计算机网络虚拟实验教学平台的设计与实现

陈远聪

（华南农业大学珠江学院，广东 广州 510900）

计算机网络虚拟实验教学平台的设计与实现

陈远聪

（华南农业大学珠江学院，广东 广州 510900）

伴随着计算机技术的飞速发展以及广泛应用，计算机人才成为了促进社会发展的必不可少的人群，因此高校在进行计算机人才的培养方面加大了教育的力度，着手开计算机网络虚拟教学平台的开发以及应用，改善以往学校教学中出现的计算机硬件设备不足而引发的教学局限，同时，开发计算机网络虚拟教学平台有助于实现网络人才的全方位培养，为学生提供充足的自我学习的环境，为此，本文探究了如何进行计算机网络虚拟实验教学平台的设计，提出了几种可备参考的方案.

计算机网络；虚拟实验；教学平台；设计

1 计算机网络虚拟实验教学平台的研究现状分析

随着计算机网络深入到人们的生活之中，社会的竞争已经愈发的激烈，各行各业对于计算机网络人才的需求大大的提升，要求学生在学校内学习计算机网络技术的时候注重全方位的发展以及学习，不仅要熟悉网络的基本操作，还要掌握网络设备的软硬件管理，以此来实现网络的虚拟管理，但是在传统的课堂教育之中，传统的计算机教学方式已经不能很好的满足社会对于计算机人才的需求，学生也无法通过自身的探究以及计算机的实验来提升自己的解决问题的能力，不仅如此，学校在为学生营造计算机网络的学习以及实验环境的时候，还存在着以下的问题：

首先，学校内为学生提供计算机网络实验的硬件设备不全面或者是质量不高，在学校内参与计算机网络实验的时候多数是多人一组的学习实验模式，这往往导致学生的动手能力在实验的过程中得不到提高.

网络实验设备在实际的实验过程中会有巨大的损耗，实验室内的硬件资源在其中会有巨大的损耗，并且实验室内的硬件资源相对分布的比较松散，硬件资源无法在实验的过程中得到共享，因此学生在这样的实验环境下无法提升自身的动手操作能力.

并且，在传统的实验环境下，实验室无法给学生安排自由的实验环境，在统一的实验安排下，学生不能自主的进行学习探究，导致计算机网络的实验教学目的无法真正的实现.

并且，学生在参加计算机网络的独立模拟实验的时候，学生为自己制定的学习目标是比较模糊且比较盲目，因此在实际进行实验的时候，学生的学习效果不佳，且教师对于学生的实际学习情况了解不全面，在制定后续的教学目标的时候也缺乏针对性.

由于当下的计算机网络实验存在着诸多的问题，对于教师以及学生都有很多的不方便，因此需要在教师以及学生之间开发一款适用于学生管理教学功能的网络平台，在这一网络平台上，计算机网络模拟实验能够实现信息的简单交互，因此在设计这一网络平台的时候，需要运用虚拟现实技术模拟出真实实验的环境，包括虚拟实验平台、虚拟实验教学管理两个部分，这样虚拟实验平台可以向学生提供更加真实的操作环境，为学生提供更特定的独立操作环境、设计实验，帮助学生更深刻的了解网络实验的原理，提升学生的实际动手以及创新能力，同时，虚拟实验教学管理能够辅助教师更顺利的组织学生开展实验，更好的帮助教师实现教学管理，这一虚拟教学管理的平台能够将教学中所涉及到的管理员、教师以及学生完美的综合在一起，为各个身份的人提供相应的身份认证、实验安排并实现实验过程中的互动，以此来进行高效率的教学管理以及教学效果.

为了更好的开发以及应用计算机网络的虚拟实验教学平台，应当深刻的了解网络教学的优势，尤其是计算机网络教学设备上的硬件不足和多人共同参与实验的问题，针对存在的问题完善网络设备的迅速更新，同时还可以降低计算机网络设备的实验成本，开发出速度快、成本低以及便于管理的计算机网络虚拟平台，使得学生在进行虚拟实验环境的时候掌握更丰富的知识，同时还方便教师以及管理人员掌握学生的学习情况，掌握实验的过程并根据学生的实际情况对学生进行指导.

2 计算机网络虚拟实验教学平台的设计开发部署

2.1 对计算机网络虚拟实验教学平台的需求分析

在进行计算机网络虚拟实验教学平台设计以及开发的时候，一定要保证所使用的系统具有未来的成长性，为此在进行系统开发以及部署的时候一定要注意不要影响系统运行的效率以及实用性，为此首要进行的就是计算机网络虚拟实验教学平台的需求分析.

进行系统的需求分析最关键的步骤就是对网络平台进行软件可行性分析以及精细化分析，在各个分析的基础上，确定计算机网络虚拟实验教学平台的设计基础，确定各种类型的分析方法，将各个影响因素分配到影响计算机网络虚拟实验教学平台的软件之中，为系统的设计做出完整、清晰以及明确具体的目标.

2.2 对计算机网络虚拟实验教学平台的功能分析

为了实现计算机网络虚拟实验教学平台的虚拟仿真模拟实验的教学效果，在进行实验平台设计的时候，一定要从用户也就是学生的角度出发，对学生端的功能进行丰富以及管理，并且还要给予教师以及管理员更多的管理权限以及功能，使得管理人员以及学生在使用计算机网络虚拟实验教学平台的时候有丰富的用户体验.

首先，在对计算机网络虚拟实验教学平台的管理人员进行功能分析的时候，要将管理人员当做网络平台的最高使用权限的用户，其可以对整个网络系统平台进行模块管理，具体的功能有：用户管理的功能，管理人员可以对计算机网络虚拟实验教学平台中的用户实现添加、删除、密码修改以及权限设置，以此来掌握全部的用户使用情况；课程管理的功能，管理人员要可以对需要开展的实验课程进行时间安排以及学生安排，确保所有的课程开展在一个合理的规划之下进行；成绩管理，管理人员对于所有学生用户的实验效果进行成绩的录入、修改以及查询，确保教师对于学生的实验结果有全局性的了解.

其次，对于计算机网络虚拟实验教学平台的教师功能的需求分析，教师作为计算机网络虚拟实验教学平台的主要使用者，通过计算机网络虚拟实验教学平台实现与学生更近距离的沟通，并且了解到学生的学习情况，为此，教师在使用计算机网络虚拟实验教学平台的时候需要实现用户管理的功能，通过这一功能，教师对于参与实验的学生的信息有了广泛的了解途径，还要具有课程管理的功能，教师根据所教学生的实际需求以及实际的掌握情况合理的安排学生的上课时间，并且对于之后课程的进展以及相关的课程信息有全局性的了解.为了强化学生与教师之间的沟通交流，要在计算机网络虚拟实验教学平台内开辟一个留言管理的功能，这样为学生开辟了一个向教师问问题的方式，教师也可以定期的查询学生在学习过程中遇到的问题，在留言的区域内回复学生解决学生的学习问题.不仅如此，教师通过计算机网络虚拟实验教学平台还要实现成绩管理以及实验管理的功能，成绩管理的模块可以帮助教师将学生的学习成绩上传到系统上，方便学生第一时间了解自己的学习成果，而实验管理模块帮助教师在第一时间内将实验的任务以及相关的知识点上传到学生的作业平台上，使得学生在进行实验之前可以充分的了解所需要掌握的知识以及需要注意的实验步骤.

最后，计算机网络虚拟实验教学平台的学生功能需求的分析，通过这一网络学习平台，学生首要的需求就是了解实验课程的详细信息，包括了课程的时间、地点以及相关的知识以及实验的方案，并且学生通过这一平台可以了解到教师对于自己的教导，并在留言的功能帮助下向教师资讯相关的问题，增强了教师与学生之间的交流途径以及交流的效率.

经过上述的三个步骤，计算机网络虚拟实验教学平台的框架设计基本完成，在实际的开发动作之中，应当注意这些目标的实现：

首先，系统内的各个功能模块在实现之前都要对之进行抽象，并做好各个模块之间的联系以及实现，如此确保绘图、用户操作处理、核心仿真、初始化以及销毁等等功能都不会在运行的时候受到其它功能模块的影响，进而导致整个系统的运行效率降低.

其次，要为每一个系统功能模块选择一个固定的数据交互方式，为此，开发者在实现的时候才能将各种数据、输入信息以及仿真算法真正的实现在功能模块的运行之中，做到各个功能模块的真正交互方式的实现.

最后，在进行框架设计的时候，一定要确保每一个框架模块都能够做到松耦合，这样每一个功能模块之间的框架能够及时的搭建，为之后的系统运行以及效率的提高创造更便捷的抵达途径.

3 计算机网络虚拟实验教学平台的设计以及系统实现

计算机网络虚拟实验教学平台主要有三层系统结构，包括了引擎层、仿真框架层以及实现仿真实现层的结构，其中，系统结构中的引擎层是计算机网络虚拟实验教学平台的底层绘制工作，在网络平台的绘制基础上，可以实对系统运行所需要的信息进行采集，对所搜集的信息进行搜集处理，之后使用信息处理函数对使用的函数进行借调，实现计算机网络虚拟实验教学平台的整体数据的初始化以及多余数据的销毁.而系统的仿真框架层为系统提供了一个专门针对仿真系统的通用框架，仿真框架层是在引擎层的基础上实现的，在仿真框架层的基础上，对实验模拟流程进行数据模拟以及流转，以此来实现引擎层的功能调用，在仿真实现层的框架基础上，计算机网络的仿真系统的各项功能都能得到很好的实现，包括了网络拓补、网络协议以及各种类型的网络设备.

为了实现计算机网络虚拟实验教学平台的运转，计算机网络虚拟实验教学平台采用的是B/S架构，虚拟的实验平台是在Java 2D的基础上实现的，并将其作为底层的绘制技术，使用Applet插件实现整个系统的开发，并将插件嵌入到浏览器之中，使得计算机网络虚拟实验教学平台能够在Linux和Windows系统下都可以高效率的运行以及使用.

在进行计算机网络虚拟实验教学平台设计的时候主要使用的是MVC机制，这项机制能够实现对数据、视图以及控制器的把握，确保三者之间有足够的耦合机制将其联系在一起，其中，数据一项主要是用来记录计算机网络虚拟实验教学平台内的数据的记录以及多功能函数的控制，确保数据操作的接口以及未来的算法能够在系统的处理器以及控制器的辅助下实现信息数据的完整的处理；其中的视图主要是完成系统内的绘制的工作，这项工作能够实现计算机网络虚拟实验教学平台的用户绘制接口的处理，并对网络平台的外观进行完善；而控制器实现的功能主要是负责将鼠标以及键盘录入的信息进行数据统计以及调用，借此来实现接口数据的进一步修改完善，并使用这些信息进行下一步的数据信息的绘制.

在进行计算机网络虚拟实验教学平台的技术绘制的时候，采用的是Java 2D技术的，这一技术能够使用双缓冲机制技术将所有的后台信息备份好以便绘制的使用，之后在再将后台的数据传递到前台实现数据的显示以及使用，这样可以有效的减少系统网络平台出现屏幕闪烁的问题，与此同时，还可以借助纹理技术来提高计算机网络虚拟实验教学平台的绘制速度以及运行的效率，由于计算机网络虚拟实验教学平台采用了B/S的网络管理结构，在使用信息组件实现用户信息管理、实验管理以及成绩管理等等模块功能的时候，并不会缺乏仿真系统的逻辑运算关系的混乱，反而是为仿真平台的构建创造一个鞥更好的条件以及重点，为之后的系统运转奠定了良好的基础以及可能，提高了计算机网络虚拟实验教学平台的开发效率以及仿真组件的质量.

4 计算机网络虚拟实验教学平台的数据库的设计

数据库内的存储数据结构的设计对于提高计算机网络虚拟实验教学平台的运行效率有非常重要的作用，因此在进行相关设计的时候一定要注意提高数据库的存取效率，保障数据的完整性以及一致性都得到合理的认可，并且系统内其它程序的设计也将会大大的提高.

在确保数据库的完整性的时候，对数据的处理要保证以下几点特征：

首先，数据库内的数据要具有准确无误的数据类型划分，数据的数值要在足够的数值范围内才可以有效的利用，确保数据的范围的时效性，不仅如此，单一的数据表格的数据之间应当不存在冲突的问题，这样才能在并行的数据表格之间实现不冲突，为此计算机网络虚拟实验教学平台能够实现功能的完全实现，这样才能直观的接收相关参数以及返回相关的状态，其次，在数据库内，还可以对数据表进行嵌套调用，以此来实现数据存储的数据查询以及数据库事务的高效处理，这样还可以与触发器实现高效的配合，完成对于数据库的保护，并在特殊的功能以及需求之下设计出具有特定功能性质的存储过程.

在进行数据表结构设计的时候，计算机网络虚拟实验教学平台内包含了学生信息表、教师信息表、课程信息表以及留言表以及测试系统表，这些数据表格在进行结构设计的时候不仅要包含其中的基本信息，还要高效率的实现数据库的图像数字识别，并在配套的模板匹配以及数据验证的过程中完成数据库的存储，监理有关字符数据点的阵表字段的行数、行数据以及字符数据点阵表的存储和利用，之后，数据库在运行的时候，统计表内的系统服务数据就能够快速的提取结果文件，将所有的数据进行汇总，得到相应的课程、教师以及学生的各方面的信息，与此同时，数据库内的各个程序段还能够实现安全、集中地控制管理，并对整个控制系统进行高效的安全维护，避免多个管理者出现分工不明确的弊端，并实现数据库管理的安全以及高效.

5 总结

随着计算机时代的到来，网络技术已经深入到人们的生活应用之中，各行各业对于计算机人才的需求逐渐的扩大，高校内对于完善计算机人才的培养模式也十分的重视，为了给学生创造一个完整的计算机网络实验的环境以及学习氛围，本文进行了计算机网络虚拟实验教学平台的设计以及开发，根据实际的计算机网络的实验的教学需求，为计算机网络虚拟实验教学平台选择了合适的功能模块，从网络平台的各类型用户的角度出发，分析了其不同的需求以及对于网络平台的功能，模拟真实的实验环境，在计算机网络的虚拟平台之上实现对于学生的教育以及管理，做到一对一的实验模式，提高学生的实践以及动手操作的能力，克服传统实验教学中存在的时间以及空间的教学弊端，为学生真正的创造实验环境，促进学生的创新意识以及创新能力的培养，加强师生之间的沟通交流，将网络的教育技术应用到高校的运转模式之中，打破传统教育模式的弊端.

〔1〕丁美荣,柴少明.基于虚拟实验与真实实验整合的计算机网络实验教学改革[J].现代教育技术,2007,17(7):99-102.

〔2〕谭方勇,张燕,李金祥.基于虚拟仿真软件技术的计算机网络实验教学体系[J].计算机时代,2011(11):51-53.

〔3〕陈凯,王汉兵,刘辉宇,等.基于多虚拟平台的计算机网络综合实验教学系统设计 [J].现代教育技术,2015,25(7): 107-112.

〔4〕李卓伟,李华,徐婷.计算机网络虚拟实验教学模式[J].实验室研究与探索,2006,25(1):60-62.

〔5〕谭金生,刘澎,冯凯.如何构建计算机网络“虚拟”实验教学平台[J].现代教育科学:高教研究,2010(S1):94-94.

〔6〕王越.基于B/S架构的计算机网络虚拟实验教学系统的研究与应用[D].厦门大学,2011.

〔7〕杜镇.基于虚拟化的计算机网络实验平台的研究与实现[D].中南大学,2014.

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1673-260X（2017）01-0009-03

2016-10-15