高职教学中计算机网络仿真模型库的开发与应用

2014-04-29 07:35潘洪涛
中国电力教育 2014年33期
关键词:仿真模型教学资源库行动导向

摘要:本文以计算机网络技术职业教育为背景,阐述基于虚拟化技术仿真网络模型库的开发和应用。首先在分析虚拟化仿真模型库开发的必要性和可行性的基础上,通过岗位调研整理精选典型的网络环境,并依据教学和认知规律将其泛化为网络模型;然后采用虚拟化技术和物理设备相结合的方法分类实现;最后将网络模型作为教学资源库的重要组成部分,在行动导向的教学活动中应用。网络模型库以其良好的相似性、互动性在教学中发挥强化方法能力和社会能力培养的作用。

关键词:虚拟化;仿真模型;计算机网络;教学资源库;行动导向

中图分类号:G712 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)33-0095-02

仿真模型利用高性能计算机系统的虚拟现实技术开发,具有高相似性、便于管理和低耗费的特点,是教学资源库建设的重要内容。本文以高职计算机网络技术专业为例,进行基于虚拟化技术的仿真网络模型库的开发与应用。在计算机网络技术专业课程体系建设中,采用工作过程系统化的方法对典型工作任务类聚重构得到《网络故障排除》、《网络管理与维护》等学习领域来培养岗位能力[1]。而基于虚拟化技术的网络模型库在学习领域的教学中作为重要教学资源支持任务驱动、行动导向等教学方法的实施,为学生营造一个职业教育与工作世界和个体职业实践活动之间直接而紧密联系的教学环境[2]。

一、必要性和可行性分析

开发应用网络模型库是计算机网络技术专业学生岗位能力培养的必要教学资源,成熟的虚拟化技术则提供了以较低的经济成本实现模型库的方法。

1.培养岗位能力的需要

计算机网络技术专业学生就业岗位的典型任务包括网络建设、監控、管理、维护等,其胜任力除了网络专业知识和技能之外,还对沟通、学习、分析、决策及故障排除等能力有特殊要求[3]。在教学中培养上述关键能力,需要一个仿真的网络环境,使学生能够感性认识岗位工作的特点,角色扮演来完成学习任务。以网络管理员岗位所处的典型网络为原型建设的网络模型库就是仿真工作环境、实施典型工作任务的有效载体。

2.教学模式改革的需要

学生在就业岗位从事网络故障排除的事件是随机、突发而无任何引导和提示的。而传统方式的教学方法往往以知识和技能为切入点,遵循按部就班、先入为主的策略,这就约束了学生思维空间,降低思维锻炼强度。在指导优先与建构优先相融合教育理念的指导下展开行动导向的校内教学活动,让学生按照就业岗位的标准工作流程完成学习任务,就必须给学生创造一个“真实的虚拟”在岗工作氛围和任务。传统书本、图示和静态模型等形式只能提供抽象或者平面视觉,不能满足环境观察、实际操作的真实性要求。虚拟化网络模型因为其良好的相似性和互动性而成为网络管理课程开展教学模式改革的必要资源。

3.信息化教学资源库建设的需要

进行教学模式改革的同时,配套的教学资源也必须摆脱传统形式、载体和结构的局限,消除基于学科体系建立的资源孤岛,在学习情境中融合典型工作任务的文档、产品文献资料、交互交流平台和岗位环境等元素。利用虚拟化等现代信息技术建设仿真的模型库以较低的经济成本实现仿真的岗位网络环境,是实现形象、立体、开放的结构化资源库的必要组成部分[4]。

4.技术和经济上的可行性

模拟器和虚拟化技术能够实现在一台PC上可以虚拟多台路由、交换、安全或主机等网络设备,并能够彼此互连成比较复杂的网络拓扑,这就可以用较低的经济成本实现各种网络模型。而且,虚拟化技术实现的仿真网络以独立文件存储,既便于复制又便于访问和分发,辅之以物理设备还可以完成网络性能管理等多种典型岗位任务的仿真。

三、模型库开发过程

为满足上述要求,开发基于虚拟化技术的仿真网络模型库按照“岗位调研、模型精选、分类实现、部署分发”步骤来实现。

1.岗位调研

以就业为导向的职业教育活动都应该以岗位能力分析为逻辑起点,以达到岗位能力要求为目标。岗位调研针对不同规模、不同类型和不同行业的企业进行调研。调研内容包括:企业网络规模、网络结构、组成技术以及对网络管理员的能力要求等。

2.模型精选

为了突出模型的典型性,对岗位调研结果进行归类汇总,化繁为简,整理出具有代表性的网络环境模型和能力需求,如表1所示:

3.分类实现

目前有多种手段和工具可以实现精选的网络模型,这些工具又具有不同的特点,必须依据开放性和便于访问分发的原则按照不同的优先顺序选择。本文采用计算机网络技术专业最常用的网络模拟器GNS3,、Packet Tracer、ENSP和vmware workstation,再结合物理设备来分类实现网络模型库,如表2所示:

表1 学生就业岗位的网络环境和能力要求

网络类型 网络特点 主要技术组成 能力要求

园区网 小型 结构和功能简单,管理人员少,没有分工 布线系统、基本路由技术、基本交换技术、基本无线技术、桌面管理和安全等 专业能力要求较低,但必须全面;能够进行简单的故障分析和排除;有较好的沟通能力

中型 结构比较简单,功能较多,管理人员分工不明确 布线系统、路由技术、交换技术、无线技术、服务器(主机)系统、网络安全技术、数据库等应用和桌面管理等 专业能力要求较高,并且比较全面;能够进行故障分析和排除;有较好的沟通能力

大型 结构复杂、功能繁多、网络规模大、设备类型和数量多、对可靠性、安全性等有特殊要求,管理人员分工明确 布线系统、路由技术、交换技术、无线技术、冗余技术、服务器(主机)系统、网络安全技术、数据库等应用和桌面管理等 专业能力要求高,在网络技术、安全技术、主机(操作系统)等至少一方面精通;能够进行复杂故障分析和排除;有较好的沟通能力和团队协作能力

广域网 结构复杂、功能单一、网络规模大、设备类型较少但数量多、对可靠性有特殊要求,管理人员分工明确 布线系统、路由技术、冗余技术、网络安全技术等 专业能力要求高,在路由技术和VPN等方面特别精通;能够进行复杂故障分析和排除;有较好的沟通能力和团队协作能力

数据中心 结构复杂、功能繁多、网络规模不大但涉及存储网络等特殊类型、设备类型和数量多、对可靠性、安全性等有特殊要求,管理人员分工明确 布线系统、路由技术、交换技术、冗余技术、服务器(主机)系统、安全技术、存储技术、虚拟化技术和数据库技术等 专业能力要求高,在网络技术、安全技术、主机(操作系统)、虚拟化技术或者数据库等至少一方面精通;能够进行特别复杂故障分析和排除;有较好的沟通能力和团队协作能力

表2 实现不同类型网络模型的方式一览表

实现工具 功能 特点 实现模型种类

GNS3 网络模拟器,采用虚拟化方法运行真实IOS,模拟CISCO路由器、交换机、防火墙等 运行真实IOS;功能完备;可与主机、Vmware workstation的虚拟网络相互连接;占用系统资源较多 使用CISCO产品的广域网;路由高级功能、冗余;带有防火墙/IDS;模拟连接vmware workstation的服务器等;但设备数量不能太多

Packet Tracer 模拟CISCO路由器、交换机、防火墙和简单主机等 模拟CISCO网络设备和主机;占用资源较少,可以模拟大规模网络 含有路由、交换、主机基本功能的大型广域网、园区网等全景模型,但不支持冗余等高级功能

ENSP 模拟华为路由器、交换机和简单主机等 模拟华为网络设备;占用资源较多;可以与主机、Vmware workstation或者GNS3互连;占用系统资源较多 使用华为产品的广域网、局域网等;模拟连接vmware workstation的服务器等;但设备数量不能太多

Vmware workstation 桌面虛拟环境,可以独立运行Windows、Linux等操作系统,实体机器上模拟完整的网络环境 运行真实操作系统;功能完备;占用资源大;可与主机、GNS3、ENSP等虚拟网络相互连接;占用系统资源较多 与GNS等连接使用,模拟数据中心主机系统,在操作系统上运行数据库、Apache等多种应用软件;多个vmware虚拟机可以构建HA等冗余模型

物理设备 主机、交换机、路由器、防火墙等设备 真实设备;功能完整;但成本较高且数量有限 局域网、广域网等局部场景的模型;需要性能测试的模型;与主机、vmware虚拟机连接使用可以构建较复杂的数据中心模型

表2所示,尽管Packet Tracer模拟的路由、交换的基本功能,但其消耗主机CPU和内存资源较少,可以在PC上模拟更多的路由器和交换机,所以本文采用Packet Tracer实现只有简单路由和交换功能的大型园区网或广域网的全景模型。针对功能复杂、设备类型较多、设计主机和应用系统的网络模型则需要主机、vmware workstation、网络模拟器和物理设备等多个工具相连接来完成,如图1所示:

三、模型库的应用

在教学中采用行动导向的方法完成了某个项目,就意味着建立一种新的知识模型。本文中这个知识模型就是在应用网络模型库的教学中建立起来的专业能力和知识体系。

1.在行动导向教学中的应用

如前所述,故障分析与排除能力是学生完成就业岗位运行维护工作至关重要的能力,采用行动导向教学模式可以提高这种隐性能力的培养效率。仿真网络模型的应用按照“咨询、计划、决策、实施、检查和评估”的任务关键流程来实施[6],贯穿于岗位任务实施的完整行动思维过程。

在“资讯”环节中教师为学生描述工作场景,提供网络案例,学生收集信息,认识案例所代表的网络任务;在“计划和决策”环节中学生分析网络案例中的问题,制定解决方案;在“实施”环节中则要求学生直接在虚拟化的案例上进行操作;在“检查和评估”环节中验证、展示完成任务的网络案例。“六步”教学过程中均要求学生以在岗“网络工程师”或者“网络管理员”角色完成任务,教师则扮演“网络用户”或“企业管理者”角色进行配合、辅助、指导或评价,强化学生对就业岗位认知和职业能力培养。

2.调整完善

教学实践是检验仿真网络模型在职业教育教学中是否实用性的主要途径。所以在面向计算机网络相关岗位开发的课程体系中应积极使用仿真网络模型,模型在设计实现等方面存在的问题能够被及时发现并解决。这些问题主要集中在网络模型性能表现和故障难度等方面,分发涉及多种技术和工具实现的网络模型会耗费的时间较长,需要优化分发策略,使学生分组提前做好准备,课前在校园网下载相应案例。在教学中高效应用仿真模型还要考虑学生的认知规律,要注意技术应用、故障设置的繁简和难易梯度。比如,有些网络案例设置的复杂的故障,学生理解分析存在一定难度,就应该拆分模型中复杂的故障使之难度降低。经过调整完善及补充开发新网络模型及时更新可以保网络模型与就业岗位任务的同步,促进虚拟化仿真网络模型的发展。

四、结论与展望

采用虚拟化技术与物理设备相结合的方式开发网络模型库以岗位调研为基础,为学生建立全景式的仿真网络环境,结合行动导向教学改变先入为主的传统教学模式,突出方法和社会能力的培养,强化了教学活动的针对性和职业性,在计算机网络专业人才培养中发挥资源支撑作用。然而,计算机网络模型库只是整个信息化教学资源库的一个重要组成部分,应该以之为基础在企业产品信息、项目标准、多媒体素材和绩效制度等方面进一步完善丰富教学资源库。

参考文献:

[1]潘洪涛,王智明,左奕.工作过程系统化计算机网络故障排除课程开发实践[J].中国职业技术教育,2011,(2):55-58.

[2]姜大源.职业教育学研究新论[M].北京:教育科学出版社,

2007:221-220.

[3]教育部.教育部关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见[EB/OL].http://wenku.baidu.com/view/c02c170c6c85ec3a87c2c51a.html.

2013.3.

[4]李利平.高职教育专业教学资源库建设的改革思考[J].中国高教研究,2011,(6):90-91.

[5]姜泽东,陈保国,史维琴.高职“项目化”教学模式下的教学资源库建设探析[J].职教论坛,2011,(3):30-31.

[6]徐国庆.从工作组织到课程组织:职业教育课程设计的组织观[J].教育科学,2008,(6):37-41.

(责任编辑:刘翠枝)

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