虛擬仿真技術(shù)在高職計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

引言

在當(dāng)今數(shù)字化浪潮涵涌澎湃的時(shí)代背景下，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已然成為驅(qū)動(dòng)各行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的核心引擎，持續(xù)催生出海量前沿應(yīng)用與復(fù)雜業(yè)務(wù)場(chǎng)景]。高職計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)作為輸送一線實(shí)操人才的關(guān)鍵搖籃，其實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量直接關(guān)乎行業(yè)的活力與后勁。然而，審視當(dāng)下，教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式以及考核體系等方面的問題頗為嚴(yán)峻2]。虛擬仿真技術(shù)可以整合虛擬現(xiàn)實(shí)、建模渲染、交互傳感等多元技術(shù)手段，能夠突破場(chǎng)地、設(shè)備、時(shí)間的限制，復(fù)刻出高度逼真的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與實(shí)操場(chǎng)景。將虛擬仿真技術(shù)巧妙融入高職計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)踐教學(xué)，有望重塑教學(xué)生態(tài)，為培養(yǎng)高適配度、強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的專業(yè)人才開辟嶄新路徑，有力填補(bǔ)院校與行業(yè)之間的溝壑。

1.虛擬仿真技術(shù)概念界定

虛擬仿真技術(shù)是一種借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合利用虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality，VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（augmented reality，AR）、混合現(xiàn)實(shí)（mixedreality，MR）等多種技術(shù)手段，構(gòu)建出高度逼真的虛擬環(huán)境，模擬真實(shí)世界中的物理系統(tǒng)、自然現(xiàn)象、人類行為或工作流程的數(shù)字化技術(shù)3。虛擬仿真技術(shù)依靠強(qiáng)大的建模、渲染、交互算法，讓使用者仿若置身真實(shí)場(chǎng)景，與之產(chǎn)生自然交互，獲取近似真實(shí)的體驗(yàn)反饋。虛擬仿真技術(shù)有三大核心構(gòu)成要素：一是建模技術(shù)，這一要素是虛擬仿真技術(shù)的基石，借助3D建模軟件，將現(xiàn)實(shí)物體、場(chǎng)景等轉(zhuǎn)化為具有形狀、材質(zhì)與物理屬性的數(shù)字化模型，建數(shù)據(jù)中心時(shí)，連螺絲都能精準(zhǔn)設(shè)定參數(shù)，確保真實(shí)精確；二是渲染技術(shù)，為模型“扮靚”，依靠光影算法，結(jié)合材質(zhì)紋理，模擬光線效果，高端引擎能呈現(xiàn)不同時(shí)段光照，讓虛擬場(chǎng)景逼真；三是交互技術(shù)，通過手柄、手套等設(shè)備連接用戶與虛擬環(huán)境，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作、語音交互，實(shí)現(xiàn)如現(xiàn)實(shí)裝配訓(xùn)練一樣的自然流暢。

2.高職計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)踐教學(xué)存在的問題

2.1教學(xué)內(nèi)容與產(chǎn)業(yè)需求脫節(jié)當(dāng)下計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)行業(yè)正飛速革新，新技術(shù)、新理念層出不窮，如軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）已逐漸普及應(yīng)用。然而，高職課程教學(xué)內(nèi)容更新卻存在明顯滯后性。教材編寫、教案修訂流程煩瑣漫長(zhǎng)，往往幾年才調(diào)整一次，導(dǎo)致學(xué)生所學(xué)知識(shí)停留在幾年前的行業(yè)水準(zhǔn)。根據(jù)中國(guó)職業(yè)技術(shù)教育學(xué)會(huì)調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，職業(yè)院校進(jìn)行數(shù)字化改造的專業(yè)達(dá)到 60% ，專業(yè)適應(yīng)率由 30% 提升到 80% ，數(shù)字職業(yè)對(duì)接率達(dá) 70% ，為服務(wù)、支撐、匹配產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展夯實(shí)了數(shù)字工匠人才培養(yǎng)基礎(chǔ)[4]。但是學(xué)校與企業(yè)交流合作深度不足，缺乏來自一線的實(shí)踐案例融入教學(xué)，使得教學(xué)內(nèi)容偏理論、缺實(shí)操，與真實(shí)崗位任務(wù)關(guān)聯(lián)薄弱，學(xué)生畢業(yè)后發(fā)現(xiàn)校內(nèi)所學(xué)知識(shí)和企業(yè)實(shí)際需求相差甚遠(yuǎn)，還需企業(yè)花費(fèi)大量精力二次培訓(xùn)學(xué)習(xí)[5]。

2.2教學(xué)方式僵化

傳統(tǒng)高職計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)踐教學(xué)多是“教師先講，學(xué)生后做”的固定模式。教師在講臺(tái)上示范操作流程，學(xué)生模仿，這種教學(xué)方式對(duì)學(xué)生來說缺乏主動(dòng)探索空間，抑制學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，實(shí)踐教學(xué)課時(shí)安排緊湊，任務(wù)流程化，留給學(xué)生自主拓展、創(chuàng)新思考的時(shí)間過少。而且，教學(xué)評(píng)價(jià)側(cè)重于結(jié)果，看重實(shí)驗(yàn)報(bào)告、最終配置成果，忽視學(xué)生操作思路、問題解決過程，難以精準(zhǔn)反饋學(xué)生真實(shí)能力。長(zhǎng)此以往，學(xué)生雖完成既定任務(wù)，但未真正內(nèi)化知識(shí)，實(shí)踐教學(xué)對(duì)學(xué)生專業(yè)成長(zhǎng)的助力十分有限。

2.3實(shí)踐教學(xué)考核體系不完善

目前，高職實(shí)踐教學(xué)考核方式較為單一，大多重結(jié)果輕過程。期末考核時(shí)，往往是布置一個(gè)既定網(wǎng)絡(luò)任務(wù)，學(xué)生按要求完成配置即可得高分，至于前期的資料收集、方案設(shè)計(jì)，還有操作中出現(xiàn)問題的解決思路，都不在考察范圍內(nèi)。平時(shí)成績(jī)相對(duì)更注重考勤、實(shí)驗(yàn)報(bào)告書寫工整度，而非學(xué)生真正的動(dòng)手能力與創(chuàng)新的能力。教育部職業(yè)教育與成人教育司負(fù)責(zé)人要求加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)，要求中職、高職?？茖?shí)踐性教學(xué)學(xué)時(shí)原則上不少于總學(xué)時(shí)的 50% ，職業(yè)本科實(shí)踐性教學(xué)學(xué)時(shí)原則上不少于總學(xué)時(shí)的 。這種考核體系下，學(xué)生容易滋生應(yīng)付心理，只追求最后結(jié)果不出錯(cuò)，忽視自身能力提升，這不利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、靈活應(yīng)變的職業(yè)素養(yǎng)，也無法精準(zhǔn)衡量學(xué)生實(shí)踐水平，使教學(xué)改進(jìn)缺乏科學(xué)依據(jù)。

3.虛擬仿真技術(shù)在高職計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)踐教學(xué)中的具體應(yīng)用

3.1虛擬場(chǎng)景構(gòu)建：重塑實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容生態(tài)

借助虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)場(chǎng)景，可以使教學(xué)實(shí)時(shí)對(duì)接產(chǎn)業(yè)前沿，改變教學(xué)內(nèi)容滯后的狀況，并且使學(xué)生所學(xué)契合行業(yè)當(dāng)下需求，畢業(yè)后無須經(jīng)歷漫長(zhǎng)適應(yīng)期就能投身工作[8]。同時(shí)，高度擬真的虛擬職場(chǎng)場(chǎng)景充滿新奇與挑戰(zhàn)，極大激發(fā)了學(xué)生主動(dòng)探索的熱情，讓知識(shí)吸收更高效。

在高職計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)踐教學(xué)中，教師要實(shí)現(xiàn)這一虛擬場(chǎng)景構(gòu)建，一是深化校企合作，積極聯(lián)合企業(yè)工程師，雙方優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，精準(zhǔn)鎖定真實(shí)且具代表性的行業(yè)項(xiàng)目，從中提煉核心教學(xué)要點(diǎn)；二是熟練駕馭虛擬建模工具，無論是塑造網(wǎng)絡(luò)設(shè)備外觀，還是定義復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行邏輯，都要做到精細(xì)入微；三是做好資源整合，把成型的虛擬場(chǎng)景有序歸類到教學(xué)資源庫，并配上清晰指引，方便學(xué)生按需開啟學(xué)習(xí)之旅。

以構(gòu)建“軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）”虛擬場(chǎng)景為例，與京東云的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)師展開合作，選定京東“雙11”期間超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的SDN運(yùn)維項(xiàng)目。教師運(yùn)用3dsMax，精心雕琢每一臺(tái)虛擬服務(wù)器，從機(jī)箱外觀的散熱格柵，到內(nèi)部主板、芯片的精細(xì)布局，都栩栩如生；細(xì)致勾勒交換機(jī)端口的連接狀態(tài)，就連光纖線纜上的標(biāo)識(shí)也清晰可見。同時(shí)，利用NS3仿真插件，模擬海量用戶并發(fā)訪問時(shí)，SDN控制器智能調(diào)控流量走向、動(dòng)態(tài)分配帶寬的復(fù)雜過程。場(chǎng)景搭建完成上架至教學(xué)資源庫后，教師引導(dǎo)學(xué)生開啟實(shí)踐。起始階段，學(xué)生跟隨虛擬助手熟悉設(shè)備位置與基礎(chǔ)功能；隨著實(shí)踐深人，教師引導(dǎo)學(xué)生嘗試自主編寫流表規(guī)則，給促銷區(qū)、客服區(qū)、倉儲(chǔ)物流區(qū)精準(zhǔn)調(diào)配網(wǎng)絡(luò)資源；當(dāng)遇到部分區(qū)域網(wǎng)絡(luò)延遲升等棘手故障時(shí)，讓學(xué)生依據(jù)虛擬監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，排查是鏈路擁塞、設(shè)備過載，還是配置沖突，使學(xué)生沉浸式掌握SDN運(yùn)維全流程。

再以構(gòu)建“零信任”網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)體系虛擬場(chǎng)景為例，聯(lián)合中國(guó)工商銀行的安全專家，以銀行線上理財(cái)業(yè)務(wù)為藍(lán)本。運(yùn)用建模工具，全方位塑造包含理財(cái)App客戶端、多臺(tái)分布式服務(wù)器、多重加密驗(yàn)證網(wǎng)關(guān)的虛擬網(wǎng)絡(luò)。植入花樣繁多的攻擊腳本，從隱蔽的APT攻擊，到暴力破解登錄嘗試，不一而足。學(xué)生登錄后，教師引導(dǎo)學(xué)生迅速進(jìn)入角色，敏銳捕捉異常流量波動(dòng)，溯源追蹤可疑IP；然后，迅速部署零信任架構(gòu)下的多因素身份認(rèn)證、基于屬性的訪問控制、全鏈路加密等防護(hù)手段；過程中實(shí)時(shí)評(píng)估防護(hù)效果，動(dòng)態(tài)調(diào)整策略，讓學(xué)生深度領(lǐng)悟零信任體系在復(fù)雜金融業(yè)務(wù)場(chǎng)景下的精妙運(yùn)用與實(shí)操精髓。通過這些與實(shí)際緊密結(jié)合的虛擬場(chǎng)景構(gòu)建，不僅提升了學(xué)生的實(shí)踐能力，也為同領(lǐng)域教學(xué)提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

3.2交互模式創(chuàng)新：激發(fā)實(shí)踐學(xué)習(xí)內(nèi)生動(dòng)力

首先，交互模式創(chuàng)新為高職計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)踐教學(xué)注入活力，可以扭轉(zhuǎn)學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)的局面，激發(fā)其自主探索欲望，讓知識(shí)不再是生硬灌輸，而是自主挖掘，學(xué)習(xí)效果更扎實(shí)[]。其次，貼合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)操特性，學(xué)生親手操控虛擬設(shè)備、應(yīng)對(duì)故障，實(shí)操能力得以精準(zhǔn)打磨，畢業(yè)后能迅速上手工作。最后，實(shí)時(shí)互動(dòng)可以拉近師生距離，教師精準(zhǔn)把握學(xué)生問題，助力個(gè)性化教學(xué)，營(yíng)造積極活躍的課堂氛圍。

在高職計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)踐教學(xué)中，教師要實(shí)現(xiàn)交互模式創(chuàng)新，必須精心設(shè)計(jì)課前探索任務(wù)，緊扣網(wǎng)絡(luò)技術(shù)熱點(diǎn)與實(shí)際應(yīng)用，以趣味性、開放性問題挑起學(xué)生好奇心。教師還要熟悉各類交互設(shè)備，如手柄、體感捕捉器、智能手套等，知曉其功能與適配場(chǎng)景，為學(xué)生實(shí)操提供順暢引導(dǎo)。此外，教師要優(yōu)化課中輔助答疑策略，用啟發(fā)式提問，引導(dǎo)學(xué)生自主思考、找到解決路徑。

以搭建“云計(jì)算數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維”交互場(chǎng)景為例，教師課前在虛擬仿真平臺(tái)發(fā)布任務(wù)，“一家企業(yè)云服務(wù)商的計(jì)算數(shù)據(jù)中心突發(fā)網(wǎng)絡(luò)延遲異常，部分用戶服務(wù)中斷”，針對(duì)這一問題要求學(xué)生分組擬定初步運(yùn)維方案。問題提出后，立刻激起學(xué)生探索欲望，教師要引導(dǎo)他們查閱資料并討論。課上，學(xué)生通過佩戴智能手套，在虛擬場(chǎng)景里抓取、移動(dòng)虛擬服務(wù)器、交換機(jī)等設(shè)備圖標(biāo)，直觀感受物理插拔網(wǎng)線、更換故障硬件等動(dòng)作；利用手柄靈活調(diào)整網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，如修改虛擬局域網(wǎng)（VLAN）劃分、重置路由策略。過程中，學(xué)生遭遇虛擬防火墻規(guī)則沖突致網(wǎng)絡(luò)不通的難題，教師不急于解答，而是問：“回憶下防火墻訪問控制列表原理，哪些規(guī)則可能有沖突？”引導(dǎo)學(xué)生自查知識(shí)漏洞，梳理排查思路，最終解決問題。學(xué)生全程主導(dǎo)，不僅深化網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維知識(shí)，更鍛煉了解決復(fù)雜問題的能力。

再以教師模擬“電商平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)安全攻防”場(chǎng)景為例，與京東電商安全團(tuán)隊(duì)合作，以京東促銷季遭遇疑似分布式拒絕服務(wù)（DDoS）攻擊、頁面加載緩慢為背景，提前布置任務(wù)，讓學(xué)生思考防御手段。課中，教師要讓學(xué)生手握體感設(shè)備，置身虛擬電商網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流量走向，親手部署WAF（Web應(yīng)用防火墻）規(guī)則、啟動(dòng)流量清洗機(jī)制。當(dāng)新問題出現(xiàn)，如偽裝正常流量的CC攻擊，教師旁敲側(cè)擊啟發(fā)思路，促使學(xué)生不斷嘗試新策略，沉浸式體驗(yàn)攻防博弈，強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)操技能。

3.3智能考核適配：校準(zhǔn)實(shí)踐能力評(píng)價(jià)體系

智能考核適配給高職計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)踐教學(xué)帶來諸多益處，可以打破單一結(jié)果性考核局限，關(guān)注學(xué)習(xí)全過程，能更全面、精準(zhǔn)地洞察學(xué)生真實(shí)能力水平，挖掘潛在優(yōu)勢(shì)與短板。為給教學(xué)優(yōu)化指明方向，依據(jù)量化數(shù)據(jù)，教師可針對(duì)性調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、節(jié)奏，讓課程貼合學(xué)生學(xué)習(xí)需求，尤其契合行業(yè)用人標(biāo)準(zhǔn)，如行業(yè)重視問題解決、規(guī)劃統(tǒng)籌等過程能力。這種考核模式可助力學(xué)生提前適應(yīng)職場(chǎng)，增強(qiáng)就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

在高職計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)踐教學(xué)中，教師為落實(shí)智能考核適配，要深度研習(xí)虛擬仿真平臺(tái)的數(shù)據(jù)記錄功能，明確各項(xiàng)參數(shù)對(duì)應(yīng)的操作表現(xiàn)，精準(zhǔn)提取關(guān)鍵考核數(shù)據(jù)。依據(jù)課程目標(biāo)與技能要求，細(xì)分量化考核指標(biāo)，如將網(wǎng)絡(luò)搭建分為架構(gòu)合理性、設(shè)備選型科學(xué)性等子指標(biāo)。定期復(fù)盤考核數(shù)據(jù)，總結(jié)學(xué)生共性問題與個(gè)體差異，為后續(xù)教學(xué)調(diào)整、個(gè)性化輔導(dǎo)做準(zhǔn)備。

例如，在“互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)園區(qū)網(wǎng)搭建與運(yùn)維”考核場(chǎng)景里，虛擬仿真平臺(tái)可以全程追蹤學(xué)生操作。從前期規(guī)劃開始，教師讓學(xué)生設(shè)計(jì)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，涵蓋辦公區(qū)、研發(fā)區(qū)、服務(wù)器區(qū)等不同子網(wǎng)。平臺(tái)記錄子網(wǎng)劃分是否合理、IP地址分配有無疏漏，以此評(píng)估規(guī)劃能力。配置設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)學(xué)生為路由器、交換機(jī)添加訪問控制列表、VLAN劃分的操作熟練度，每一次指令輸入、參數(shù)修改都有跡可循。若模擬運(yùn)行中突發(fā)網(wǎng)絡(luò)故障，如部分區(qū)域無法訪問外網(wǎng)，學(xué)生排查問題的思路、嘗試修復(fù)的手段也能被詳細(xì)記錄。教師查看數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生子網(wǎng)掩碼計(jì)算頻繁出錯(cuò)，后續(xù)便強(qiáng)化對(duì)這一知識(shí)點(diǎn)的輔導(dǎo)；若多數(shù)學(xué)生面對(duì)特定故障不知所措，就在課程里增添對(duì)應(yīng)故障解決專題，利用精準(zhǔn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)改進(jìn)，讓學(xué)生網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)踐能力穩(wěn)步提升。

再如，在模擬“云服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)優(yōu)化”考核中，學(xué)生登錄平臺(tái)對(duì)既有云網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)升級(jí)。平臺(tái)捕捉學(xué)生在資源池?cái)U(kuò)容、分布式存儲(chǔ)架構(gòu)調(diào)整、負(fù)載均衡策略更新時(shí)的操作順序、參數(shù)設(shè)置，評(píng)估架構(gòu)優(yōu)化思路是否清晰、操作是否規(guī)范。針對(duì)數(shù)據(jù)遷移出現(xiàn)的錯(cuò)誤，分析學(xué)生應(yīng)急處理方式，為其能力畫像。教師參考這些數(shù)據(jù)，就能知曉教學(xué)重點(diǎn)偏移與否，進(jìn)而校準(zhǔn)教學(xué)，確保學(xué)生熟練掌握云網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化實(shí)操技能。

結(jié)語

虛擬仿真技術(shù)在高職計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)踐教學(xué)中扮演著革新者與推動(dòng)者的關(guān)鍵角色。虛擬仿真技術(shù)不只是簡(jiǎn)單彌補(bǔ)既有教學(xué)短板，更是系統(tǒng)性重塑教學(xué)流程，激活學(xué)生自主學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)動(dòng)力，讓教學(xué)內(nèi)容緊密貼合行業(yè)動(dòng)態(tài)，考核結(jié)果如實(shí)反映學(xué)生水平。展望未來，虛擬仿真技術(shù)還會(huì)持續(xù)進(jìn)化，功能愈發(fā)強(qiáng)大、應(yīng)用場(chǎng)景越發(fā)多元。高職教育者應(yīng)趁熱打鐵，深化校企協(xié)同，源源不斷引人真實(shí)項(xiàng)目案例豐富虛擬資源庫，讓高職計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)教育緊跟時(shí)代，為社會(huì)源源不斷輸送優(yōu)質(zhì)專業(yè)人才，支撐網(wǎng)絡(luò)技術(shù)行業(yè)的蓬勃發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：陳柏林，本科，副教授， ，研究方向：信息技術(shù)教學(xué)，高職學(xué)生管理、思想教育。