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摘要：目前針對網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的招聘崗位多為技術(shù)性要求較高的崗位對實踐動手能力的要求較高。因此實驗教學(xué)對于網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)顯得尤為重要。由于實驗教學(xué)資金、場地的限制，一些實驗根本無法實現(xiàn)，為解決此問題，我們設(shè)計了基于虛擬仿真的實驗教學(xué)平臺，針對虛擬仿真實驗的優(yōu)勢與特點對傳統(tǒng)實驗課程教學(xué)模式進(jìn)行調(diào)整。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)工程；虛擬仿真；實驗教學(xué)；教學(xué)改革

通過對招聘市場上網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的需求調(diào)查發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)招聘崗位包括網(wǎng)絡(luò)工程師、網(wǎng)絡(luò)管理員、系統(tǒng)管理員、運維工程師、系統(tǒng)工程師、系統(tǒng)集成工程師等等，這些崗位對發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的實踐性要求都很高。這就要求學(xué)生在大學(xué)期間除了掌握基本的理論知識外，還要提高實踐技能。因此對于網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的學(xué)生而言，實驗教學(xué)就顯得尤為重要。如果學(xué)生僅停留在理論知識的學(xué)習(xí)、在實踐環(huán)節(jié)欠缺，將導(dǎo)致學(xué)生就業(yè)遇到很大的困難。為彌補這方面的不足，我們研究開發(fā)了網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)虛擬仿真實驗平臺，并針對新平臺下的實驗內(nèi)容，對課程進(jìn)行了改革。

一、傳統(tǒng)實驗教學(xué)的特點與不足

1.搭建小型化的實驗場地。參照實際場景，鋪設(shè)線路，搭建設(shè)備，構(gòu)造微縮版的實驗場景。缺點在于實驗場地大小受限，僅能實現(xiàn)試驗臺式的模擬，很難模擬廣闊場景下的網(wǎng)絡(luò)工程實驗。導(dǎo)致學(xué)生缺乏樓宇、樓群網(wǎng)絡(luò)工程整體概念，缺乏整體性的概念。

2.采購實際網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，搭建實驗環(huán)境。雖然學(xué)生可以在真實的設(shè)備上進(jìn)行配置實驗，但是設(shè)備更新慢，不能緊跟市場需求的變化。目前高校采購的實驗設(shè)備至少使用5年，有的甚至10年都難以得到更換或升級，尤其對于一些非重點高校該問題更顯突出。

3.搭建實驗環(huán)境相對復(fù)雜。由于采用真實的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，每次實驗前教師都需要根據(jù)實驗環(huán)境，對設(shè)備進(jìn)行初始配置。學(xué)生練習(xí)后還需要將配置初始化。配置上的初始與還原浪費了老師和學(xué)生寶貴的學(xué)習(xí)時間。

4.由于采購資金的限制，設(shè)備的數(shù)量也是有限的，僅能模擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境相對簡單的實驗，即便如此也不能同時滿足大批量的學(xué)生同時實驗。實驗場地、時間都受到了限制。

5.由于每次實驗都需要教師提前配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備搭建環(huán)境，學(xué)生的實驗內(nèi)容相對單一，只能在設(shè)定的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎逻M(jìn)行實驗操作，學(xué)生缺乏創(chuàng)新性的實驗環(huán)境。

二、虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的優(yōu)勢

當(dāng)前虛擬仿真技術(shù)得到快速的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展，涉及了虛擬場景漫游、虛擬汽車、輪船、飛機駕駛、虛擬作戰(zhàn)指揮、虛擬制造等等。該技術(shù)解決了真實世界中操作成本高、風(fēng)險大的難題，以先進(jìn)的技術(shù)實現(xiàn)低成本的虛擬實驗，同時又能有身臨其境的感受。網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的虛擬仿真實驗教學(xué)平臺可以很好地解決一些受場地、資金、人力限制的實驗場景的搭建，并能提供一種虛擬的但真實體驗度很好的實驗環(huán)境。其優(yōu)勢具體體現(xiàn)在以下幾點。

1.利用計算機建模技術(shù)，我們可以實現(xiàn)任何樓宇、建筑群的環(huán)境搭建。當(dāng)學(xué)生進(jìn)入系統(tǒng)后，可以在實驗場景里虛擬漫游，實際體驗度較高。同時也能激發(fā)學(xué)生設(shè)計與解決問題的興趣。

2.環(huán)境中所有的實驗設(shè)備都可以通過安裝不同廠家設(shè)備的虛擬機來實現(xiàn)。目前華為、思科等主流網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的廠商都提供設(shè)備的操作系統(tǒng)文件，我們可以通過模擬器運行相應(yīng)的設(shè)備的操作系統(tǒng)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備調(diào)試模擬。只要有新的設(shè)備出來，我們就可以利用模擬器虛擬一臺設(shè)備出來供學(xué)生實驗使用，完美地解決了設(shè)備老舊以及數(shù)量限制的問題。

3.虛擬的實驗場景，虛擬新設(shè)備的使用，更能激發(fā)學(xué)生的興趣。同時學(xué)生在虛擬場景下可以自己設(shè)定實驗場景，有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

三、網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的搭建

目前通過自主開發(fā)，已經(jīng)實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)工程與綜合布線實驗的虛擬仿真，而這兩門課程是對實踐能力要求較高的課程。系統(tǒng)實現(xiàn)了教師可以針對學(xué)生的特點與興趣搭建適合的虛擬場景，學(xué)生在虛擬環(huán)境中完成整個工程的需求分析、系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)預(yù)算與三維場景下的施工操作。學(xué)生完成實驗后，教師可以在教師管理端隨意瀏覽學(xué)生實驗完成情況，并在線給予評價與成績。有了該實驗系統(tǒng)的支持，學(xué)生了實現(xiàn)隨時隨地接入校園網(wǎng)就可以完成實驗的全部內(nèi)容。這只是搭建網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)虛擬仿真實驗平臺的一部分，隨著開發(fā)的推進(jìn)，將逐步實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)涉及的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真、網(wǎng)絡(luò)安全仿真、通信仿真與信號處理仿真等等。實驗平臺當(dāng)前是運行在一臺高性能的服務(wù)器上，學(xué)生通過客戶端程序連接服務(wù)器進(jìn)行虛擬仿真的網(wǎng)絡(luò)工程與綜合布線的實驗。隨著實驗系統(tǒng)的不斷完善與豐富，同時為了提供性能更高的服務(wù)，實驗服務(wù)端將搭建在一臺云服務(wù)器上，并開放廣域網(wǎng)訪問權(quán)限。這樣學(xué)生做實驗將不局限于在實驗室內(nèi)，而是可以在任何可以訪問網(wǎng)絡(luò)的地方登陸虛擬仿真實驗平臺，進(jìn)行實驗環(huán)境的搭建并進(jìn)行實驗。教師可實現(xiàn)隨時隨登錄教師端查看同時在線人數(shù)以及學(xué)生實驗的進(jìn)度與內(nèi)容，及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生的問題并指導(dǎo)。由于云服務(wù)器的特點，可以根據(jù)同時在線實驗人數(shù)的增加動態(tài)擴充云服務(wù)器的內(nèi)存、CPU配置，以提供更高性能的可靠、穩(wěn)定實驗環(huán)境。為保障實驗環(huán)境安全性，在云服務(wù)器端安裝網(wǎng)絡(luò)防火墻與網(wǎng)絡(luò)防入侵檢測系統(tǒng)，在保證學(xué)生、教師正常訪問的前提下對服務(wù)器實施嚴(yán)格的網(wǎng)絡(luò)防護。系統(tǒng)運行的模擬圖如下圖所示：

四、在虛擬仿真環(huán)境下的實驗教學(xué)改革

基于網(wǎng)絡(luò)工程與綜合布線的虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)，已經(jīng)實施了4個學(xué)期的實踐教學(xué)，可以明顯感受到學(xué)生對課程實驗的興趣度得到了提高，并且通過對學(xué)生的考核與調(diào)查表明，他們對于知識的理解與掌握相對傳統(tǒng)實驗而言也有了較大的提高。最重要的一點就是學(xué)生實現(xiàn)了在以往傳統(tǒng)實驗環(huán)境中無法實現(xiàn)的實驗在虛擬仿真環(huán)境下得到很好的體驗。結(jié)合這兩門課程的虛擬仿真的實驗教學(xué)實踐，制定了新環(huán)境下實驗教學(xué)模式。

1.首先增加實驗教學(xué)的課時。因為網(wǎng)絡(luò)工程與綜合布線本身對實踐能力的要求就較高，模擬整個建筑或建筑群的需求分析、系統(tǒng)設(shè)計、三維施工的工作量就比較大，傳統(tǒng)分配的課時相對不足。

2.將理論知識講解與實驗教學(xué)相結(jié)合，從課堂教學(xué)課時中劃撥一部分課時在實驗教學(xué)中進(jìn)行講解。課堂上，老師通過PPT給學(xué)生講電信間、設(shè)備間、水平子系統(tǒng)、工作區(qū)子系統(tǒng)等概念時，學(xué)生很難理解，而通過虛擬仿真系統(tǒng)，在虛擬的三維場景下就相對簡單多了。

3.由于虛擬仿真系統(tǒng)提供了一個虛擬的實驗場景，比如酒店、公寓、商場等場景，我們的教學(xué)也需要利用虛擬仿真的優(yōu)勢，逐漸由課堂教學(xué)轉(zhuǎn)向情景教學(xué)，吸引學(xué)生的注意力，對于提高學(xué)生對知識的理解與掌握也將起到很好的作用。

4.個性化定制實驗內(nèi)容。針對每個學(xué)生的興趣點，可以為學(xué)生量身打造實驗場景與需求。由于系統(tǒng)設(shè)計時提供場景庫與各種需求的模板，教師可以自由組合出多種實驗環(huán)境，并且教師只是通過簡單的選擇、確認(rèn)就可以了，而不用像傳統(tǒng)實驗?zāi)菢舆B接、調(diào)試設(shè)備。個性化的實驗場景設(shè)定相對統(tǒng)一的實驗環(huán)境而言更能針對學(xué)生的不足通過實驗過程進(jìn)行彌補，對于提高學(xué)生整體的實踐能力將有很大的幫助。

5.課程的后期階段，將鼓勵學(xué)生自己搭建實驗場景，自己設(shè)定所需要的設(shè)備類型與數(shù)量，教師只需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)。通過這樣的練習(xí)，將明顯提高學(xué)生的設(shè)計能力與獨立思考的能力。

五、結(jié)束語

借助自主開發(fā)的基于虛擬仿真的網(wǎng)絡(luò)工程與綜合布線實驗教學(xué)系統(tǒng)，經(jīng)過4個學(xué)期的實驗課程實際教學(xué)，我們發(fā)現(xiàn)虛擬仿真環(huán)境下的實驗很好地解決了傳統(tǒng)實驗過程中遇到的難以解決的問題。虛擬仿真實驗對于提高學(xué)生實驗課程的興趣度，提高學(xué)生的實踐能力起到了很大的幫助作用。同時為提高實驗教學(xué)水平，對實驗課程進(jìn)行了課時分配調(diào)整，授課內(nèi)容也部分由課堂教學(xué)調(diào)整為虛擬仿真環(huán)境下的情景教學(xué)，實驗課程的教學(xué)改革經(jīng)過一段時間的驗證也取得了成功?；谔摂M仿真的教學(xué)云平臺的建設(shè)規(guī)劃，我們將通過自主開發(fā)、軟件采購的方式逐步完善網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)其他課程的虛擬仿真實驗課程建設(shè)，通過云平臺服務(wù)為師生提供更好的教學(xué)實驗環(huán)境。

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作者：呂青普 王朕 單位：天津財經(jīng)大學(xué)理工學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)系