基于VR的開放式計算機網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的研究與實踐

于 斌，余紅珍

(武漢科技大學城市學院 信息工程學部，武漢 430083)

基于VR的開放式計算機網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的研究與實踐

于 斌，余紅珍

(武漢科技大學城市學院 信息工程學部，武漢 430083)

在計算機網(wǎng)絡(luò)課程的實踐教學中，為充分實現(xiàn)培養(yǎng)學生實際動手能力的教學目標，很多高校在實踐教學中采用虛擬仿真實驗室，推動了高校實踐教學的改革發(fā)展，提高了學生的學習積極性和實踐創(chuàng)新能力。文中介紹了進行遠程實驗及開放式虛擬仿真實驗的實現(xiàn)方法，進一步建設(shè)了開放式網(wǎng)絡(luò)化虛擬仿真實驗平臺和管理平臺。

虛擬仿真；虛擬實驗室；虛擬仿真實驗平臺；開放式

1 構(gòu)建計算機網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室

計算機網(wǎng)絡(luò)實驗室是計算機網(wǎng)絡(luò)教學的實踐場所，利用計算機相關(guān)軟件可以在現(xiàn)有機房基礎(chǔ)上構(gòu)建虛擬實驗室。在教學中，我們使用Boson NetSim構(gòu)建計算機網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室，因為Boson NetSim是操作非常接近真實環(huán)境的模擬工具。通過Boson NetSim可以隨意構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，PC、交換機、路由器都可被模擬出來，而且它還能模擬出多種連接方式，如PSTN、ISDN、PPP等[1]。

由于學生在生活中不曾接觸過路由器和二、三層VLAN 交換機等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，設(shè)備的連接方法與配置命令、子網(wǎng)的劃分等對學生來說都是全新的領(lǐng)域，盡管教師在上課時講解了命令功能和參數(shù)配置，學生仍缺乏感性認識[2-4]。利用Boson NetSim這樣的虛擬仿真實驗平臺，教師制定學習目標，學生可以自己設(shè)定任務(wù)情境，進行自主學習。例如，學生可以自主設(shè)計網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，設(shè)備選型，進行模擬設(shè)備配置，來增強感性認識，提高學習興趣和實踐動手能力。

2 構(gòu)建開放式網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室

所謂開放式網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室，是指利用局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)并基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實驗系統(tǒng)，包括相應(yīng)的實驗室環(huán)境、有關(guān)的實驗儀器設(shè)備、實驗對象及實驗信息資源等。構(gòu)建開放式網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室，其實就是搭建一個網(wǎng)絡(luò)平臺系統(tǒng)，包括硬件、軟件及管理三個方面[5]。在硬件方面，各校都建立了校園網(wǎng)絡(luò)并接入了互聯(lián)網(wǎng)，這些基礎(chǔ)設(shè)施基本可以滿足需求，不需要太多的投入。在軟件方面，一方面，是實驗室平臺軟件系統(tǒng)的開發(fā)，它與網(wǎng)站建設(shè)相聯(lián)系；另一方面，是網(wǎng)站的內(nèi)容(實驗內(nèi)容)建設(shè)，這是實驗室建設(shè)的關(guān)鍵。在管理方面，該平臺上可以對實驗儀器、實驗報告、實驗指導、實驗成績及網(wǎng)上答疑等進行有效管理，并對虛擬實驗室進行監(jiān)控[6]。

開放式網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的建立，可以很好地解決目前硬件設(shè)備跟不上實驗要求和學生實驗時間不夠用等問題，對于提高學生的動手能力、分析問題和解決實際問題的能力具有非常重要的意義。但在具體應(yīng)用中還要注意處理好“虛擬實驗”和“實物實驗”的關(guān)系，不能一味地強調(diào)虛擬實驗，要“虛實”結(jié)合，既相互補充，又各有側(cè)重，這樣才能取得很好的實驗教學效果。同時，在虛擬實驗中要注意培養(yǎng)學生嚴謹?shù)?、一絲不茍的科學實驗作風。

開放式網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室系統(tǒng)的建設(shè)，可以因地制宜，自主開發(fā)。根據(jù)本校的實際教學和實驗情況，結(jié)合學生的實際水平，由任課教師或聘請部分專家組成開發(fā)小組，進行一系列的虛擬實驗項目的開發(fā)研究，并將研究的成果連接到虛擬實驗室中，逐漸擴充直至完善。這種方式比較靈活，能充分發(fā)揮教師的積極性，有針對性地進行設(shè)計開發(fā)，適合學生的實際情況，學生容易接受，并且經(jīng)費投入較少。缺點是開發(fā)周期較長，系統(tǒng)性不夠，水平有限。另一種是引入其他學校的虛擬實驗室平臺。這種方式比較簡單，容易實現(xiàn)，見效較快。但需要投入較多的軟件購置費用，同時，也需要結(jié)合學校的實際情況進行一些調(diào)整，有一個磨合期。也可以將上述兩種方式結(jié)合起來，一是引入、購置部分自己不宜開發(fā)的實驗項目，二是結(jié)合自身的優(yōu)勢和長處開發(fā)一些實驗項目，如非交互性的、演示性的虛擬實驗項目等。

3 開放式網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真實驗教學平臺

OWVlab是在國家科技支撐計劃項目的研究中提出的開放式網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗教學系統(tǒng)的解決方案。開放式網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室分為課程實驗仿真系統(tǒng)和虛擬實驗教學管理系統(tǒng)兩個部分。

課程實驗仿真系統(tǒng)，用來供學生自己動手配置、連接、調(diào)節(jié)和使用實驗儀器設(shè)備進行實驗。系統(tǒng)允許根據(jù)平臺上提供的器材自由搭建任意合理的典型實驗或?qū)嶒炏到y(tǒng)案例。虛擬實驗平臺通常擁有一個器材欄，用于各類虛擬實驗器材的管理。學生可以把器材從器材欄中移到實驗臺上，或者從實驗臺上把器材收回到器材欄。

開展虛擬實驗教學，需要通過虛擬實驗教學管理系統(tǒng)向?qū)W生、教師、教務(wù)管理員和系統(tǒng)管理員提供實驗教學管理功能。虛擬實驗管理是虛擬實驗教學系統(tǒng)的重要內(nèi)容，是虛擬實驗教學系統(tǒng)與一般仿真系統(tǒng)的主要區(qū)別。采用網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實驗管理可以有效地提升虛擬實驗技術(shù)在教學上的應(yīng)用效果。

系統(tǒng)針對計算機網(wǎng)絡(luò)實驗課程配套開發(fā)的基于B/S架構(gòu)的虛擬實驗課程，模擬真實實驗中用到的器材與設(shè)備33種，提供與真實實驗相似的實驗環(huán)境以及46個典型實驗案例。

4 結(jié)束語

根據(jù)武漢科技大學城市學院人才培養(yǎng)的總體戰(zhàn)略目標和信息類相關(guān)專業(yè)的實驗教學與管理需求，開放式虛擬實驗室綜合管理平臺正在醞釀建設(shè)。

開放式網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室可以促進學生學用結(jié)合，實驗的安排更加靈活方便且不受時間、空間限制。只要有網(wǎng)絡(luò)的地方就可以動手做實驗，實現(xiàn)真正意義上的開放實驗室。虛擬實驗可減少實驗設(shè)備的維護強度，緩解當前實驗設(shè)備的不足，實現(xiàn)理論教學和實踐教學的有機融合。學生能夠從虛擬實驗過渡到真實實驗的教學中，獲得更多的知識和訓練，實現(xiàn)真正意義上開放式、虛實結(jié)合的新型實驗實訓教學體系。通過建立開放式虛擬實驗室，可以更好地解決計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗教學的問題，完善現(xiàn)有實驗教學體系。

[1]于斌,余紅珍. 獨立學院計算機網(wǎng)絡(luò)課程虛擬仿真實驗的探索與實踐[J].軟件導刊, 2013(8):187-189.

[2]汪克峰. 網(wǎng)絡(luò)化計算機專業(yè)虛擬實驗室的構(gòu)建與實現(xiàn)[J].電腦知識與技術(shù),2012(28):53-55.

[3]周安輝.計算機網(wǎng)絡(luò)課程虛擬實驗室構(gòu)建探索[J].職業(yè)教育研究,2012(2):170-172.

[4]孫秉超.虛擬機技術(shù)在計算機網(wǎng)絡(luò)實訓中的應(yīng)用研究[J].電腦知識與技術(shù),2012(27)：46-47.

[5]周峰.基于ASP.NET的計算機網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].成都：電子科技大學,2009.

[6]陽革鋒.《計算機網(wǎng)絡(luò)》虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室的設(shè)計與應(yīng)用[J].廣西廣播電視大學學報,2011(3)：45-47.

Exploration and Practice on Virtual Reality of Open Computer Network Simulation Laboratory

YU Bin, YU Hongzhen

(Department of Information Engineering,City College of Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430083, China)

The practice teaching of computer network is to train the students’ practical ability. Virtual Simulation Laboratory is used by many colleges and universities. It is very important to promote the reform and development of teaching practice, and to improve the students’ learning enthusiasm and ability. This paper illustrates the remote experiment and open virtual simulation experiment. The Open Network Virtual Experiment Platform and Management Platform will be constructed.

virtual reality; simulation laboratory; virtual experiment platform; open type

2013-07-16；修改日期: 2014-03-28

于 斌(1970-)，女，碩士，講師，研究方向：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究與應(yīng)用。

G482；TP393

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.06.065