為了給學生創造一個完整的計算機網絡實驗的環境以及學習氛圍，本文進行了計算機網絡虛擬實驗教學平臺的設計以及開發，根據實際的計算機網絡的實驗的教學需求，為計算機網絡虛擬實驗教學平臺選擇了合適的功能模塊，從網絡平臺的各類型用戶的角度出發，分析了其不同的需求以及對于網絡平臺的功能，模擬真實的實驗環境，在計算機網絡的虛擬平臺之上實現對于學生的教育以及管理，做到一對一的實驗模式，提高學生的實踐以及動手操作的能力，克服傳統實驗教學中存在的時間以及空間的教學弊端，為學生真正的創造實驗環境，促進學生的創新意識以及創新能力的培養，加強師生之間的溝通交流，將網絡的教育技術應用到高校的運轉模式之中，打破傳統教育模式的弊端.

〔1〕丁美榮,柴少明.基于虛擬實驗與真實實驗整合的計算機網絡實驗教學改革[J].現代教育技術,2007,17(7):99-102.

〔2〕譚方勇,張燕,李金祥.基于虛擬仿真軟件技術的計算機網絡實驗教學體系[J].計算機時代,2011(11):51-53.

〔3〕陳凱,王漢兵,劉輝宇,等.基于多虛擬平臺的計算機網絡綜合實驗教學系統設計 [J].現代教育技術,2015,25(7): 107-112.

〔4〕李卓偉,李華,徐婷.計算機網絡虛擬實驗教學模式[J].實驗室研究與探索,2006,25(1):60-62.

〔5〕譚金生,劉澎,馮凱.如何構建計算機網絡“虛擬”實驗教學平臺[J].現代教育科學:高教研究,2010(S1):94-94.

〔6〕王越.基于B/S架構的計算機網絡虛擬實驗教學系統的研究與應用[D].廈門大學,2011.

〔7〕杜鎮.基于虛擬化的計算機網絡實驗平臺的研究與實現[D].中南大學,2014.

TP311.52

A

1673-260X（2017）01-0009-03

2016-10-15