開放教育計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理虛擬仿真教學(xué)實訓(xùn)平臺的構(gòu)建

摘 要 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理是開放教育中的重要課程之一，新工科背景下計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)需采用新的教學(xué)方法、手段，以培養(yǎng)適應(yīng)時代的發(fā)展和社會需要的人才。虛擬仿真教學(xué)實訓(xùn)平臺是新型的教學(xué)方式，可幫助學(xué)生更好地掌握計算機(jī)相關(guān)的知識與技能，提升課堂教學(xué)效果。文章基于開放教育計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理課程內(nèi)容，分析虛擬仿真教學(xué)實訓(xùn)平臺構(gòu)建的重要意義以及構(gòu)建策略，以期為開放教育計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理課程教學(xué)改革提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞 開放教育；計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理；虛擬仿真教學(xué)實訓(xùn)平臺

中圖分類號：G728 " """"""""""""""""""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A """ DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.24.018

Construction of Virtual Simulation Teaching and Training Platform for

Open Education Computer Network Principles

Abstract Computer Network Principles is one of the important courses in open education. Under the background of new engineering disciplines， computer network teaching needs to adopt new teaching methods and means to adapt to the development of the times and the needs of students. The virtual simulation teaching and training platform is a new teaching method that can help students better master computer related knowledge and skills， and improve classroom teaching effectiveness. The article is based on an overview of the Computer Network Principles course， analyzing the significance and construction strategies of building a virtual simulation teaching and training platform， in order to provide reference for the teaching reform of the Computer Network Principles course in open education.

Keywords open education; computer network principle; virtual simulation teaching and training platform

當(dāng)前，遠(yuǎn)程教育在現(xiàn)代教育中所占的比重越來越大，重要性不言而喻，現(xiàn)已逐漸成為多數(shù)學(xué)習(xí)者獲得知識的重要途徑之一。它能幫助學(xué)生擺脫時間和地域的限制，為其自主學(xué)習(xí)提供了便利。這些優(yōu)勢有效彌補了開放教育中工學(xué)矛盾突出、時空分離以及學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)參差不齊的短板?；谛畔⒓夹g(shù)的虛擬仿真技術(shù)能解決傳統(tǒng)開放教育計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理課程實訓(xùn)教學(xué)中受時空、時間等制約而影響學(xué)生實踐操作的難題。同時，隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)代社會中的廣泛應(yīng)用，比如互聯(lián)網(wǎng)、電子郵件、在線購物、在線支付、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能交通系統(tǒng)等，互聯(lián)網(wǎng)作為全球信息化的基礎(chǔ)設(shè)施，已深刻改變?nèi)藗兊纳?、工作和學(xué)習(xí)。而計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理在培養(yǎng)專業(yè)人才方面有著意義重大。本文以開放教育中的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理課程為例，探索虛擬仿真教學(xué)實訓(xùn)平臺的構(gòu)建。

1" 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理課程概述

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理課程涉及通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)安全、無線與移動網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域，旨在為學(xué)生提供全面的網(wǎng)絡(luò)知識與技能，幫助他們理解并應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。該課程具有理論性強(qiáng)，具有知識新、內(nèi)容全、實用性強(qiáng)、操作性好等特征。課程內(nèi)容包括：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、局域網(wǎng)及組網(wǎng)技術(shù)、廣域網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備、TCP/IP各層的具體協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)等內(nèi)容。尤其對目前應(yīng)用非常普及的TCP/IP協(xié)議有詳細(xì)的講解，包括常用協(xié)議IP、ARP、ICMP、TCP、UDP、DNS、SMTP、SNMP的具體格式、特點和應(yīng)用實例等。此外，還涉及網(wǎng)絡(luò)安全的基本概念與防護(hù)措施、無線與移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以及網(wǎng)絡(luò)管理與優(yōu)化方法。

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理作為計算機(jī)系電子商務(wù)、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、信息管理與信息系統(tǒng)等專業(yè)的一門專業(yè)必修課，其在專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)方面發(fā)揮重要作用。通過理論知識的學(xué)習(xí)和實踐技能的訓(xùn)練，使學(xué)生了解計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的前沿技術(shù)，深入理解計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信原理、體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議，掌握組建局域網(wǎng)和接入因特網(wǎng)等技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生初步具備局域網(wǎng)組網(wǎng)及網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)建立與開發(fā)等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與構(gòu)建方面的能力。

2" 虛擬仿真教學(xué)實訓(xùn)平臺構(gòu)建的意義

虛擬仿真教學(xué)實訓(xùn)平臺的構(gòu)建能為教師提供豐富的教學(xué)資源，并作為教學(xué)輔助工具，能有效提高教學(xué)質(zhì)量。教師應(yīng)該積極探索、推廣虛擬仿真教學(xué)實訓(xùn)平臺在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理教學(xué)的應(yīng)用，以此培養(yǎng)出更多具備高素質(zhì)、創(chuàng)新能力的計算機(jī)人才。首先，傳統(tǒng)教學(xué)方式中，學(xué)生往往只能利用抽象的文字、圖片來理解網(wǎng)絡(luò)原理，難以達(dá)到理想的教學(xué)效果。而虛擬仿真教學(xué)實訓(xùn)平臺則能模擬真實的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，使學(xué)生能直觀地看到數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的流動過程，了解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、數(shù)據(jù)包傳輸?shù)仍?、技術(shù)。此類直觀的展示方式，能夠幫助學(xué)生更好地理解此類抽象的概念，提高其學(xué)習(xí)效果。其次，在虛擬仿真平臺上，學(xué)生親自操作網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置、調(diào)試。這有助于其將理論知識與實踐操作相結(jié)合，增強(qiáng)其實踐能力，培養(yǎng)其動手能力、解決問題的能力，為未來的工作、學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。利用虛擬仿真教學(xué)實訓(xùn)平臺使得學(xué)生在模擬的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實踐操作，了解、掌握網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置、管理，以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的調(diào)試、優(yōu)化。

3" 虛擬仿真教學(xué)實訓(xùn)平臺構(gòu)建策略

3.1" 建設(shè)虛擬仿真軟件

建設(shè)虛擬仿真軟件是構(gòu)建虛擬仿真教學(xué)實訓(xùn)平臺不可或缺的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，在選擇、建設(shè)虛擬仿真軟件時，平臺建設(shè)者須深思熟慮，確保軟件能精準(zhǔn)滿足學(xué)生、教師的需求。首先，平臺建設(shè)者需要深入了解學(xué)生對知識點的掌握程度、實踐操作能力的現(xiàn)狀以及學(xué)習(xí)風(fēng)格的偏好，對學(xué)生學(xué)習(xí)需求進(jìn)行細(xì)致分析，確定虛擬仿真軟件應(yīng)具備哪些功能、特點，以便為學(xué)生提供生動、形象、直觀的教學(xué)體驗。舉例說明：軟件可借助三維動畫、音效等多媒體技術(shù)將抽象的概念、原理具象化，幫助學(xué)生更好地理解、記憶。其次，平臺建設(shè)者還要關(guān)注教師的教學(xué)需求，教師作為教學(xué)主導(dǎo)者，對虛擬仿真軟件的要求往往更加專業(yè)、具體，其希望軟件能支持多種教學(xué)模式、教學(xué)方法，能便捷地組織、管理教學(xué)資源，實時跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度、反饋情況。再次，高度仿真性意味著軟件能模擬真實環(huán)境，使學(xué)生在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實踐操作中增強(qiáng)體驗感，這種體驗有助于學(xué)生更好地理解知識，掌握技能；而交互性則是指軟件能夠與學(xué)生進(jìn)行實時的互動、反饋，使學(xué)生在操作過程中得到及時的指導(dǎo)、幫助，此類互動、反饋能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、積極性，提高學(xué)習(xí)效果。

3.2" 構(gòu)建虛擬仿真實驗環(huán)境

構(gòu)建虛擬仿真實驗環(huán)境是提升教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵所在，其能夠為學(xué)生提供真實的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，幫助其更好地理解、掌握計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理。首先，平臺建設(shè)者需要仿真模擬路由器、交換機(jī)、服務(wù)器等各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及操作系統(tǒng)的模擬，如Linux、Windows等。平臺建設(shè)者模擬此類設(shè)備、操作系統(tǒng)為學(xué)生提供高度仿真的實驗環(huán)境，使其在實際操作中學(xué)習(xí)、掌握相關(guān)知識、技能。與此同時，平臺建設(shè)者還需要確保實驗環(huán)境的真實性、可用性，這意味著平臺建設(shè)者需要模擬真實的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、操作系統(tǒng)的各種特性，使學(xué)生能夠在虛擬環(huán)境中進(jìn)行故障處理、配置管理，加深對知識的理解、掌握。其次，在實驗任務(wù)的設(shè)計過程中，平臺建設(shè)者應(yīng)充分考慮學(xué)生的實際情況、需求，為其提供具有挑戰(zhàn)性、實用性的實驗任務(wù)。此類任務(wù)應(yīng)該涵蓋計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、路由交換、網(wǎng)絡(luò)安全等核心知識點，學(xué)生完成此類實驗任務(wù)在實踐中學(xué)習(xí)、掌握相關(guān)知識、技能，提高其實踐能力、解決問題的能力。最后，平臺建設(shè)者還可以引入VR（虛擬現(xiàn)實）、AR（增強(qiáng)現(xiàn)實）技術(shù)等先進(jìn)的虛擬仿真技術(shù)，為學(xué)生提供更加真實、生動的實驗環(huán)境，使其在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實踐操作，更好地理解、掌握相關(guān)知識、技能。

3.3" 構(gòu)建教學(xué)資源庫

構(gòu)建教學(xué)資源庫旨在為學(xué)生提供多元化、系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)資源，滿足不同學(xué)習(xí)風(fēng)格、需求、層次的學(xué)生，幫助其更加深入地理解、掌握計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理。①教學(xué)資源庫的構(gòu)建應(yīng)當(dāng)全面而細(xì)致，囊括了教學(xué)課件、教學(xué)視頻、實驗指導(dǎo)書等多種形式的教學(xué)資源。教學(xué)課件作為教師傳授知識的重要載體，應(yīng)包含豐富的內(nèi)容、清晰的邏輯、生動的案例，幫助學(xué)生快速理解并掌握核心知識點；教學(xué)視頻則能夠直觀地展示實驗操作、原理，為學(xué)生提供更為直觀的學(xué)習(xí)體驗；實驗指導(dǎo)書則能夠詳細(xì)指導(dǎo)學(xué)生完成實驗任務(wù)，培養(yǎng)其實踐能力、解決問題的能力。②此類教學(xué)資源應(yīng)具有系統(tǒng)性、完整性，能夠全面覆蓋計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理的知識點、實踐技能。從基礎(chǔ)知識到高級應(yīng)用，從理論到實踐，教學(xué)資源庫應(yīng)形成完整的體系，幫助學(xué)生逐步深化對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理的認(rèn)識、理解。與此同時，資源之間也應(yīng)相互關(guān)聯(lián)、相互補充，形成有機(jī)的整體，方便學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)。③隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，新的理論、技術(shù)、應(yīng)用不斷涌現(xiàn)。為此，教學(xué)資源庫需要定期更新，及時引入最新的教學(xué)資源，以滿足學(xué)生對新知識的學(xué)習(xí)需求。同時還需要對已有資源進(jìn)行優(yōu)化、完善，提高資源的質(zhì)量、可用性。④在構(gòu)建教學(xué)資源庫的過程中搭建在線平臺或提供下載服務(wù)使更多的學(xué)生、教師能夠方便地獲取、使用此類教學(xué)資源，在提升教學(xué)效果、學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗的基礎(chǔ)上，還能夠促進(jìn)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理知識的傳播、應(yīng)用。

3.4" 加強(qiáng)師生互動

加強(qiáng)師生互動，對于提升教學(xué)質(zhì)量、促進(jìn)學(xué)生的積極參與具有至關(guān)重要的作用。尤其在虛擬仿真教學(xué)實訓(xùn)平臺中，師生互動的重要性更為凸顯，此類互動不僅能夠深化學(xué)生對知識的理解，還能激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣、探索欲望，進(jìn)一步提升教學(xué)效果。首先，在虛擬仿真教學(xué)實訓(xùn)平臺中，教師應(yīng)扮演好引導(dǎo)者、解惑者的角色，需要密切關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)動態(tài)，更加準(zhǔn)確地把握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，調(diào)整教學(xué)策略，以更好地滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。其次，在虛擬仿真環(huán)境中，學(xué)生可以進(jìn)行各種實驗、操作，以加深對理論知識的理解，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的實際情況，制定合適的實踐任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究、發(fā)現(xiàn)。具體而言，在操作過程中，教師應(yīng)關(guān)注學(xué)生的操作過程，及時糾正錯誤，幫助學(xué)生掌握正確的操作方法；學(xué)生也應(yīng)積極參與虛擬仿真實驗，并主動反饋實驗結(jié)果、問題，更加直觀地了解實驗過程、原理，增強(qiáng)對知識的理解、掌握。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生還可以將實驗中遇到的問題、困惑及時反饋給教師，以便得到及時的指導(dǎo)、幫助。再次，在師生互動的過程中，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生發(fā)表自己的觀點、看法，與其進(jìn)行深入的討論、交流，幫助學(xué)生深化對知識的理解，培養(yǎng)其思維能力、表達(dá)能力，形成良好的學(xué)習(xí)氛圍，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、積極性。

3.5" 強(qiáng)化實踐教學(xué)

首先，虛擬仿真實驗為學(xué)生提供了高度仿真的實踐環(huán)境，學(xué)生可以進(jìn)行各種實驗操作，不僅避免現(xiàn)實中可能存在的安全風(fēng)險，而且可以使學(xué)生更加自由地探索、嘗試，使學(xué)生可以更深入地理解理論知識，掌握實驗技能，并培養(yǎng)解決實際問題的能力。其次，項目實踐是虛擬仿真教學(xué)實訓(xùn)平臺中的另一重要實踐教學(xué)形式。學(xué)生參與實際項目期間，在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行實踐操作、團(tuán)隊協(xié)作，解決真實的問題，幫助學(xué)生鞏固所學(xué)知識的同時，還能夠培養(yǎng)其創(chuàng)新思維、解決問題的能力。與此同時，項目實踐還能夠增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力、溝通能力，為其未來的職業(yè)生涯打下堅實的基礎(chǔ)。再次，定期的虛擬仿真實驗、項目實踐活動的組織也是實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的重要一環(huán)，可以確保學(xué)生有足夠的機(jī)會進(jìn)行實踐操作、鍛煉，不斷地積累經(jīng)驗，提升技能，增強(qiáng)自信。在此基礎(chǔ)上，教師也可以根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)、反饋，不斷優(yōu)化實驗、項目設(shè)計，提高實踐教學(xué)質(zhì)量。最后，教師在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，需要作好課前準(zhǔn)備、課后總結(jié)工作，確保實驗、項目能夠順利進(jìn)行并取得預(yù)期效果。課前準(zhǔn)備涉及設(shè)計合理的實驗、項目內(nèi)容，準(zhǔn)備必要的設(shè)備、材料以及確保虛擬仿真環(huán)境的穩(wěn)定性、安全性；課后總結(jié)則涉及對實驗結(jié)果、項目成果的分析、評價，以及對學(xué)生表現(xiàn)的反饋、指導(dǎo)。

4" 結(jié)語

總之，開放教育需要不斷探索新的教學(xué)方法、手段，以適應(yīng)時代的發(fā)展和學(xué)生的需求。虛擬仿真教學(xué)實訓(xùn)平臺作為一種新型的教學(xué)方式，它能通過結(jié)合先進(jìn)的技術(shù)，如數(shù)值仿真、計算機(jī)輔助工程仿真算法技術(shù)、虛擬現(xiàn)實（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實（AR）等，為學(xué)生提供了一個高度互動、沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境，這種環(huán)境安全、高效，且能根據(jù)每個學(xué)生的學(xué)習(xí)特點和進(jìn)度，提供個性化的學(xué)習(xí)路徑和實訓(xùn)任務(wù)，滿足不同層次和類型的學(xué)習(xí)需求，實現(xiàn)因材施教。構(gòu)建完善的虛擬仿真教學(xué)實訓(xùn)平臺，能為開放教育的發(fā)展提供有力支持。

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