基于VR的計算機網絡與維護實驗系統的設計

趙炎

摘要：計算機網絡的組網和維護是每一個信息類專業的學生一定要掌握的一項實踐性很強的技術基礎課，通過開設這門實訓課程，可以使學生掌握并更加深刻地理解計算機網絡組成原理，還可以使學生掌握更加全面的常用工具使用方法。因此，構建了基于虛擬技術的計算機網絡及維護實驗系統，能夠幫助學生更好地理解計算機網絡的組網和維護。

關鍵詞：虛擬技術；計算機網絡；實驗教學

一、基于VR的計算機網絡與維護實驗系統設計的必要性

《計算機網絡技術與實驗》是高職信息類專業普遍使用的教材，該書涉及的實驗項目注重理論和實踐相結合的原則，操作性強，并且實驗環境方面并沒有較高的要求，在每章的開頭都有理論和實驗教學要求，同時也對每個理論和實驗知識點做了詳細的系統規劃，并且分成了解、理解和掌握這三個層次，每章結尾都會附帶與本章相關的實驗內容，方便學生對教學內容進行鞏固。然而，從硬件角度看，培養學生的動手能力，提高學生獨立自主解決問題、分析問題的能力是教學的重點。可是如果在實訓過程中多次拆分設備向學生展示，容易損壞設備，而且實驗室內的實驗設備較少，不能滿足每一位學生在課上都能進行實際操作的需求，這樣學生沒辦法很好地理解計算機網絡工作原理以及組網和維護等原理，教師在實驗課程中的教學效果并不是很理想，特別是在學生學習計算機網絡原理的時候，因為學生沒有過相關專業工作的經驗，同時在學校能夠觀摩的機會也很少，使得他們沒有辦法將在課本中見到的一些工作原理以及結構圖同實際工作相聯系。所以，就要求教師在教學過程中把解決學生的感性認識放在首要地位。

針對上述問題，教師可以創立一個虛擬數據模型庫，并采用UG或Pro/ENGINEER軟件對計算機網絡和維護中的一些經典儀器進行虛擬元件的創建工作，采用虛擬裝配和動態演示的方式創建虛擬的實驗教學，這樣學生就能夠通過這種方式來認識和學習計算機網絡硬件的構成以及工作原理，使得學生對學習計算機網絡知識產生濃厚興趣，能夠更好地為將來學習打下堅實的基礎。

二、系統方案設計

為了培養出更加具有創新性的復合型人才，高校應該建立虛擬數據模擬庫，并且采用一些合適的軟件來建立計算機網絡組網的虛擬模型，還要對網絡元器件進行三維制作以及組網仿真工作，同時也可以建立基于VR的計算機網絡與維護實驗系統的設計與研究系統。這樣能夠對整個計算機網絡和組網原理進行分析和研究。也可以在中間建立數據模型和關系模型，這時就應用到UG或Pro/ENGINEERCAXA等軟件進行計算機網絡元器件的建模，形成一個專門的元器件數據庫，同時也要按照相應的組網流程對虛擬實施對象、操作流程、工具進行動態展示，從而實現與系統數據庫以及Office等辦公軟件做出的文檔資料進行合成。該系統操作便捷、實現難度低、可靠程度較高。進行這樣的虛擬實驗有著多種目標和多層次性，將其向學生進行展示，可以幫助學生將科學的理性和邏輯性、想象力和創造力進行完美的結合，使得學生的自身能動性得到充分體現，學生也能夠通過實驗對整個計算機網絡知識有更加清晰的認識，同時也能夠促進學生對整個實驗產生興趣，為將來探索其他區域做好充分的準備。

三、系統接口以及功能設計

虛擬技術的計算機網絡以及實驗系統功能的維護方面大概有以下幾個功能：學生終端、技術管理終端、系統維護管理終端等（如下圖所示）。

（一）系統硬件結構

不同的系統用戶的接口以及實驗要求都是不同的，在組建系統硬件結構時，可以選擇不同的終端進行不同的實驗，從而達到七臺顯示屏幕同步顯示整個計算機網絡實驗的組網功能，還能夠配上同步的語音提示。

（二）系統軟件功能

由于虛擬技術的計算機網絡以及在維護實驗系統中主要由數據管理、用戶管理、實驗展示以及其他功能板塊組合而成，給學生創造了比較逼真的實驗環境，并且通過人機的交叉操作，能夠給學生實時展示實驗現象和實驗結果，系統也能夠給學生提供多種方法來完成各個用戶之間的信息交流活動，其主要功能如下。

1.軟件登錄。

在計算機上輸入用戶名和密碼來進行軟件系統登陸，如果輸入正確，登陸成功后，就能夠顯示軟件主界面。

2.用戶管理。

這項管理工作是用來使用戶能夠完成基本信息的錄入和修改工作，用戶的基本信息主要包括學生的學號、專業、班級、姓名、性別、用戶名和密碼等。

3.安全管理。

可以對用戶的角色進行分配、修改以及給予不同權限的權力。用戶角色主要有學生、數據管理員和系統管理員等，每個人對應的權限也是不同的，如果能夠在系統中使用這種分級分權限的管理方式，就能夠保證數據的安全性。

4.數據管理。

完成計算機網絡元器件的定義工作以及設計相關數據、CAD繪圖工作、分析工程和檢驗數據、制定計劃以及規則、產品的說明以及關于多媒體文件和其他數據的添加、修正、刪除、更新升級等功能。

5.檢索數據。

這項工作能夠實現人們對各類元器件的相關文件和資料的管理檢索功能，可以通過在計算機中輸入對應的元器件名稱和型號，隨即就可以查看輸入的該元器件的相關數據和資料，不僅能夠實現精確檢索，還能夠實現關鍵詞查詢等模糊查詢，使整個素材的管理工作得到優化，同時也方便學生能夠隨時、簡便地對所需資料進行查詢。

6.統計數據。

系統管理員可以對相關文檔的總數、學生們學習的次數以及每個視頻的播放次數等方面進行統計。

7.維護數據。

這是數據庫管理員的工作，對數據庫進行日常維護和管理。

8.終端管理。

在計算機網絡組網過程中可以實現瀏覽相關文檔資料以及完成視頻點播功能還可以在虛擬環境中對真實組網的過程進行模擬，讓學生對這一過程能夠有更加直觀清晰的認識，通過對多種組網多媒體素材的展示以及維護，可以給學生展示哪處是關鍵，并且發生錯誤率較高的工序，進而要求學生對此重點記憶。

9.數據編碼。

為了使數據維護更加方便快捷，可以采用元器件分類的規則，對數據進行統一編碼。

10.數據組合。

在一個大平臺中實現對已經錄入數據可得文檔、數據和模型詳細信息等進行統一管理。

11.虛擬實驗。

按照計算機網絡組網時的實際需求，實現對虛擬組網進行計劃、錄入、編輯、訂正等功能，還可以利用攝像機把整個組網操作的過程拍成視頻，然后再進行編輯等后期處理工作，還可以配音或者在視頻中加入文字說明，從而實現學生根據自己的需求進行實時點播。

12.防錯技術。

可以向學生們展示各種各樣的多媒體素材，讓他們觀看并且學習組網流程，最終指出哪些工序是容易出現錯誤的，同時要給其指出關鍵程序以及重點，提醒學生應該在這些方面多加注意。

13.科技聚集。

教師應該向學生展示計算機網絡以及互聯網技術的理論知識以及應用范圍，讓學生的專業視野得到開拓。

14.設備管理。

建立計算機網絡組網常用的儀器、儀表等設備和非標準設備的數據庫，方便學生需要時對其進行查詢。

15.測試技能。

教師應該組織學生參加組網技能測試，模擬一場理論考試，在規定時間內從設計好的數據庫中進行隨機抽題，然后讓學生們進行解答，這種方法能夠保證考試的真實、公平和公正。

四、結論

基于VR的計算機網絡與維護實驗系統的設計與研究，最終建立相應的系統，不但在一定程度上能夠減少實驗成本，節約實驗項目的開發研究費用，同時利用當前實驗室現有的設備進行實驗，不但發揮了實驗設備的作用，還突破了傳統教學模式在時間、空間上的限制，從而實現了信息技術和實驗資源的共享。通過人機交互，向學生展示計算機網絡的整個組網過程以及操作流程，進一步促進了學生對理論知識的理解和掌握，極大激發了學生學習的積極性，調動了學生對實驗的興趣，加強了實驗課的教學效果，從而實現了學生從理論學習向實踐活動研究的轉變，這為其他高校培養創造能力強的創新型大學生的教育活動累積了良好的教學經驗。

參考文獻：

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編輯∕楊波