基于“兩對應(yīng)+兩結(jié)合”的高職課程虛擬仿真資源設(shè)計與實踐研究

陳小中

摘? ?要：傳統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建課程教學(xué)難以有效提高學(xué)生的園區(qū)網(wǎng)構(gòu)建能力，文章以“園區(qū)網(wǎng)構(gòu)建”項目任務(wù)為載體，基于虛擬仿真教學(xué)資源開發(fā)，研究“兩對應(yīng)+兩結(jié)合”的專業(yè)實踐課程教學(xué)方法，可強化學(xué)生計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)認知、提升網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與運維技能。

關(guān)鍵詞：兩對應(yīng);兩結(jié)合;虛擬仿真;網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建;項目化設(shè)計;資源開發(fā)

隨著信息技術(shù)高速發(fā)展以及國家“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃的實施[1]，計算機網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建課程逐漸成為相關(guān)工科專業(yè)人才培養(yǎng)方案中的必修課程。常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院是全國內(nèi)部質(zhì)量保障體系建設(shè)與實施項目試點院校，成功建設(shè)了一批項目化課程資源庫。教學(xué)團隊提出了虛擬仿真資源，實時與模擬結(jié)合以及訓(xùn)練與考核結(jié)合的“兩對應(yīng)+兩結(jié)合”課程教學(xué)方法，開發(fā)虛擬仿真教學(xué)資源。實踐表明，虛擬仿真資源在提升學(xué)生網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建核心技能方面成效顯著。

1? ? 計算機網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建特性

相比其他計算機類專業(yè)課程，計算機網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建具有以下幾點特性。

1.1? 知識內(nèi)容繁雜

該課程涉及大量通信和計算機領(lǐng)域概念、模型和術(shù)語，主要包含網(wǎng)絡(luò)模型、協(xié)議層次、物理鏈路、交換技術(shù)、路由技術(shù)、IP地址、應(yīng)用協(xié)議、路由協(xié)議、外網(wǎng)接入、服務(wù)器應(yīng)用等知識單元。其中，交換技術(shù)、路由協(xié)議概念與原理以及服務(wù)器系統(tǒng)的部署與管理，是本課程的重點和難點內(nèi)容。

1.2? 課程集成性強

計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)目標是架設(shè)基于IP協(xié)議的數(shù)據(jù)交換路由信息平臺及部署和管理典型應(yīng)用服務(wù)，是大量軟硬件資源有機集成的綜合體。構(gòu)建過程要綜合運用專業(yè)技術(shù)，掌握和理解各環(huán)節(jié)間關(guān)聯(lián)，才能實現(xiàn)所構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的高效性和可靠性。

1.3? 實踐操作性強

該課程中網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、物理連接、設(shè)備調(diào)試、服務(wù)架設(shè)等知識和技能的訓(xùn)練，都需以實踐操作方式進行。為確保學(xué)生對全局網(wǎng)絡(luò)的操控性，最理想的方式是為每個學(xué)生提供人手一套網(wǎng)絡(luò)實訓(xùn)教學(xué)平臺。

國內(nèi)眾多高校開設(shè)了“計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)”“網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)”和“服務(wù)器配置”等相關(guān)課程，并配套建立了相關(guān)精品課程資源[2]。然而，國內(nèi)外現(xiàn)有研究中，教學(xué)資源主要以單一或少量知識點的驗證性實驗為主要載體，基于項目化理念有機集成眾多知識點于一體的綜合典型項目課程資源還非常缺乏。

2? ? 課程虛擬仿真資源設(shè)計思路

本著提升學(xué)生網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建能力、以項目導(dǎo)向和任務(wù)驅(qū)動的設(shè)計思路，充分利用思科網(wǎng)絡(luò)學(xué)院Packet Tracer仿真軟件功能優(yōu)勢，重點關(guān)注園區(qū)網(wǎng)建設(shè)過程中的整個建設(shè)和運維環(huán)節(jié)。針對技能訓(xùn)練目標，采用虛擬仿真技術(shù)進行項目設(shè)計和資源重構(gòu)，建設(shè)一套交互性好的項目化教學(xué)資源庫，重點解決以下3點問題。

2.1? 基礎(chǔ)設(shè)施和邏輯拓撲對應(yīng)

基礎(chǔ)設(shè)施和邏輯拓撲對應(yīng)是計算機網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中的重要內(nèi)容。目前，單一網(wǎng)絡(luò)實驗和綜合網(wǎng)絡(luò)實訓(xùn)大都以邏輯拓撲方式進行，無法有效體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)設(shè)施間的對應(yīng)關(guān)系。學(xué)生難以體會到網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中園區(qū)、樓宇、設(shè)備間、鏈路的物理設(shè)施層次關(guān)系。

2.2? 實時網(wǎng)絡(luò)與協(xié)議模擬結(jié)合

數(shù)據(jù)包傳輸過程和封裝結(jié)構(gòu)對學(xué)生理解數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、交換路由協(xié)議、故障診斷有著極重要的意義。采用sniffer等工具軟件抓包已成為網(wǎng)絡(luò)實際建設(shè)中數(shù)據(jù)包分析的主流方式，需較深的專業(yè)基礎(chǔ)知識，初學(xué)者難度較大?，F(xiàn)有虛擬仿真平臺如HCL，GNS等，雖能支持數(shù)據(jù)包的分析，但需要耗費較多的PC硬件計算資源，且對于數(shù)據(jù)傳輸過程中可視化展示的支持不夠理想。

2.3? 網(wǎng)絡(luò)集成實訓(xùn)條件保障

計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括大量軟硬件子系統(tǒng)，為學(xué)生提供一套完整的網(wǎng)絡(luò)硬件實訓(xùn)環(huán)境顯然存在很大難度?；谔摂M仿真平臺開發(fā)實訓(xùn)資源，師生可根據(jù)典型需求實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與應(yīng)用系統(tǒng)的便捷創(chuàng)建和配置修改，有效彌補真實訓(xùn)練中設(shè)備不足和管理困難等缺陷。

3? ? 課程內(nèi)容甄選與項目資源設(shè)計

計算機網(wǎng)絡(luò)教研團隊通過企業(yè)、行業(yè)走訪和網(wǎng)絡(luò)調(diào)研方式，總結(jié)和歸納目標崗位所需知識和能力要求，甄選和整合傳統(tǒng)知識和技能點，保留交換、路由、服務(wù)應(yīng)用等核心內(nèi)容，刪節(jié)綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)、幀中繼等過時技術(shù)，增加無線、以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)等主流技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)環(huán)節(jié)等。整合優(yōu)化該課程教學(xué)內(nèi)容，設(shè)置基礎(chǔ)建設(shè)、二層網(wǎng)絡(luò)、三層網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等內(nèi)容，具體如表1所示。

以“園區(qū)網(wǎng)構(gòu)建”項目為例，依據(jù)典型工程化流程，將整個項目分解為物理基礎(chǔ)建設(shè)和邏輯網(wǎng)絡(luò)部署兩個子項目，并按照項目建設(shè)流程，詳細設(shè)置各子項目中任務(wù)，并規(guī)劃核心能力目標，開發(fā)配套實踐教學(xué)項目資源，包含訓(xùn)練資源及其對應(yīng)測試資源，具體如表2所示。

4? ? 虛擬仿真資源應(yīng)用

4.1? 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是園區(qū)網(wǎng)構(gòu)建的基礎(chǔ)，園區(qū)網(wǎng)絡(luò)拓撲如圖1（a）所示，依據(jù)邏輯視圖下預(yù)先設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，在物理視圖下依次創(chuàng)建園區(qū)樓宇結(jié)構(gòu)分布、樓宇內(nèi)部設(shè)備間，具體如圖1（b）所示。通過“設(shè)備移動”方式，將交換機、服務(wù)器、PC等設(shè)備“搬運”至對應(yīng)樓宇的設(shè)備間，并支持線纜的自動連接。該項資源設(shè)計能顯著增強學(xué)生對物理網(wǎng)絡(luò)布局的直觀感受，進一步了解園區(qū)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中樓宇和設(shè)備部署物理分布，加深對綜合布線和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的認知和理解。

4.2? 數(shù)據(jù)包通信分析

利用虛擬軟件平臺中特有仿真功能特性，幫助學(xué)生分析網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸中協(xié)議類型和數(shù)據(jù)通信過程至關(guān)重要。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連通性測試中，學(xué)生只能通過ping命令包中的反饋信息分析通信結(jié)果，其傳輸過程抽象不直觀，加大初學(xué)者對于網(wǎng)絡(luò)原理理解的難度。

（a）園區(qū)網(wǎng)絡(luò)拓撲

（b）園區(qū)樓宇結(jié)構(gòu)

采用仿真資源對特定應(yīng)用協(xié)議編輯和過濾，可幫助學(xué)生分析網(wǎng)絡(luò)連通性和判斷故障點的關(guān)鍵位置，數(shù)據(jù)包傳輸分析如圖2（a）所示。直觀可視化的數(shù)據(jù)包開放式系統(tǒng)互聯(lián)（Open System Interconnection，OSI）封裝模型和編址信息，數(shù)據(jù)包OSI模型結(jié)構(gòu)如圖2（b）所示，有效展示數(shù)據(jù)協(xié)議單元PDU中核心信息及重要參數(shù)，數(shù)據(jù)單元封裝格式如圖2（c）所示。仿真模式下數(shù)據(jù)包的通信過程與原理分析，能有效彌補邏輯網(wǎng)絡(luò)學(xué)習中可視化的不足。建立直觀的實踐教學(xué)輔助資源，有助于對OSI模型和數(shù)據(jù)通信等抽象過程理解和分析的強化，更重要的是幫助分析ICMP，DNS，DHCP，WWW等典型協(xié)議包抓取以及故障診斷定位。

4.3? 項目任務(wù)評估與分析

在開發(fā)項目訓(xùn)練資源的同時，開發(fā)配套測試資源，有利于提升學(xué)生課程學(xué)習效果。在項目測試資源中，可以將項目任務(wù)要求和項目邏輯資源有機結(jié)合，設(shè)置項目任務(wù)完成的步驟和時間要求，并自動進行實時評分，即完成項目的百分比。在檢查功能項方面，可以設(shè)置兩種功能：（1）開發(fā)檢查項，讓學(xué)生自行查看各個任務(wù)完成的情況并排查錯誤。（2）屏蔽檢查項，要求高于前者，學(xué)生在無法查看檢查項的基礎(chǔ)上，自行排查未完成的、錯誤的任務(wù)，適用于課程綜合考核與故障排查訓(xùn)練。

4.4? 資源應(yīng)用效果分析

項目組將所開發(fā)資源植入網(wǎng)絡(luò)課程的階段性學(xué)習，分別在常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院4個班級中試點應(yīng)用。結(jié)果表明，所有測試學(xué)生對于園區(qū)網(wǎng)中物理網(wǎng)絡(luò)、通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)以及全網(wǎng)架構(gòu)的實踐能力，相比傳統(tǒng)理實一體化的效果有明顯提升，綜合考試成績顯著提高。此外，采用個性化參數(shù)設(shè)置，提升學(xué)習主動性和自覺性。通過學(xué)生個人匯報和展示，有效減少學(xué)生實踐學(xué)習中缺乏思考和抄襲作業(yè)的發(fā)生。

5? ? 結(jié)語

基于“兩對應(yīng)+兩結(jié)合”的高職課程虛擬仿真資源設(shè)計與實踐研究，為授課教師設(shè)計“集成網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境”，提供可行教學(xué)方法和有效實踐教學(xué)資源?；谔摂M仿真技術(shù)開發(fā)課程實踐資源是對物理實驗環(huán)境的有效補充，挖掘虛擬仿真平臺功能，需專業(yè)教學(xué)團隊不斷改革嘗試。

[參考文獻]

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[2]曹毅，蔣麗華，楊莉.校企合作在精品課程建設(shè)中的應(yīng)用與實踐[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2007（16）：23-24.

Abstract：The teaching of traditional computer network construction course is difficult to improve students ability to construct campus network effectively. This paper is based on the project task of “campus network construction” and based on the development of virtual simulation teaching resources. The research on the teaching method of the professional practice course can strengthen the students cognition of the computer network system and improve the skills of network construction and operation and maintenance.

Key words：two correspondence; two combination; virtual simulation; network construction; project design; resource development