新工科背景下面向虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索

郎大鵬 劉杰 鞠成東 叢曉紅

摘要：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展使得高校在開展計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)過程當(dāng)中獲得了更加強(qiáng)有力的技術(shù)支持，高校教師在開展計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)當(dāng)中需要有效地借助虛擬仿真技術(shù)來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，使得學(xué)生能夠更加高效地開展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄，并解決以往實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中無法解決的問題。本文將具體分析現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程當(dāng)中面臨的主要問題，探究虛擬仿真技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程的積極作用，并給出提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)質(zhì)量的具體建議，希望對高校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)質(zhì)量的提升有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：工科背景;虛擬仿真;計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

高校教師的教學(xué)手段需要跟隨技術(shù)的發(fā)展和更新?lián)Q代進(jìn)行不斷地調(diào)整和改進(jìn)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)活動與具體操作實(shí)踐密切相關(guān)，需要學(xué)生在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作當(dāng)中去驗(yàn)證自身的理論假設(shè)和獨(dú)特構(gòu)想。為了促使學(xué)生在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中獲得更加便利的實(shí)驗(yàn)條件和更加精確的結(jié)果，教師可以將虛擬仿真技術(shù)引入到課堂的實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，使得學(xué)生能夠借助這一技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢來強(qiáng)化自身的理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐技術(shù)。教師應(yīng)該針對現(xiàn)階段實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中存在的諸多問題來進(jìn)行技術(shù)的引進(jìn)和改良，促使學(xué)生在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)開展當(dāng)中獲取更高的學(xué)習(xí)效率。

1 現(xiàn)存問題

1.1 現(xiàn)階段的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)中的可視化效果較差

開展計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)時如果采取真實(shí)的物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，則會使得實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中各個設(shè)備的運(yùn)行狀況無法直接清晰地顯示出來，而且需要實(shí)驗(yàn)人員在開展實(shí)驗(yàn)的過程當(dāng)中不斷地切換不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，以此來了解各個不同設(shè)備的運(yùn)行狀況。實(shí)驗(yàn)人員也無法及時地了解不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的運(yùn)行情況和相關(guān)數(shù)據(jù)。為了更好地解決這些問題，可以應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)當(dāng)中的可視化工具，使得實(shí)驗(yàn)進(jìn)展當(dāng)中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)都能夠被十分直觀且清晰地呈現(xiàn)出來。

1.2 難以開展大型綜合實(shí)驗(yàn)

在開展了解更加大規(guī)模系統(tǒng)的組網(wǎng)需求分析和數(shù)據(jù)收集工作時需要用更好的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來支撐這一實(shí)驗(yàn)過程，傳統(tǒng)的物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在這一類大型網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和開展過程當(dāng)中無法很好地滿足需求。而虛擬仿真技術(shù)則能夠促使這一類大型實(shí)驗(yàn)工作的流程變得更加清晰，同時也能夠更好地減少實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中的一些重復(fù)性工作。

1.3 難以在真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境練習(xí)當(dāng)中開展網(wǎng)絡(luò)安全問題的實(shí)驗(yàn)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)常常需要針對不同的設(shè)備進(jìn)行異常檢測、防火墻設(shè)計(jì)等操作練習(xí)，如果采用真實(shí)的物理設(shè)備來開展這一類互聯(lián)網(wǎng)安全實(shí)驗(yàn)，則很容易導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)成本的上升，此外也會使得一些網(wǎng)絡(luò)攻擊實(shí)驗(yàn)沒辦法在真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境當(dāng)中開展。虛擬仿真技術(shù)則能夠很好地解決這類問題，使得實(shí)驗(yàn)者能夠在一個虛擬的環(huán)境下進(jìn)行不受限制的網(wǎng)絡(luò)攻擊實(shí)驗(yàn)，使得網(wǎng)絡(luò)攻擊的過程能夠被十分逼真地模擬出來，同時也不會造成任何實(shí)際的損害。虛擬仿真技術(shù)能夠使得實(shí)驗(yàn)者在開展網(wǎng)絡(luò)攻擊實(shí)驗(yàn)的過程當(dāng)中處在一個與外界網(wǎng)絡(luò)隔離的環(huán)境之內(nèi)，以此來保障這些實(shí)驗(yàn)的順利開展。

2 應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)開展實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

2.1 環(huán)境和設(shè)備門檻較低

教師在指導(dǎo)學(xué)生開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)時不需要具備太過復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備，每名學(xué)生只需要擁有一臺能夠連接局域網(wǎng)的機(jī)器設(shè)備即可。以往的許多實(shí)驗(yàn)過程需要有特定的設(shè)備，學(xué)校只能夠提供數(shù)量有限的設(shè)備，這就使得學(xué)生在上課的過程當(dāng)中需要幾個學(xué)生共用一臺設(shè)備，在教師講解和具體實(shí)驗(yàn)操作的過程當(dāng)中不是所有學(xué)生都有機(jī)會開展動手實(shí)踐，也會使得許多學(xué)生在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過程當(dāng)中的學(xué)習(xí)效率受到影響。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用則使得每一名學(xué)生都能夠用較為簡易的設(shè)備參與到整體的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，并使得每一名學(xué)生都在擁有自身實(shí)驗(yàn)設(shè)備的情況之下開展更加順暢的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)[1]。

2.2 學(xué)生可以獨(dú)立開展實(shí)驗(yàn)

虛擬仿真技術(shù)能夠使得學(xué)生在參與實(shí)驗(yàn)的過程當(dāng)中具備更高的獨(dú)立性，每一名學(xué)生都能夠在自身的實(shí)驗(yàn)設(shè)備上獨(dú)立開展操作，能夠在頭腦當(dāng)中對整體的實(shí)驗(yàn)流程和實(shí)驗(yàn)步驟有更好的全局性把握。當(dāng)自身的實(shí)驗(yàn)過程遇到問題時，學(xué)生也能夠更加獨(dú)立的思考解決辦法，同時根據(jù)自身的每一步操作來思考問題的來源。

2.3 實(shí)驗(yàn)管理更加便捷

這一技術(shù)的引入還可以使得實(shí)驗(yàn)的管理過程更加的簡單，教師可以十分簡便地搭建一個實(shí)驗(yàn)環(huán)境。教師能夠在整體實(shí)驗(yàn)進(jìn)展當(dāng)中進(jìn)行更好的觀察和檢測，了解每一名學(xué)生的實(shí)時進(jìn)展。這一類實(shí)驗(yàn)也能夠使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中保持獨(dú)立性，不會產(chǎn)生與其他同學(xué)過多的交流從而對課堂的教學(xué)帶來干擾[2]。教師能夠通過整體的系統(tǒng)來對每一名學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行監(jiān)督，并及時地為遇到問題的學(xué)生提供指導(dǎo)，使得學(xué)生能夠更好地跟上整體的實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，并及時解決自身的疑難問題從而進(jìn)行后續(xù)的實(shí)驗(yàn)研究。

2.4 維護(hù)流程更加方便

虛擬仿真技術(shù)也使得實(shí)驗(yàn)設(shè)備的維護(hù)和維修過程變得更加的簡單，以往的實(shí)驗(yàn)過程需要教師對實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的各類大型機(jī)器設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，而虛擬仿真技術(shù)的引入則使得教師的維護(hù)對象僅僅限于實(shí)驗(yàn)所依賴的服務(wù)器。教師不再需要對每一臺參與到虛擬仿真實(shí)驗(yàn)當(dāng)中的設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，這些設(shè)備往往是由學(xué)生自主管理[3]。教師只需要檢測整體的服務(wù)器是否穩(wěn)定，并在教學(xué)指導(dǎo)過程當(dāng)中，針對服務(wù)器存在的問題進(jìn)行不斷改良。

2.5 實(shí)驗(yàn)記錄保存更加簡便

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)能夠使得教師依據(jù)一個系統(tǒng)來對全部學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行實(shí)時查看和記錄保存，這就使得教師的指導(dǎo)工作變得高效和便捷。教師不再需要像以往的教學(xué)過程中那樣對每一名學(xué)生的實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)進(jìn)行查看和記錄，而是只需要實(shí)時地查看系統(tǒng)當(dāng)中所呈現(xiàn)出來的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展和數(shù)據(jù)保存情況[4]。這一類技術(shù)能夠大量地減輕教師在實(shí)驗(yàn)開展過程當(dāng)中的工作量，使教師能夠?qū)⒏嗟年P(guān)注力放在有效指導(dǎo)學(xué)生并為學(xué)生提供改進(jìn)意見之上。

3 指導(dǎo)學(xué)生開展良好的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的具體措施

3.1 針對學(xué)生開展動態(tài)管理

虛擬仿真技術(shù)使得教師對于學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程的指導(dǎo)變得更加的靈活，以往實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中教師只能夠在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對學(xué)生的相關(guān)操作進(jìn)行指導(dǎo)，一旦實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束，教師和學(xué)生便不能展開后續(xù)地學(xué)習(xí)和指導(dǎo)。學(xué)生也需要在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)時間之內(nèi)做完全部的操作，一旦無法在課堂之上完成所有的實(shí)驗(yàn)流程，學(xué)生也無法在課下的時間進(jìn)行后續(xù)的實(shí)驗(yàn)操作。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用使得學(xué)生能夠在課程結(jié)束之后繼續(xù)自身在課上的實(shí)驗(yàn)，針對課程上沒有獲取的實(shí)驗(yàn)結(jié)果在課下的時間進(jìn)行不斷地總結(jié)和復(fù)盤。教師的指導(dǎo)過程也可以延續(xù)到課堂之外，教師在實(shí)驗(yàn)室之外也能夠有效地指導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)開展此前未完成的實(shí)驗(yàn)，并通過便捷的網(wǎng)上交流工具來對學(xué)生進(jìn)行實(shí)時的線上指導(dǎo)[5]。這樣的實(shí)驗(yàn)過程和學(xué)習(xí)過程能夠使得教師與學(xué)生更好地利用自身的時間，并使得實(shí)驗(yàn)開展的過程具備連續(xù)性，促使學(xué)生能夠在課下的時間將自己未完成的實(shí)驗(yàn)補(bǔ)充完整。

3.2 激勵學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中開展積極有效的自主學(xué)習(xí)

虛擬仿真技術(shù)給予學(xué)生更多的操作空間和創(chuàng)造力發(fā)揮的空間，教師在為學(xué)生制定實(shí)驗(yàn)主題和目標(biāo)任務(wù)之后，學(xué)生可以依據(jù)自身的創(chuàng)造力來進(jìn)行獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)流程安排。學(xué)生能夠依據(jù)自身手中的設(shè)備來進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)操作，這就使得學(xué)生頭腦當(dāng)中的創(chuàng)造力被更好地釋放出來，學(xué)生不用再按照教師所制定的操作流程來開展自身的實(shí)驗(yàn)，而是可以進(jìn)行更好地創(chuàng)造和改進(jìn)。教師在檢測學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的過程當(dāng)中僅僅是依靠系統(tǒng)當(dāng)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄來了解學(xué)生的完成情況，而不是要求每一名學(xué)生都按照自身所給定的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)流程來開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)。因此學(xué)生可以通過各種各樣的實(shí)驗(yàn)方法來獲取最終的結(jié)果，這也促使學(xué)生在探究實(shí)驗(yàn)的過程當(dāng)中投入更多的創(chuàng)造力想法和自主學(xué)習(xí)，促使學(xué)生學(xué)會動用各類網(wǎng)絡(luò)搜索工具來進(jìn)行相關(guān)知識的探究和學(xué)習(xí)，以此來幫助自身開展更加良好的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)[6]。

3.3 積極提升教師的教學(xué)效率

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程需要教師在固定的課程時間之內(nèi)對所有學(xué)生的實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)情況進(jìn)行良好的觀察和評估，以此來為學(xué)生的日常實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)進(jìn)行打分。這樣的時空局限性會導(dǎo)致教師在開展教學(xué)評估的過程當(dāng)中遇到時間緊、任務(wù)重的問題，也會導(dǎo)致其在評估學(xué)生操作表現(xiàn)的過程當(dāng)中不夠細(xì)致，忽略掉許多重要問題。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的引入能夠促使教師采用更加靈活的方式來評估和考量學(xué)生的實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中的服務(wù)器能夠?qū)⑺袑W(xué)生的操作和數(shù)據(jù)保存下來，教師可以在課下的其他時間來統(tǒng)一對所有學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查和評估，使得教師能夠更加合理地分配自身的教學(xué)評估任務(wù)時間，在課堂之上將更多的關(guān)注投入到自身的教學(xué)活動以及針對化的學(xué)生指導(dǎo)當(dāng)中。

4 結(jié)束語

實(shí)驗(yàn)開展的便捷性能夠極大地提升課堂的效率，使得教師在規(guī)定的教學(xué)時間之內(nèi)帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行更多地理論探討和更加順暢地溝通交流。虛擬仿真技術(shù)的引入能夠使得教師與學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課堂之上進(jìn)行更加高效便捷的實(shí)驗(yàn)，并使得每一名學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中的表現(xiàn)情況被準(zhǔn)確記錄下來，以此來為教師對于學(xué)生的評估考察提供更多的資料補(bǔ)充。實(shí)驗(yàn)便捷性的提升還能夠促使教師的課堂教學(xué)效率得到極大的提升，并幫助教師展開更多一對一針對化的教學(xué)，使教師對每一名學(xué)生在實(shí)驗(yàn)開展當(dāng)中遇到的問題進(jìn)行更加具體的指導(dǎo)，并極大地提升每一名學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)實(shí)踐。

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【通聯(lián)編輯：李雅琪】