基于大數(shù)據(jù)分析的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

王勇 張婷

【摘 要】針對(duì)現(xiàn)有高校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，對(duì)大數(shù)據(jù)背景下計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式存在的主要問題進(jìn)行總結(jié)和梳理，結(jié)合武漢工商學(xué)院信息工程學(xué)院的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)際情況，從大數(shù)據(jù)信息化管理、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建和資源多元化建設(shè)等多方面，探討基于大數(shù)據(jù)分析的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的建設(shè)方案，并進(jìn)一步研究計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程基于大數(shù)據(jù)分析的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò);大數(shù)據(jù)分析;虛擬仿真;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)： G434;TP393-4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）12-0124-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.12.059

【Abstract】In view of the present situation of computer network course experiment teaching in universities， this paper summarizes and combs the main problems existing in the existing virtual simulation experiment teaching mode of computer network under the background of large data.Combining with the actual situation of the experiment teaching in the Information Engineering College of Wuhan University of Business and Industry，this paper discusses the information management of large data，the construction of virtual simulation experiment platform and the diversification of resources. This paper discusses the construction scheme of virtual simulation experiment of computer network course based on big data analysis，and further studies the teaching method of virtual simulation experiment of computer network course based on big data analysis.

【Key words】Computer network;Big data analysis;Virtual simulation;Experimental teaching

1 目前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

大數(shù)據(jù)背景下，如何更有效的開展示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)，是提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和水平的關(guān)鍵舉措[1-2]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠促進(jìn)現(xiàn)代信息智能技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的深度交叉融合，從而從廣度和深度上拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、延伸實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間和空間。但多年的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)表明當(dāng)前的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)仍然存在有較多問題，具體如下：

1）實(shí)際教學(xué)中，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容設(shè)置相對(duì)固定，不能結(jié)合學(xué)生實(shí)驗(yàn)情況靈活調(diào)整。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的使用設(shè)置多是依據(jù)教師的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，使用時(shí)間也根據(jù)教師時(shí)間進(jìn)行安排，時(shí)間上不能靈活根據(jù)高校學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)間多元化特點(diǎn)進(jìn)行自由定制[3]。

2）實(shí)際教學(xué)中，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由于技術(shù)水平、實(shí)驗(yàn)條件等實(shí)際因素的制約，在教學(xué)過程中學(xué)習(xí)記錄上存在明顯缺陷，比如記錄的數(shù)據(jù)為學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果相關(guān)數(shù)據(jù)，而不能記錄實(shí)過程中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。導(dǎo)致教師在教學(xué)中難以深入了解學(xué)生實(shí)施實(shí)驗(yàn)過程中存在的問題與錯(cuò)誤。教師只能從實(shí)驗(yàn)報(bào)告上分析表面問題，內(nèi)里性的問題無法深入分析，不能有效的收到學(xué)習(xí)反饋和從而進(jìn)行教學(xué)中后期調(diào)整。

3）目前虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)資源庫的資源內(nèi)容、資源庫來源相對(duì)單一，這就造成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的訂制與設(shè)計(jì)不能滿足不同層次不用專業(yè)的教學(xué)目標(biāo)要求。當(dāng)前教學(xué)條件下，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)資源庫主要來源是一個(gè)是任課教師，另外一個(gè)是設(shè)備廠商，導(dǎo)致資源缺少多元化、資源更新速度慢等缺陷，不能滿足不同特點(diǎn)、不同學(xué)習(xí)層次、不同專業(yè)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求。

2 基于大數(shù)據(jù)分析的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)

利用當(dāng)前大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，進(jìn)行更好的學(xué)習(xí)反饋、多元化構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容和動(dòng)態(tài)調(diào)整教學(xué)目標(biāo)及方式，提高教學(xué)效果是當(dāng)前虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的一個(gè)關(guān)鍵問題。

本文提出的基于大數(shù)據(jù)分析的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的虛擬仿真智能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)，主要由四大子平臺(tái)構(gòu)成：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)大數(shù)據(jù)智能分析平臺(tái)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源建設(shè)模塊、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，本系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示：

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)智能平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)大數(shù)據(jù)智能分析平臺(tái)

基于大數(shù)據(jù)分析下的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)大數(shù)據(jù)智能分析平臺(tái)作為本系統(tǒng)主要關(guān)鍵平臺(tái)，其平臺(tái)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要功能模塊如下：

1）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)智能管理模塊：在實(shí)驗(yàn)機(jī)中安裝本系統(tǒng)的操作記錄模塊部分，將實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生實(shí)驗(yàn)以及相關(guān)的一系列操作動(dòng)作記錄下來，并對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和整理、歸類，最后上傳至云端供教師查閱。

2）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)智能分析模塊：借助數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，針對(duì)學(xué)生歷史實(shí)驗(yàn)操作數(shù)據(jù)建立機(jī)器學(xué)習(xí)模型，智能分析學(xué)生實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)的學(xué)習(xí)情況。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生自我學(xué)習(xí)需求，有針對(duì)性的、定制化地為學(xué)生選取基于能力需求的知識(shí)，從而達(dá)到可定制、多元化的教學(xué)目標(biāo)需求。

3）實(shí)驗(yàn)過程智能指導(dǎo)模塊：結(jié)合學(xué)生已有的實(shí)驗(yàn)歷史記錄數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)分析在教學(xué)周期內(nèi)學(xué)生學(xué)習(xí)的特點(diǎn)。并通過分析學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)了解學(xué)生學(xué)習(xí)中存在的問題，并針對(duì)性指導(dǎo)其進(jìn)行改進(jìn)。同時(shí)，實(shí)時(shí)將該數(shù)據(jù)分析結(jié)果反饋給任課教師，這樣教師能夠及時(shí)地了解教學(xué)效果、學(xué)生學(xué)習(xí)情況。教師能夠通過系統(tǒng)記錄的學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步修正教學(xué)中存在的問題，這樣有助于完善智能模型[4]。

4）實(shí)驗(yàn)評(píng)測點(diǎn)智能調(diào)整模塊：基于前期數(shù)據(jù)分析模塊、智能指導(dǎo)模塊、自動(dòng)批閱模塊的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，使用大數(shù)據(jù)分析與決策技術(shù)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方法、教學(xué)考核方式的評(píng)測點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性的智能化調(diào)整，達(dá)到實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的教學(xué)反饋與調(diào)整。

2.2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)，該平臺(tái)主要功能模塊包括實(shí)驗(yàn)教務(wù)管理模塊、實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模塊、實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源管理模塊、實(shí)驗(yàn)室開放預(yù)約管理模塊，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。

虛擬仿真教學(xué)管理平臺(tái)在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中實(shí)現(xiàn)全信息化管理。通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)開放預(yù)約管理平臺(tái)，以預(yù)約等多種形式給不同用戶提供有限開放的共享虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)資源。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)前后，采集教務(wù)、教學(xué)管理相關(guān)數(shù)據(jù)，通過實(shí)驗(yàn)教務(wù)管理模塊、實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模塊，對(duì)教務(wù)、教學(xué)數(shù)據(jù)有效管理，從而保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)的正常、穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)據(jù)管理模塊、實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源管理模塊，完成教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)目標(biāo)的多元化訂制與設(shè)計(jì)。

2.3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源平臺(tái)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源平臺(tái)，主要實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)項(xiàng)目的個(gè)性化定制。該平臺(tái)主要功能模塊包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程模塊、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源庫模塊，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程模塊主要包含計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程主要方向與知識(shí)子模塊資源，資源的特點(diǎn)在于可以針對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)對(duì)象不同層次分類，并可以個(gè)性化定制。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源庫模塊特點(diǎn)在于通過多種線上、線下公開的、共享的、合作的多種資源來源，在廣度上和深度上構(gòu)建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程資源庫，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程模塊個(gè)性化定制的基礎(chǔ)和保證。目前主要的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程資源庫來源：本地基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目資源庫、在線計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程精品資源庫、示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目資源庫、教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目資源庫等。

2.4 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的物理資源、虛擬資源等多元化資源接入與訪問控制。其主要包括虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備庫模塊、物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備庫模塊、虛擬仿真控制平臺(tái)模塊，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示：

虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備器材庫模塊包括各種虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備器材、虛擬網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景庫、虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置等多個(gè)模塊。物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備庫模塊包含各種物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備器材、物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置等多個(gè)模塊。虛擬仿真控制平臺(tái)完成物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備資源、虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備資源的集成與接入，并通過云端、B/S、C/S等多種接入控制方式完成對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)資源的控制訪問。

3 基于大數(shù)據(jù)分析的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的虛擬仿真智能實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

基于大數(shù)據(jù)分析的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以從數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)管理、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)資源四個(gè)角度出發(fā)，選擇合適的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和適宜的多樣化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，重構(gòu)個(gè)性化計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程。從而實(shí)現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)分析的信息化實(shí)驗(yàn)過程管理，并通過線上線下相結(jié)合的方式最終實(shí)現(xiàn)可定制、智能化、精準(zhǔn)化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式，該教學(xué)模式實(shí)踐關(guān)鍵點(diǎn)在于：

1）確定虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)：結(jié)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)目的、教學(xué)對(duì)象構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通常包括：虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備庫、物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備庫、基于云端的軟件共享虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、基于客戶端的儀器共享虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、基于虛實(shí)結(jié)合的遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

2）選擇適宜的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源：結(jié)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)目的、教學(xué)對(duì)象，組織適宜的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，教學(xué)資源庫通常包括：基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫、精品在線計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程庫、示范性虛擬仿真計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目庫、教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目庫等。

3）重構(gòu)個(gè)性化計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程：通過確定虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源庫，針對(duì)教學(xué)對(duì)象的特點(diǎn)，個(gè)性化制定計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法、教學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)實(shí)驗(yàn)考核方式。

4）開展信息化、智能化的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)過程包括實(shí)驗(yàn)前智能學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)過程智能指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)智能分析、實(shí)驗(yàn)結(jié)果智能批閱、實(shí)驗(yàn)評(píng)測點(diǎn)智能調(diào)整等。

4 總結(jié)

總之，在當(dāng)前各高校加速教學(xué)信息化智能化的政策導(dǎo)向下，如何快速、高效的充分利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理、分析技術(shù)采集、分析教學(xué)數(shù)據(jù)，并對(duì)最終的教學(xué)做出準(zhǔn)確的決策，是極其重要的研究內(nèi)容。本文就當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)目前存在的現(xiàn)狀及原因做出來分析，引入大數(shù)據(jù)采集、分析、決策技術(shù)對(duì)現(xiàn)有教學(xué)模式進(jìn)行了改革研究和探索，并提出了針對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)智能分析平臺(tái)框架設(shè)計(jì)方案?；诖髷?shù)據(jù)分析的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法其有助于調(diào)動(dòng)學(xué)生的趣味性和積極性，同時(shí)可以提升教學(xué)的靈活性與針對(duì)性，達(dá)到更好的教學(xué)效果。

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作者簡介：

王勇（1980—），男，湖北武漢人，碩士，講師，研究方向：云計(jì)算、大數(shù)據(jù)。

張婷（1981—），女，湖北武漢人，碩士，講師，研究方向：軟件工程。