虛擬仿真技術在技工院校計算機實訓教學應用研究

摘 ?要：本文分析了技工院校計算機網絡實訓教學的現狀以及存在的問題，引出了建設基于虛擬仿真技術的網絡實訓室的重要性，文章中先介紹了虛擬仿真技術，再講述了其在計算機教學中的優勢所在。并以Cisco Packet Trace為例，探討了如何運用該虛擬仿真軟件進行小型局域網的組網和測試工作，并證明了虛擬仿真技術在計算機網絡實訓教學中的可行性。同時也點出了運用虛擬仿真技術進行計算機網絡教學現行存在的問題分析，并嘗試給出了解決的辦法。最后，由點及面進行了總結，指出了我們既要認識到虛擬仿真技術給計算機網絡教學帶來的創新，同時又要了解到其為我們帶來的挑戰。

關鍵詞：虛擬仿真技術;計算機網絡;技工院校;計算機實訓教學

中圖分類號：TP391.9;G718.1 ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）12-0078-03

Abstract：This paper analyses the present situation and existing problems of computer network training teaching in technical colleges. It points out that the importance of building network training room based on virtual simulation technology. Firstly，the paper introduces virtual simulation technology，and then describes its advantages in computer teaching. Taking Cisco Packet Trace as an example，it discusses how to use the virtual simulation software to carry out small bureau. The networking and testing work of LAN proves the feasibility of virtual simulation technology in computer network training teaching. At the same time，it points out the existing problems of using virtual simulation technology in computer network teaching，and tries to give solutions. Finally，the paper summarizes the points and aspects，and points out that we should not only see the innovation brought by virtual simulation technology to computer network teaching，but also recognize the challenges it brings to us. In this paper，virtual simulation technology is introduced into computer teaching.

Keywords：virtual reality technology;computer network;technical schools;computer practice teaching

0 ?引 ?言

近年來，隨著我國經濟的發展和技工教育改革力度的不斷加大，社會對技工教育的要求也逐漸提高，對技術型人才的需求也逐漸加大，這對技工教育提出了更高的目標和要求。技工教育的重要特點是實訓教學，培養學生的實際操作能力。但就目前而言，由于各種原因，導致技工院校的實訓教學受到資金、場地、專業等制約問題嚴重，因而無法真正達到學生實訓教學的要求，因此，將虛擬仿真技術應用到技工教育實訓教學當中，具有重要的實際意義。本文以計算機網絡課程實訓教學為例進行探討分析。

1 ?技工院校計算機網絡實訓教學現狀

1.1 ?計算機網絡課程教學仍局限于純理論當中

目前一些偏遠地區的技工院校，因為設備和場地等因素的制約，計算機類課程仍處在純理論階段，尤其是對計算機實訓室設置需求較高的計算機網絡課程，在這類學校中更加難以開展，加上課程內容過于抽象，導致學生無法理解相關原理與知識，更無法體會到其中的樂趣，從而打擊了他們對計算機專業知識學習的信心。

1.2 ?計算機實踐教學受資金、設備和場地的限制問題突出

目前在我國，建設一個高水平的計算機網絡實訓室，至少需要投入200萬資金，而且建成的實訓室僅夠提供給50-60人同時使用。費用的昂貴令不少技工院校望而卻步。投入大，回報小，使得學校的計算機網絡實訓類課程難以實施。

1.3 ?計算機實操課課堂課后脫節

傳統的網絡實訓室因受硬件等設備和課程安排的制約，許多教學大綱內的實驗內容無法進行，另外，在傳統的實訓模式下，大部分學生只能在實訓課上利用實訓室的設備進行操作，課后卻無法很好地進行練習鞏固，學過的知識很快就忘記的現象屢屢存在。因而導致了學生的網絡實操類動手能力較差，無法適應社會的需要。

2 ?虛擬仿真技術概述

2.1 ?什么是虛擬仿真技術

虛擬仿真技術又稱為虛擬現實技術（Virtual Reality），是指由計算機生成特定的模擬環境，并通過專用設備令用戶仿佛置身于這個環境中，實現用戶和該模擬情境直接進行交互的技術[1]。

2.2 ?虛擬仿真技術的特征

虛擬仿真技術最突出的特征是投入性和交互性。[2]

2.2.1 ?投入性

虛擬仿真技術可以使人很自然地投入到事先設計好的模擬情境中，當我們身處于這種環境，身臨其境的感覺使得我們覺得自己就是該環境的一部分，從而使我們的角色由被動轉變為主動。

2.2.2 ?交互性

在虛擬仿真環境中，人與環境可以相互作用。人類能用自然的行為作用于環境，同時，環境會根據我們的行為作出相應的反應。

3 ?虛擬仿真技術在計算機教學中的應用價值

3.1 ?沉浸式的模擬環境，創新了教學模式

虛擬仿真技術所設計的虛擬環境以現實環境為基礎，它能模擬出具有真實沉浸感和良好交互性的學習環境，從而彌補在教學使用中傳統多媒體技術在沉浸和交互上的不足[2]。

3.2 ?不受時空限制，改善教學實操環境

技工教育開展實操教學最大的困難之一是空間和時間的限制。在傳統的教學模式中，學生一旦走出實訓室，便無法再進行實操類學習，這不利于他們課后對知識的鞏固。而虛擬仿真技術在教育中應用最大的優勢就是它打破了地域和時間的限制，為學生提供一個理想的虛擬實操環境[2]。

3.3 ?降低教學成本，規避傳統實操類風險

虛擬仿真技術的核心是計算機軟件的輔助，而計算機軟件本身所具有的靈活特點，可以使多種計算機實操訓練能在同一實訓室中進行，同時又不會產生真實的材料消耗，大大降低了教學成本。另外，由于虛擬仿真技術是模擬的真實工作環境，可以讓學生完全投入地進行學習和模擬操作，這樣便可以免除學生人身安全顧慮，規避風險。

就目前一般技工院校的情況來說，比較容易實現的是使用Packet Trace仿真軟件進行計算機輔助教學。[1]

4 ?Cisco Packet Trace在計算機網絡實訓教學中的應用

4.1 ?Cisco Packet Trace簡介

Packet Trace是思科公司針對計算機網絡初學者開發的一種虛擬仿真軟件，軟件中提供了設計網絡拓撲結構、配置路由器和交換機、測試和排除網絡故障的仿真環境，是學生們學習組網、進行網絡配置和協議分析不可或缺的輔助工具。

Packet Trace中可以支持多種網絡協議，除了可支持比較常見的HTTP、TCP、UDP、DNS、STP等協議外，還能支持不常使用的協議，如：ARRP、HDLC、IPv6等。另外，它還能支持各種網絡仿真設備，如各種型號的路由器、交換機、服務器和電纜等[3]。

4.2 ?Packet Trace在實訓教學中的應用

下面，我們運用Packet Trace虛擬仿真軟件，進行一個小型企業局域網的組建。

4.2.1 ?需求分析

該企業內部由主要的兩個部門（財政部和策劃部）和其他部門組成。組建起來的局域網要求至少達到以下三方面的要求：

（1）實現資源共享。局域網內實現辦公自動化，可共享數據庫、打印機等。

（2）實現通訊服務。局域網的用戶能對廣域網進行安全訪問，如訪問互聯網、以及進行正常的郵件收發。

（3）財務部的數據保密。對于一般企業而言，財務部是比較敏感的部門，因此，所組建的局域網需要對財務部進行獨立，另外，財務部還需要共享服務器中的信息，因此，設計的局域網要求既可以使財務部的人員可以共享局域網內服務器的數據資源，又可以控制其他部門甚至外網不能共享財務部的數據信息。

4.2.2 ?主要技術分析

由于財務部是比較敏感的部門，因此，在局域網中，需要對財務部進行獨立，這方面我們可以利用VLAN技術將其獨立開來。另外，財務部還需要共享服務器中的信息，這就需要配置單臂路由，可是，在配置單臂路由后會導致財政部的信息泄露。因此，要實現這個功能，該小型企業局域網需涉及VLAN技術、靜動態路由技術、單臂路由技術。

4.2.3 ?設計及配置的主要步驟

（1）設計拓撲結構，將路由器和交換機的端口狀態都啟用。

（2）分配好IP地址，并設置好默認網關。

（3）劃分網段。

（4）選擇路由協議，配置路由，并為路由器設置密碼。

4.2.4 ?設計網絡拓撲結構

構建局域網所需的設備有：思科1841型路由器（3臺）;思科2950-24型交換機（3臺）;思科Server-PT型服務器（1臺）;思科Printer-PT型打印機（1臺）;思科PC-PT型電腦（6臺）;直通線及DTE若干。具體拓撲結構圖如圖1所示。

4.2.5 ?網絡配置

首先將路由2（R2）設置為靜態路由、路由3（R3）設置為單臂路由、路由6（R6）同樣進行靜態路由設置，然后將SW3把財務部1-16端口劃到VLAN50進行隔離。

4.2.6 ?運行及調試

完成配置后，可以對網絡進行測試，通過事件列表（如圖2）可以查看設備及數據包的詳細信息，如果遇到問題，可以即時對配置指令進行修改，直至整個網絡搭建完成。

4.3 ?總結

在傳統的計算機網絡教學模式當中，搭建小型局域網的操作項目是無法完成的，因為組網所需的硬件和軟件要求高，價格昂貴，非一般學校能負擔得起，而且，操作稍有不當，便會造成設備的損壞，總體可操作性不強。

但是，在Packet Trace虛擬仿真環境中，教師們無須擔心費用及學生的操作不當帶來的損失問題，同時又可以使學生學習到組網的知識并身臨其境地進行操作，加深了其對網絡知識的理解，一舉兩得。

5 ?存在的問題

由上可見，虛擬仿真技術確實為我們帶來教學上的便利。但是，在實施的過程中，仍然存在一些問題，具體表現在以下三方面：

（1）虛擬仿真技術作為一項新興的技術引入計算機網絡這門課的教學當中，對該門課程的教師是一個挑戰，如何能讓老師用得好，教得好，也是一個新課題。首先對教師們進行培訓，讓他們理解并熟悉網絡仿真實訓室，這樣才能發揮實訓室給我們帶來的優勢。

（2）就目前而言，與虛擬仿真實訓室相配套的計算機網絡實訓教材相對缺乏，教師備課、上課較吃力，老師們為了上好一節實訓課，往往需要花費大量心血查找適合的資料以便上課使用。所以，當仿真實訓室建成后，編寫相應的實訓教材成了首要任務。

（3）雖然以上所列舉的Packet Trace虛擬仿真實訓在一般的計算機網絡實訓室都能實現，但是，如果要真真切切建設一個虛擬仿真實訓室，其所需要的資金是不少的，而且技術要求較高、建設周期長，這些是不能忽視的問題。針對這些問題，技工院校在建設虛擬仿真實訓室的過程中可以遵循兼顧社會服務、優先引入、慎重自建、邊建邊用、建用結合、開放共享的原則，積極借助社會力量，協同構建仿真實訓環境，經濟高效地為學生、教師提供虛擬仿真技術服務[4]。

6 ?結 ?論

雖然虛擬仿真技術具有建設周期較長、技術要求高、建設資金投入大等特點，但不可否認，它確實為技工院校的教學帶來新突破，以計算機網絡這門課程的教學為例，虛擬仿真技術為其帶來了新思路，并且顛覆了傳統的教學觀念，使抽象的計算機網絡理論和技術性知識變得容易理解與掌握，這對學生綜合應用能力的提高以及實踐創新能力的培養有極大的促進作用。因此，在技工院校算機實訓教學中引進虛擬仿真技術有重要的意義，同時也是趨勢所在。

參考文獻：

[1] 蘇燕，梁武.虛擬仿真技術在計算機教學的應用研究 [J].電腦知識與技術，2017，13（31）：151-152.

[2] 覃斌.VR虛擬現實技術在職業教育中的應用價值評述 [J].遼寧高職學報，2017，19（2）：107-109.

[3] 韓鳳英.虛擬仿真技術在高職計算機網絡實訓中的應用——以Packet Trace軟件為例 [J].職業時空，2015，11（5）：59-62.

[4] 張彥忠，王世安.以虛擬仿真技術助推職業教育信息化發展——以廣州工程技術職業學院為例 [J].教育信息技術，2017（12）：3-6.

作者簡介：黃鶯（1981-），女，漢族，廣東茂名人，講師，工程碩士，研究方向：計算機網絡、程序設計。