虛擬仿真技術(shù)在技工院校計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)應(yīng)用研究

摘 ?要：本文分析了技工院校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的現(xiàn)狀以及存在的問題，引出了建設(shè)基于虛擬仿真技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)室的重要性，文章中先介紹了虛擬仿真技術(shù)，再講述了其在計(jì)算機(jī)教學(xué)中的優(yōu)勢所在。并以Cisco Packet Trace為例，探討了如何運(yùn)用該虛擬仿真軟件進(jìn)行小型局域網(wǎng)的組網(wǎng)和測試工作，并證明了虛擬仿真技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的可行性。同時也點(diǎn)出了運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)現(xiàn)行存在的問題分析，并嘗試給出了解決的辦法。最后，由點(diǎn)及面進(jìn)行了總結(jié)，指出了我們既要認(rèn)識到虛擬仿真技術(shù)給計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)帶來的創(chuàng)新，同時又要了解到其為我們帶來的挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù);計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò);技工院校;計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)

中圖分類號：TP391.9;G718.1 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)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(jīng)濟(jì)的發(fā)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(shù)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(biāo)和要求。技工教育的重要特點(diǎn)是實(shí)訓(xùn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力。但就目前而言，由于各種原因，導(dǎo)致技工院校的實(shí)訓(xùn)教學(xué)受到資金、場地、專業(yè)等制約問題嚴(yán)重，因而無法真正達(dá)到學(xué)生實(shí)訓(xùn)教學(xué)的要求，因此，將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到技工教育實(shí)訓(xùn)教學(xué)當(dāng)中，具有重要的實(shí)際意義。本文以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)為例進(jìn)行探討分析。

1 ?技工院校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 ?計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)仍局限于純理論當(dāng)中

目前一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的技工院校，因?yàn)樵O(shè)備和場地等因素的制約，計(jì)算機(jī)類課程仍處在純理論階段，尤其是對計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)室設(shè)置需求較高的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程，在這類學(xué)校中更加難以開展，加上課程內(nèi)容過于抽象，導(dǎo)致學(xué)生無法理解相關(guān)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(jì)算機(jī)專業(yè)知識學(xué)習(xí)的信心。

1.2 ?計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)受資金、設(shè)備和場地的限制問題突出

目前在我國，建設(shè)一個高水平的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)室，至少需要投入200萬資金，而且建成的實(shí)訓(xùn)室僅夠提供給50-60人同時使用。費(fèi)用的昂貴令不少技工院校望而卻步。投入大，回報小，使得學(xué)校的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)類課程難以實(shí)施。

1.3 ?計(jì)算機(jī)實(shí)操課課堂課后脫節(jié)

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)室因受硬件等設(shè)備和課程安排的制約，許多教學(xué)大綱內(nèi)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容無法進(jìn)行，另外，在傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)模式下，大部分學(xué)生只能在實(shí)訓(xùn)課上利用實(shí)訓(xùn)室的設(shè)備進(jìn)行操作，課后卻無法很好地進(jìn)行練習(xí)鞏固，學(xué)過的知識很快就忘記的現(xiàn)象屢屢存在。因而導(dǎo)致了學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)實(shí)操類動手能力較差，無法適應(yīng)社會的需要。

2 ?虛擬仿真技術(shù)概述

2.1 ?什么是虛擬仿真技術(shù)

虛擬仿真技術(shù)又稱為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality），是指由計(jì)算機(jī)生成特定的模擬環(huán)境，并通過專用設(shè)備令用戶仿佛置身于這個環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)用戶和該模擬情境直接進(jìn)行交互的技術(shù)[1]。

2.2 ?虛擬仿真技術(shù)的特征

虛擬仿真技術(shù)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(shù)可以使人很自然地投入到事先設(shè)計(jì)好的模擬情境中，當(dāng)我們身處于這種環(huán)境，身臨其境的感覺使得我們覺得自己就是該環(huán)境的一部分，從而使我們的角色由被動轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃印?/p>

2.2.2 ?交互性

在虛擬仿真環(huán)境中，人與環(huán)境可以相互作用。人類能用自然的行為作用于環(huán)境，同時，環(huán)境會根據(jù)我們的行為作出相應(yīng)的反應(yīng)。

3 ?虛擬仿真技術(shù)在計(jì)算機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用價值

3.1 ?沉浸式的模擬環(huán)境，創(chuàng)新了教學(xué)模式

虛擬仿真技術(shù)所設(shè)計(jì)的虛擬環(huán)境以現(xiàn)實(shí)環(huán)境為基礎(chǔ)，它能模擬出具有真實(shí)沉浸感和良好交互性的學(xué)習(xí)環(huán)境，從而彌補(bǔ)在教學(xué)使用中傳統(tǒng)多媒體技術(shù)在沉浸和交互上的不足[2]。

3.2 ?不受時空限制，改善教學(xué)實(shí)操環(huán)境

技工教育開展實(shí)操教學(xué)最大的困難之一是空間和時間的限制。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，學(xué)生一旦走出實(shí)訓(xùn)室，便無法再進(jìn)行實(shí)操類學(xué)習(xí)，這不利于他們課后對知識的鞏固。而虛擬仿真技術(shù)在教育中應(yīng)用最大的優(yōu)勢就是它打破了地域和時間的限制，為學(xué)生提供一個理想的虛擬實(shí)操環(huán)境[2]。

3.3 ?降低教學(xué)成本，規(guī)避傳統(tǒng)實(shí)操類風(fēng)險

虛擬仿真技術(shù)的核心是計(jì)算機(jī)軟件的輔助，而計(jì)算機(jī)軟件本身所具有的靈活特點(diǎn)，可以使多種計(jì)算機(jī)實(shí)操訓(xùn)練能在同一實(shí)訓(xùn)室中進(jìn)行，同時又不會產(chǎn)生真實(shí)的材料消耗，大大降低了教學(xué)成本。另外，由于虛擬仿真技術(shù)是模擬的真實(shí)工作環(huán)境，可以讓學(xué)生完全投入地進(jìn)行學(xué)習(xí)和模擬操作，這樣便可以免除學(xué)生人身安全顧慮，規(guī)避風(fēng)險。

就目前一般技工院校的情況來說，比較容易實(shí)現(xiàn)的是使用Packet Trace仿真軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)。[1]

4 ?Cisco Packet Trace在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用

4.1 ?Cisco Packet Trace簡介

Packet Trace是思科公司針對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)初學(xué)者開發(fā)的一種虛擬仿真軟件，軟件中提供了設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、配置路由器和交換機(jī)、測試和排除網(wǎng)絡(luò)故障的仿真環(huán)境，是學(xué)生們學(xué)習(xí)組網(wǎng)、進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置和協(xié)議分析不可或缺的輔助工具。

Packet Trace中可以支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，除了可支持比較常見的HTTP、TCP、UDP、DNS、STP等協(xié)議外，還能支持不常使用的協(xié)議，如：ARRP、HDLC、IPv6等。另外，它還能支持各種網(wǎng)絡(luò)仿真設(shè)備，如各種型號的路由器、交換機(jī)、服務(wù)器和電纜等[3]。

4.2 ?Packet Trace在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用

下面，我們運(yùn)用Packet Trace虛擬仿真軟件，進(jìn)行一個小型企業(yè)局域網(wǎng)的組建。

4.2.1 ?需求分析

該企業(yè)內(nèi)部由主要的兩個部門（財(cái)政部和策劃部）和其他部門組成。組建起來的局域網(wǎng)要求至少達(dá)到以下三方面的要求：

（1）實(shí)現(xiàn)資源共享。局域網(wǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)辦公自動化，可共享數(shù)據(jù)庫、打印機(jī)等。

（2）實(shí)現(xiàn)通訊服務(wù)。局域網(wǎng)的用戶能對廣域網(wǎng)進(jìn)行安全訪問，如訪問互聯(lián)網(wǎng)、以及進(jìn)行正常的郵件收發(fā)。

（3）財(cái)務(wù)部的數(shù)據(jù)保密。對于一般企業(yè)而言，財(cái)務(wù)部是比較敏感的部門，因此，所組建的局域網(wǎng)需要對財(cái)務(wù)部進(jìn)行獨(dú)立，另外，財(cái)務(wù)部還需要共享服務(wù)器中的信息，因此，設(shè)計(jì)的局域網(wǎng)要求既可以使財(cái)務(wù)部的人員可以共享局域網(wǎng)內(nèi)服務(wù)器的數(shù)據(jù)資源，又可以控制其他部門甚至外網(wǎng)不能共享財(cái)務(wù)部的數(shù)據(jù)信息。

4.2.2 ?主要技術(shù)分析

由于財(cái)務(wù)部是比較敏感的部門，因此，在局域網(wǎng)中，需要對財(cái)務(wù)部進(jìn)行獨(dú)立，這方面我們可以利用VLAN技術(shù)將其獨(dú)立開來。另外，財(cái)務(wù)部還需要共享服務(wù)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(dǎo)致財(cái)政部的信息泄露。因此，要實(shí)現(xiàn)這個功能，該小型企業(yè)局域網(wǎng)需涉及VLAN技術(shù)、靜動態(tài)路由技術(shù)、單臂路由技術(shù)。

4.2.3 ?設(shè)計(jì)及配置的主要步驟

（1）設(shè)計(jì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將路由器和交換機(jī)的端口狀態(tài)都啟用。

（2）分配好IP地址，并設(shè)置好默認(rèn)網(wǎng)關(guān)。

（3）劃分網(wǎng)段。

（4）選擇路由協(xié)議，配置路由，并為路由器設(shè)置密碼。

4.2.4 ?設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

構(gòu)建局域網(wǎng)所需的設(shè)備有：思科1841型路由器（3臺）;思科2950-24型交換機(jī)（3臺）;思科Server-PT型服務(wù)器（1臺）;思科Printer-PT型打印機(jī)（1臺）;思科PC-PT型電腦（6臺）;直通線及DTE若干。具體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

4.2.5 ?網(wǎng)絡(luò)配置

首先將路由2（R2）設(shè)置為靜態(tài)路由、路由3（R3）設(shè)置為單臂路由、路由6（R6）同樣進(jìn)行靜態(tài)路由設(shè)置，然后將SW3把財(cái)務(wù)部1-16端口劃到VLAN50進(jìn)行隔離。

4.2.6 ?運(yùn)行及調(diào)試

完成配置后，可以對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測試，通過事件列表（如圖2）可以查看設(shè)備及數(shù)據(jù)包的詳細(xì)信息，如果遇到問題，可以即時對配置指令進(jìn)行修改，直至整個網(wǎng)絡(luò)搭建完成。

4.3 ?總結(jié)

在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式當(dāng)中，搭建小型局域網(wǎng)的操作項(xiàng)目是無法完成的，因?yàn)榻M網(wǎng)所需的硬件和軟件要求高，價格昂貴，非一般學(xué)校能負(fù)擔(dān)得起，而且，操作稍有不當(dāng)，便會造成設(shè)備的損壞，總體可操作性不強(qiáng)。

但是，在Packet Trace虛擬仿真環(huán)境中，教師們無須擔(dān)心費(fèi)用及學(xué)生的操作不當(dāng)帶來的損失問題，同時又可以使學(xué)生學(xué)習(xí)到組網(wǎng)的知識并身臨其境地進(jìn)行操作，加深了其對網(wǎng)絡(luò)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(shù)確實(shí)為我們帶來教學(xué)上的便利。但是，在實(shí)施的過程中，仍然存在一些問題，具體表現(xiàn)在以下三方面：

（1）虛擬仿真技術(shù)作為一項(xiàng)新興的技術(shù)引入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)這門課的教學(xué)當(dāng)中，對該門課程的教師是一個挑戰(zhàn)，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(jìn)行培訓(xùn)，讓他們理解并熟悉網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)訓(xùn)室，這樣才能發(fā)揮實(shí)訓(xùn)室給我們帶來的優(yōu)勢。

（2）就目前而言，與虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室相配套的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)教材相對缺乏，教師備課、上課較吃力，老師們?yōu)榱松虾靡还?jié)實(shí)訓(xùn)課，往往需要花費(fèi)大量心血查找適合的資料以便上課使用。所以，當(dāng)仿真實(shí)訓(xùn)室建成后，編寫相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)教材成了首要任務(wù)。

（3）雖然以上所列舉的Packet Trace虛擬仿真實(shí)訓(xùn)在一般的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)室都能實(shí)現(xiàn)，但是，如果要真真切切建設(shè)一個虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室，其所需要的資金是不少的，而且技術(shù)要求較高、建設(shè)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(shè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室的過程中可以遵循兼顧社會服務(wù)、優(yōu)先引入、慎重自建、邊建邊用、建用結(jié)合、開放共享的原則，積極借助社會力量，協(xié)同構(gòu)建仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)境，經(jīng)濟(jì)高效地為學(xué)生、教師提供虛擬仿真技術(shù)服務(wù)[4]。

6 ?結(jié) ?論

雖然虛擬仿真技術(shù)具有建設(shè)周期較長、技術(shù)要求高、建設(shè)資金投入大等特點(diǎn)，但不可否認(rèn)，它確實(shí)為技工院校的教學(xué)帶來新突破，以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)這門課程的教學(xué)為例，虛擬仿真技術(shù)為其帶來了新思路，并且顛覆了傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，使抽象的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論和技術(shù)性知識變得容易理解與掌握，這對學(xué)生綜合應(yīng)用能力的提高以及實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有極大的促進(jìn)作用。因此，在技工院校算機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中引進(jìn)虛擬仿真技術(shù)有重要的意義，同時也是趨勢所在。

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[4] 張彥忠，王世安.以虛擬仿真技術(shù)助推職業(yè)教育信息化發(fā)展——以廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院為例 [J].教育信息技術(shù)，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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、程序設(shè)計(jì)。