虚拟仿真技术在技工院校计算机实训教学应用研究

摘  要：本文分析了技工院校计算机网络实训教学的现状以及存在的问题，引出了建设基于虚拟仿真技术的网络实训室的重要性，文章中先介绍了虚拟仿真技术，再讲述了其在计算机教学中的优势所在。并以Cisco Packet Trace为例，探讨了如何运用该虚拟仿真软件进行小型局域网的组网和测试工作，并证明了虚拟仿真技术在计算机网络实训教学中的可行性。同时也点出了运用虚拟仿真技术进行计算机网络教学现行存在的问题分析，并尝试给出了解决的办法。最后，由点及面进行了总结，指出了我们既要认识到虚拟仿真技术给计算机网络教学带来的创新，同时又要了解到其为我们带来的挑战。

关键词：虚拟仿真技术;计算机网络;技工院校;计算机实训教学

中图分类号：TP391.9;G718.1     文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）12-0078-03

Abstract：This paper analyses the present situation and existing problems of computer network training teaching in technical colleges. It points out that the importance of building network training room based on virtual simulation technology. Firstly，the paper introduces virtual simulation technology，and then describes its advantages in computer teaching. Taking Cisco Packet Trace as an example，it discusses how to use the virtual simulation software to carry out small bureau. The networking and testing work of LAN proves the feasibility of virtual simulation technology in computer network training teaching. At the same time，it points out the existing problems of using virtual simulation technology in computer network teaching，and tries to give solutions. Finally，the paper summarizes the points and aspects，and points out that we should not only see the innovation brought by virtual simulation technology to computer network teaching，but also recognize the challenges it brings to us. In this paper，virtual simulation technology is introduced into computer teaching.

Keywords：virtual reality technology;computer network;technical schools;computer practice teaching

0  引  言

近年来，随着我国经济的发展和技工教育改革力度的不断加大，社会对技工教育的要求也逐渐提高，对技术型人才的需求也逐渐加大，这对技工教育提出了更高的目标和要求。技工教育的重要特点是实训教学，培养学生的实际操作能力。但就目前而言，由于各种原因，导致技工院校的实训教学受到资金、场地、专业等制约问题严重，因而无法真正达到学生实训教学的要求，因此，将虚拟仿真技术应用到技工教育实训教学当中，具有重要的实际意义。本文以计算机网络课程实训教学为例进行探讨分析。

1  技工院校计算机网络实训教学现状

1.1  计算机网络课程教学仍局限于纯理论当中

目前一些偏远地区的技工院校，因为设备和场地等因素的制约，计算机类课程仍处在纯理论阶段，尤其是对计算机实训室设置需求较高的计算机网络课程，在这类学校中更加难以开展，加上课程内容过于抽象，导致学生无法理解相关原理与知识，更无法体会到其中的乐趣，从而打击了他们对计算机专业知识学习的信心。

1.2  计算机实践教学受资金、设备和场地的限制问题突出

目前在我国，建设一个高水平的计算机网络实训室，至少需要投入200万资金，而且建成的实训室仅够提供给50-60人同时使用。费用的昂贵令不少技工院校望而却步。投入大，回报小，使得学校的计算机网络实训类课程难以实施。

1.3  计算机实操课课堂课后脱节

传统的网络实训室因受硬件等设备和课程安排的制约，许多教学大纲内的实验内容无法进行，另外，在传统的实训模式下，大部分学生只能在实训课上利用实训室的设备进行操作，課后却无法很好地进行练习巩固，学过的知识很快就忘记的现象屡屡存在。因而导致了学生的网络实操类动手能力较差，无法适应社会的需要。

2  虚拟仿真技术概述

2.1  什么是虚拟仿真技术

虚拟仿真技术又称为虚拟现实技术（Virtual Reality），是指由计算机生成特定的模拟环境，并通过专用设备令用户仿佛置身于这个环境中，实现用户和该模拟情境直接进行交互的技术[1]。

2.2  虚拟仿真技术的特征

虚拟仿真技术最突出的特征是投入性和交互性。[2]

2.2.1  投入性

虚拟仿真技术可以使人很自然地投入到事先设计好的模拟情境中，当我们身处于这种环境，身临其境的感觉使得我们觉得自己就是该环境的一部分，从而使我们的角色由被动转变为主动。

2.2.2  交互性

在虚拟仿真环境中，人与环境可以相互作用。人类能用自然的行为作用于环境，同时，环境会根据我们的行为作出相应的反应。

3  虚拟仿真技术在计算机教学中的应用价值

3.1  沉浸式的模拟环境，创新了教学模式

虚拟仿真技术所设计的虚拟环境以现实环境为基础，它能模拟出具有真实沉浸感和良好交互性的学习环境，从而弥补在教学使用中传统多媒体技术在沉浸和交互上的不足[2]。

3.2  不受时空限制，改善教学实操环境

技工教育开展实操教学最大的困难之一是空间和时间的限制。在传统的教学模式中，学生一旦走出实训室，便无法再进行实操类学习，这不利于他们课后对知识的巩固。而虚拟仿真技术在教育中应用最大的优势就是它打破了地域和时间的限制，为学生提供一个理想的虚拟实操环境[2]。

3.3  降低教学成本，规避传统实操类风险

虚拟仿真技术的核心是计算机软件的辅助，而计算机软件本身所具有的灵活特点，可以使多种计算机实操训练能在同一实训室中进行，同时又不会产生真实的材料消耗，大大降低了教学成本。另外，由于虚拟仿真技术是模拟的真实工作环境，可以让学生完全投入地进行学习和模拟操作，这样便可以免除学生人身安全顾虑，规避风险。

就目前一般技工院校的情况来说，比较容易实现的是使用Packet Trace仿真软件进行计算机辅助教学。[1]

4  Cisco Packet Trace在计算机网络实训教学中的应用

4.1  Cisco Packet Trace简介

Packet Trace是思科公司针对计算机网络初学者开发的一种虚拟仿真软件，软件中提供了设计网络拓扑结构、配置路由器和交换机、测试和排除网络故障的仿真环境，是学生们学习组网、进行网络配置和协议分析不可或缺的辅助工具。

Packet Trace中可以支持多种网络协议，除了可支持比较常见的HTTP、TCP、UDP、DNS、STP等协议外，还能支持不常使用的协议，如：ARRP、HDLC、IPv6等。另外，它还能支持各种网络仿真设备，如各种型号的路由器、交换机、服务器和电缆等[3]。

4.2  Packet Trace在实训教学中的应用

下面，我们运用Packet Trace虚拟仿真软件，进行一个小型企业局域网的组建。

4.2.1  需求分析

该企业内部由主要的两个部门（财政部和策划部）和其他部门组成。组建起来的局域网要求至少达到以下三方面的要求：

（1）实现资源共享。局域网内实现办公自动化，可共享数据库、打印机等。

（2）实现通讯服务。局域网的用户能对广域网进行安全访问，如访问互联网、以及进行正常的邮件收发。

（3）财务部的数据保密。对于一般企业而言，财务部是比较敏感的部门，因此，所组建的局域网需要对财务部进行独立，另外，财务部还需要共享服务器中的信息，因此，设计的局域网要求既可以使财务部的人员可以共享局域网内服务器的数据资源，又可以控制其他部门甚至外网不能共享财务部的数据信息。

4.2.2  主要技术分析

由于财务部是比较敏感的部门，因此，在局域网中，需要对财务部进行独立，这方面我们可以利用VLAN技术将其独立开来。另外，财务部还需要共享服务器中的信息，这就需要配置单臂路由，可是，在配置单臂路由后会导致财政部的信息泄露。因此，要实现这个功能，该小型企业局域网需涉及VLAN技术、静动态路由技术、单臂路由技术。

4.2.3  设计及配置的主要步骤

（1）设计拓扑结构，将路由器和交换机的端口状态都启用。

（2）分配好IP地址，并设置好默认网关。

（3）划分网段。

（4）选择路由协议，配置路由，并为路由器设置密码。

4.2.4  设计网络拓扑结构

构建局域网所需的设备有：思科1841型路由器（3台）;思科2950-24型交换机（3台）;思科Server-PT型服务器（1台）;思科Printer-PT型打印机（1台）;思科PC-PT型电脑（6台）;直通線及DTE若干。具体拓扑结构图如图1所示。

4.2.5  网络配置

首先将路由2（R2）设置为静态路由、路由3（R3）设置为单臂路由、路由6（R6）同样进行静态路由设置，然后将SW3把财务部1-16端口划到VLAN50进行隔离。

4.2.6  运行及调试

完成配置后，可以对网络进行测试，通过事件列表（如图2）可以查看设备及数据包的详细信息，如果遇到问题，可以即时对配置指令进行修改，直至整个网络搭建完成。

4.3  总结

在传统的计算机网络教学模式当中，搭建小型局域网的操作项目是无法完成的，因为组网所需的硬件和软件要求高，价格昂贵，非一般学校能负担得起，而且，操作稍有不当，便会造成设备的损坏，总体可操作性不强。

但是，在Packet Trace虚拟仿真环境中，教师们无须担心费用及学生的操作不当带来的损失问题，同时又可以使学生学习到组网的知识并身临其境地进行操作，加深了其对网络知识的理解，一举两得。

5  存在的问题

由上可见，虚拟仿真技术确实为我们带来教学上的便利。但是，在实施的过程中，仍然存在一些问题，具体表现在以下三方面：

（1）虚拟仿真技术作为一项新兴的技术引入计算机网络这门课的教学当中，对该门课程的教师是一个挑战，如何能让老师用得好，教得好，也是一个新课题。首先对教师们进行培训，让他们理解并熟悉网络仿真实训室，这样才能发挥实训室给我们带来的优势。

（2）就目前而言，与虚拟仿真实训室相配套的计算机网络实训教材相对缺乏，教师备课、上课较吃力，老师们为了上好一节实训课，往往需要花費大量心血查找适合的资料以便上课使用。所以，当仿真实训室建成后，编写相应的实训教材成了首要任务。

（3）虽然以上所列举的Packet Trace虚拟仿真实训在一般的计算机网络实训室都能实现，但是，如果要真真切切建设一个虚拟仿真实训室，其所需要的资金是不少的，而且技术要求较高、建设周期长，这些是不能忽视的问题。针对这些问题，技工院校在建设虚拟仿真实训室的过程中可以遵循兼顾社会服务、优先引入、慎重自建、边建边用、建用结合、开放共享的原则，积极借助社会力量，协同构建仿真实训环境，经济高效地为学生、教师提供虚拟仿真技术服务[4]。

6  结  论

虽然虚拟仿真技术具有建设周期较长、技术要求高、建设资金投入大等特点，但不可否认，它确实为技工院校的教学带来新突破，以计算机网络这门课程的教学为例，虚拟仿真技术为其带来了新思路，并且颠覆了传统的教学观念，使抽象的计算机网络理论和技术性知识变得容易理解与掌握，这对学生综合应用能力的提高以及实践创新能力的培养有极大的促进作用。因此，在技工院校算机实训教学中引进虚拟仿真技术有重要的意义，同时也是趋势所在。

参考文献：

[1] 苏燕，梁武.虚拟仿真技术在计算机教学的应用研究 [J].电脑知识与技术，2017，13（31）：151-152.

[2] 覃斌.VR虚拟现实技术在职业教育中的应用价值评述 [J].辽宁高职学报，2017，19（2）：107-109.

[3] 韩凤英.虚拟仿真技术在高职计算机网络实训中的应用——以Packet Trace软件为例 [J].职业时空，2015，11（5）：59-62.

[4] 张彦忠，王世安.以虚拟仿真技术助推职业教育信息化发展——以广州工程技术职业学院为例 [J].教育信息技术，2017（12）：3-6.

作者简介：黄莺（1981-），女，汉族，广东茂名人，讲师，工程硕士，研究方向：计算机网络、程序设计。