SCI论文（www.lunwensci.com）:
摘 要：随着网络技术的发展和普及，虚拟仿真技术在教育领域的作用和影响越来越广泛。近年来虚拟仿真技术结合实验平台在高校中成为普遍推崇的一种实验实践教学手段。针对虚拟仿真实验平台和传统硬件实验室在计算机网络实验实践教学过程中的使用情况，分析其优缺点及存在的问题，通过对计算机网络课程实验项目的举例分析， 探讨如何将实验内容与实验方法进行融合 , 在传统硬件实验室的基础之上，根据实验内容选用合适的教学方法来真正激发出虚拟仿真实验平台在计算机网络课程实验实践教学效果上的功效。
关键词：计算机；虚拟仿真；实验实践；教学方法
本文引用格式： 秦丽梅，邬依林 . 虚拟仿真平台在计算机网络实验教学中的应用研究 [J]. 教育现代化 ,2021,8(40):1-4,15.
Application of Virtual Simulation Platform in Computer Network Experiment TeachingQIN Limei, WU Yilin
(Guangdong University of Education, Guangzhou Guangdong)
Abstract: With the development and popularization of network technology, virtual simulation technology plays an increasingly important role in the field of education. In recent years, virtual simulation technology combined with experimental platform has become a widely respected experimental practice teaching method in colleges and universities. According to the use of virtual simulation experiment platform and traditional hardware laboratory in the process of computer network experiment practice teaching, this paper analyzes its advantages and disadvantages and existing problems. Through the example analysis of computer network course experiment project, this paper discusses how to integrate the experiment content and experiment method. Based on the traditional hardware laboratory, this paper discusses how to choose the appropriate teaching method according to the experimental content to truly stimulate the effect of virtual simulation experiment platform in the experimental practice teaching of computer network course.
Keywords: computer; virtual simulation; experimental practice; teaching method
一 引言
随着社会信息化技术突飞猛进的发展，社会对应用型人才的需求越来越迫切，高校毕业生作为人才市场上一支重要的人力资源大军，如何通过高校教育培养出专业基础知识扎实，动手能力强、创新能力强且能适应社会发展需求的人才是每个教育工作者一直在思考和努力的方向。在高校的整个学习过程中培养学生的动手能力和创新能力的主要途径之一就是实验实践教学活动，通过实验实践教学活动的开展学生们可以巩固所学知识，将理论应用于实践，同时还可以很大程度上培养学生的动手能力、创新能力及对知识的融合转化能力。
计算机专业传统的实验实践教学工作大部分是基于硬件设备，无论是软件类课程还是硬件类课程实验实践教学工作的开展都会受到一定的制约，特别是像计算机网络等课程对硬件设备的数量和功能都有一定的要求， 对一些相对复杂、难度系数相对较大的实验实践活动，存在设备数量不足等问题，学生只能按组来进行实验，无法保证每个学生都能接触到设备，同时受课时时间限制，学生要完成搭建、配置、排错、功能检验等操作基本很难。
近年来基于网络的教育资源深受人们喜爱，并逐渐成为了现代化教育体系的一部分 [1]。虚拟仿真实验平台通过交互式的视觉感受来理解知识和消化知识，它突破了常规硬件实验室时间空间限制、设备数量限制等等问题，作为一种网络学习平台，是一种新型的契合现代化教学理念的技术。
二 传统硬件实验室与虚拟仿真实验平台优缺点及存在问题
实验实践教学作为高校教育的重要组成部分， 硬件实验室的建设被高校越来越重视。学生们通过硬件实验室可对设备进行实操，从视觉和触觉上真正了解和掌握设备，通过硬件设备的操作学生们可较好地理解设备工作原理和使用方法，同时也可很大程度培养学生的动手能力和排错解决问题能力，传统硬件实验室在使用过程中也存在一些缺点和问题。
（一） 传统硬件实验室的缺点
（1）设备购置费用昂贵，后期维护费用较高。
（2）硬件数量配比不足，不能满足实验实践教学需求。
（3）设备陈旧老化，得不到及时更新替换。
（4）多次重复使用容易导致元器件磨损。
（5）需要配置较多的实验耗材。
（6）受课时和实验地点限制，学生无法在有限的课时内高效率地完成任务。
（7）硬件实验室对外开放力度受管理人员工作时间的限制。
（8）实现资源共享难度较大。
（9）实验材料的收集依靠人工收集统计，完整性和客观性都不够。
上述这些缺点和问题导致基于传统的硬件实验室的实验实践教学工作开展起来面临一定困难，教学效果也受到了较大的制约。而虚拟仿真实验平台是依靠实验室数字化与虚拟化有机结合的一种技术 [1]，采用现代化的信息技术手段，在确保研发原理准确，内容紧凑，时长合理，难度适宜情况下设置实验实践教学项目，在很大程度上可以解决传统硬件实验室存在的问题。
（二） 虚拟仿真实验平台优点
（1）不存在实验耗材损耗，不存在元器件磨损破坏问题，可反复无限次进行使用，可大大节约维护费用。
（2）可随时随地通过互联网使用虚拟仿真实验平台，摆脱传统实验实践教学受时间和地点限制的问题，可以完全做到开放，较容易实现资源共享。
（3）实验效率及成功率大幅提高，不存在因仪器设备故障或连线等问题引起浪费大量时间进行排查或导致实验不成功等问题。
（4）虚拟仿真实验平台的扩充性和可组织性强， 使用者可根据自身需求，对实验模块进行改进组合等方式来进行整体设计，具有很强的灵活性。
（5）通过管理平台就可对实验材料数据进行统计，使得实验实践教学工作材料的收集工作更直接简单，客观性更强，说服力也更强 [2]。
（三） 虚拟仿真实验平台在购置和使用过程中存在的问题
利用虚拟仿真实验平台进行实验实践教学工作使得学生们失去了通过硬件设备操作的体验感，特别是像计算机网络等实践性比较强的课程，其在购置和使用过程中都存在一些问题，如下：
1.参与购置工作的人员主要为实验员，缺乏奋战一线授课专任教师的加入，对是否可充分满足课程教学需求无法保证。
2.对购置的虚拟仿真平台试用反馈做的不到位， 存在后期使用过程中才发现存在各种各样的问题而导致实验无法进行的情况，最终不得不使其闲置， 成为摆设无法真正为实验实践教学所用。
3.虚拟仿真实验平台的购置经费较昂贵，后期追加开发功能仍需投入大量资金。
4.建设初期投入资金不足，虚拟平台功能开发上受到限制，比如像 Linux 操作系统等课程，因对服务器配置要求较高，建设资金不足以提供满足需求的服务器，导致后台的编译系统无法植入，学生仅能查看一些事先设定好的项目，无法自己编写调试程序 , 无实际使用价值。
5.平台开放力度较大，每个学期的使用者都会变动，每学期开课前需进行大量信息导入，课程设置， 权限管理等工作，管理起来相对繁琐。
6 . 部分教师过分依赖虚拟仿真实验平台来完成实验实践教学任务的情况，虽然提高了实验成功率，但同时也使学生缺乏了通过硬件进行实验实践活动出现问题后进行排查和解决问题能力培养的机会，学生的动手能力得不到真正的锻炼 [3-4] 。
三 计算机网络课程实验教学现状及教学方法
《计算机网络》课程是网络工程专业的一门骨干专业必修课程 , 其实践性和应用性都比较强 , 对于网络工程专业的学生而言 , 毕业后主要从事的是像网络维护、网络管理等工程应用类的工作 , 对其动手能力的培养尤为重要 [5]。目前，计算机网络相关课程选用的教材大多数比较偏向理论基础，重要的知识点都是介绍网络体系结构和网络协议等，对实验教学的落实情况做的不到位 [6], 如何根据计算机网络课程实验内容的特点选用合适的实验实践教学方法尤为重要，这在很大程度上可以锻炼学生对知识的转化吸收能力和动手创新能力。
（一） 计算机网络课程实验教学现状
《计算机网络》是一门实践性很强的专业基础课， 其实验教学是配合理论教学而设置的，实验教学效果的好坏直接关系到是否能很好地掌握此门课程， 通过实验实践课学生们可以掌握计算机网络中交换机、路由器、防火墙等互联设备的配置及应用，掌握网络的管理、设计规划和网络操作系统里面各类服务器的配置方法，进一步加深理解计算机网络基本原理与网络体系结构等理论知识，使学生可以具备解决实际问题、组建网络等基本能力，为今后从事计算机网络的应用、设计与开发奠定坚实的基础。下面以广东第二师范学院计算机科学系网络工
程专业计算机网络课程为例，其实验设置主要包括验证性、设计性和综合性三种实验类型，验证性偏多， 综合性和设计性实验偏少，主要的实验项目可概括如下表 1：
计算机网络课程的整个学习过程中大部分时间用于讲解理论知识，实验部分分配的学时较少，一般不超过 16 学时，沿用传统的教学方法在 16 学时内完成上述表 1 内所有的实验项目基本无法做到， 特别是在传统硬件实验室内会存在各种各样需要解决排查的问题，如何利用虚拟仿真实验平台在传统硬件实验室基础上，一方面提升实验效率，另一方面又可以保证学生们能亲身感受真实的网络环境， 有实践操作的机会，充分理解和使用这些设备是我们需要探索的课题 [7]。因为课时限制，实验部分侧重于验证性实验，设计性和综合性实验比较少，很难锻炼学生们对知识的融合能力及创新能力，利用虚拟仿真平台摆脱传统硬件实验室的束缚以怎样的方式引导学生进行综合性实验，提升学生的动手能力、创新能力和对知识的消化融合能力也是我们需要不断探索的课题。
（二） 计算机网络实验常用教学方法
在重视硬件实验室和虚拟仿真平台建设的同时， 实验教学方法也需要更加重视，充分利用有限的教学资源，降低相应的教学资本，在教学方法上进行改革创新，目前常用的实验教学方法主要有以下几种：
（1）传统的“教—学”方法
此方法是教师在课堂上先进行演示，后学生再动手完成，此种方法较适用于课程入门之处的基础学习，比如表 1 中的双绞线的制作与测试，大部分同学都是第一次接触网线、水晶头、网线钳和网线测试仪等设备，通过此种方法可以取得较好的实验效果，但对于课程中后期相对复杂的实验用于演示的时间基本就可以占据整个课时，实验效率很低，而且不利于培养学生的创新能力和动手能力。
（2）任务驱动教学方法
以教师为引导，学生主动进行学习，是一种符合教学层次性和实用性的探究式学习方法，具体就是实验教师将实验内容设计成具体的实验任务，以任务为驱动，应用具体的实例进行引导提出问题， 让学生们主动思考，让学生边学边做的方式掌握知识点，此方法可以锻炼学生们的综合能力，教学目标的明确性让实验教师能更好地对教学过程进行指导，教学效果的评价也更加客观，能做到做与学一体化，以任务为中心，解决了理论与实践二元分离化的情况，实现了一体化教学，能很大程度上调动学习主动性和激发学习兴趣，锻炼学生们分析问题及解决问题的能力 [8]。此方法对于计算机网络课程实验而言比较适合中期的一些实验，如表 1 中的交换机、路由器配置、子网划分等实验内容。
（3）项目教学方法
通过设置一个与真实世界密切联系的相对独立的完整项目，让学生从需求分析、方案设计、具体的实施过程及最终成果评价全程自己负责，项目结束后师生共同对项目成果进行评价。此方法可以给学生独立进行计划工作的机会，可用于学习特定的具有一定应用价值的教学内容，它能将理论知识与实践技能很好地融合在一起，很大程度上锻炼学生克服、处理问题的能力，学习更具实用性和针对性， 学生能够自由自主地开展学习，综合协调能力和创造性得到了很强的锻炼 [8]。此方式适用于计算机网络课程后期的设计性和综合性实验。
（4）双驱动教学方法
这是任务驱动与项目驱动教学方法的综合应用， 通过将项目分解成任务，任务驱动实验活动，双驱动教学方法的实施过程中教师重点参与项目驱动来进行全程监控，根据学生能力动态进行分组，对学生工作计划进行掌舵，学生则自主完成任务驱动部分，此方法将学习的管理者变为学生本人，将被动学习变成了主动学习 [9]。在计算机网络的实验教学过程中此方法适用于课程后期复杂的实验内容或计算机网络课程设计。
四 激发虚拟仿真实验平台教学效果的方法策略
在计算机网络这门实践性比较强的课程实验教学过程中，对虚拟仿真实验平台的使用切不可单纯为了追求提升实验效率盲目随意，要真正激发出虚拟仿真实验平台的教学效果需从虚拟仿真实验平台的建设、实验项目内容分析和教学方法选用三个方面一起抓。
（一） 抓好虚拟仿真平台建设工作
（1）虚拟仿真实验平台的教学项目和管理功能的设定，必须坚持以课程需求为导向，整个建设过程，除了系领导和各教研室主任及实验室人员的参与，更多的是让一线授课教师和高水平专任教师加入，对课程需求提出宝贵性意见和建议。
（2）对虚拟实验平台应进行全方位的试用，可将试用期适当延长，让学生和老师进行一学期的试用工作，对功能上的缺陷或者发现的问题进行及时整改及修复。
（3）定期对相关教师进行集中培训，让教师能较快地掌握平台的使用和管理方法，可将虚拟实验平台的管理权限适当下发给授课教师，以缓解实验室人员配备不足等问题。
（4）对实验实践教学的开展工作制定规章制度， 以规范实验实践操作过程，防止部分教师过度单纯性地依赖虚拟仿真平台进行实验实践教学活动。
（二） 虚拟仿真平台与硬件实验室在计算机网络实验过程使用方针
虚拟仿真平台自身存在的虚拟性，操作者无法有亲手体验感，要锻炼学生的动手能力、创新能力和排查问题解决问题能力，就决定了必须以传统的硬件实验室为主导地位，在资金条件允许的情况下， 尽量配备数量充足的硬件设备，让硬件实验室成为主要的实验实践教学阵地，虚拟仿真实验平台作为辅助，做到能实不虚、先实后虚、用虚必后实。
对于计算机网络课程实验而言前中期实验尽量选用能实不虚、或先实后虚的教学模式，让同学们在课堂上利用有限的课时在硬件设备上进行实操，以巩固基础知识的掌握，为后期复杂的实验内容打好基础， 通过前中期在硬件实验室内对二、三层交换机、路由器和防火墙等设备的实操，有了一定知识储备量， 对后期设计性、综合性或课程设计而言因受硬件设备数量、课时等等限制选用虚拟仿真实验平台进行实验就可以取得理想的实验效果。
（三） 虚拟仿真平台进行实验时教学方法的选用
虚拟仿真实验平台模拟涵盖了网络中所有的设备，基本可以对所有实验项目进行模拟，特别是在系统结构较大、较复杂的实验项目方面更显优势， 在利用虚拟仿真实验平台进行实验时怎样选择合适的教学方法，就需要实验教师工作思路清晰，根据教学经验和学生情况不断总结经验，敢于引进新方法新思路， 改进实验教学过程和方法 [7]。根据多年从事计算机网络实验教学经验总结如下：
（1）简单的基础性实验，比如二、三层交换机、路由器的配置选用“教 - 学”方式的教学能更直观、更有效率地让同学们掌握实验内容。
（2）对于子网划分、相同子网通信、不同子网之间通信等中等难度实验选用“教 - 学”和任务驱动法相结合的方式完成实验内容，效率更高。
（3）对于设计性、综合性实验或课程设计等， 采用项目驱动法或双驱动法都可以取得较好的效果。
五 结语
虚拟仿真实验平台应用于实验实践教学，可以在很大程度上弥补解决基于传统硬件实验室开展实验教学存在的一些问题，同时也可提升资源共享力度，使得实验实践教学工作更轻松开放，可激发学生对实验实践课程的兴趣，提升学生们自主学习的动力，激发学生们动手能力和创新能力，但在实验实践教学过程中切不可盲目单纯性地依赖虚拟仿真实验平台进行教学活动，要想取得理想的授课效果， 真正激发出虚拟仿真实验平台的功效，就必须从建设阶段起抓好关键点，建设一个符合学校专业教学特色需求的计算机虚拟仿真实验平台，以硬件实验室为主，根据实验内容选用合适的教学方法，坚持做到以硬件实验室为主，虚拟仿真实验平台为辅的教学方针，能实不虚、先实后虚、先虚后必实的虚实相结合的教学模式才可大大提升授课效果，真正激发出虚拟仿真实验平台在计算机网络课程实验实践教学活动中的功效，虚拟仿真实验平台在实验实践教学中正确灵活地使用对高校培养实践创新型人才和复合型人才有较大的实际作用。
参考文献
[1]李宏享 , 何慧敏 , 刘晓红 . 开放性虚拟仿真实验室的构建研究[J]. 信息与电脑（理论版）2020,32(12):244-246.[2]谷冰 . 基于计算机虚拟仿真实验平台研究 [J]. 无线互联科技 ,2020,17(03):123-124.
[3]蔡大鹏 , 谭亮 . 计算机虚拟仿真实验平台的实现 [J]. 软件导刊( 教育技术 ),2017(01):76-77.
[4]梁琨 , 谈姝辰 , 金海燕，等 . 计算机虚拟仿真实验教学中心建设与实践 [J]. 教育教学论坛 , 2017(03):267-268.
[5]蔡晓庆 . 计算机网络课程的实验教学探讨 [J]. 教育教学论坛 ,2019(39):279-280.
[6]张万礼 . 计算机网络实验教学改革 [J]. 阴山学刊 ( 自然科学版 ),2017,31(03):126-128.
[7]杨树玉 . 计算机网络实验室建设与实验教学改革探讨 [J]. 教育现代化 ,2019(83):112-113.
[8]徐肇杰 . 任务驱动教学法与项目教学法之比较 [J]. 教育与职业 ,2008(11):36-37.
[9]张军 , 张庆来 .“双驱动”教学方法在计算机网络实验教学中的应用 [J]. 教育现代化 ,2019,6(98):208-210.
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！
文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/jiaoyulunwen/32441.html
