网络设备虚拟仿真实验教学设计

陆海峰　李慢慢　张雅娟　戴文娟

摘 要：科学技术与时代的发展下，越来越多的新兴技术推进了各个领域的创新，网络设备虚拟仿真技术的出现为网络设备教学提供了新的教学思路。虚拟仿真技术在网络教学中的应用，很大程度上降低了资金投入，解决了场地限制的问题，实现了网络教学的开放与创新。学生也可根据自身的学习情况弹性制定适合自己的教学实验，在虚拟环境下完成实验项目，有效推动虚拟仿真技术在各个领域中的应用。文章从网络设备虚拟仿真实验教学方面展开，分析了虚拟仿真技术在实际网络教学中的应用与发展。

关键词：网络教学;虚拟仿真;实验教学

0   引言

虚拟仿真技术也被称为虚拟现实技术，通过一个模拟的系统搭建形成另一个真实系统的交互技术，伴随科学技术与现代科技技术的不断创新优化，虚拟仿真技术也逐步应用于各个行业，形成系统的学科。目前虚拟仿真技术已经灵活应用于驾驶训练、城市规划、室内设计等诸多领域。本文围绕网络设备虚拟仿真实验教学，分析虚拟仿真技术在实际网络教学中的应用与发展。

网络设备虚拟仿真实验是一项交互性极强的教学工作，作为一项专业性极强的工科学科，对实践操作性要求较高，而目前传统的教学仍存在以理论为主，实际的教学效果与今后的职业应用并没有很好地衔接，虚拟仿真技术则很好地解决了缺乏现场操作与工程实践的问题。

1 网络设备虚拟仿真技术的实际意义

1.1 指导思路

我国长期教育改革与发展纲领中提出，要加强对优质教育资源的开发与应用。通过加强网络资源教学力量的投入，提高模拟仿真技术在工科学习与试验中的应用，创新教学思维，优化并改进学习方案，从而提高教学质量[1]。网络设备虚拟仿真技术为网络设备虚拟仿真实验教育的学习展开提供了重要支持，充分合理应用虚拟仿真技术创造教学环境，通过实际操作代替传统理论基础知识学习。

網络管理综合实训是计算机网络相关专业的一项系统化综合应用实训，是网络相关主干课程“网络交换与路由”“网络组建与管理”“网站建设”“网络操作系统”等知识融会贯通后开展的系统化集成综合应用实训。

虚拟仿真技术在计算机网络领域的应用逐步完善。在开始综合实际教学环节之前，可以根据单独应用的个体技术进行专项教学，如操作系统中的虚拟技术应用—虚拟内存、硬盘与网络组件应用[2]。

1.2 基础思路

在虚拟仿真技术网络实验中，利用虚拟软件在网络设备虚拟仿真实验教学环节展开综合管理与技术实际操作，在前期对教学任务的知识点展开分析，使学生对虚拟仿真技术的应用有一个明确的认知，交互形成较大的实训项目[3]。学生熟练掌握了理论技术，为后期实际网络设备虚拟仿真实验的部署打好基础，进而在管理网络网格、展开项目设计等实际工程项目中熟练地完成工作任务，提高教学质量。

1.3 综合实践目的

通过实际操作，使学生形成网络设备虚拟仿真实验建设的大体概念，不再拘泥于传统课堂对小范围的教学模拟带来的局限性，通过优化模拟环境，根据数据库的教学方案有目的地制定网络设备虚拟仿真实验的实施方法，满足职业教育的技术要求[4]。通过虚拟仿真技术的实际应用，以项目作为驱动力，有多个课题同时研发并展开学习整合，完成实际网络设备虚拟仿真实验的布设项目，提高教学水平与教学效率。

2 传统网络设备虚拟仿真实验教学中的不足

2.1 资金投入不足，设备更新慢

网络技术的更新换代速度较快，例如高层交换机、路由器等设备不仅价格昂贵且更新速度快，前期的教学基本可以满足学生对设备调试与试验的需求，主流设备更迭速度较快，试验设备无法满足更新的需求，导致技术学习方面跟不上时代发展，降低了学生的学习效率。

2.2 场地受限，无法模拟更多环境下的实际操作

在教学实验室内，网络设备虚拟仿真实验仅仅能够模拟单一或小型的工作局域网搭建，而网络设备虚拟仿真实验学习的实际意义在于实现大型场所的网络搭建预配置，传统教学实验仅能满足基础的网线卡接与网络连接的教学内容要求，与实际操作脱节。

2.3 实验点分散

由于网络设备虚拟仿真实验所服务的工作环境是通过各个节点交互完成，各个实验节点之间没有足够的连贯性，使学生在学习的过程中无法形成整体的大型建筑群体的网络设计概念。

2.4 缺乏创新

学生在传统的网络设备虚拟仿真实验学习环境中，所接触的网络实验都是在实验室建设阶段就设计好的，长期无法得到更新，限制了学生的创新能力。

3 虚拟仿真技术在网络设备虚拟仿真实验教学中的优点

3.1 创新实践能力

系统能够依照网络设备虚拟仿真实验学习环节的实际教学要求展开仿真实验，包含了学习内容中的具体需求分析、系统设计、工程预算与项目实施展开的多个环节。在综合布线基础上利用计算机系统网络建立完成网络拓扑环节，真实模拟了网络设备虚拟仿真实验中从设计到施工完成的全部过程。

这种学生根据自身特点设计、探究并加以实施的教学方式，更加合理有效地提高了学生网络设计与综合布线的能力，促进了学生工程实践能力与理论知识的有效结合，优化了学生的专业工程素养，使学生在学习环节达到实践性、综合系统的工程解析目的，提高了综合素养[5]。

3.2 创新教学模式

通过虚拟仿真技术构建多个教学场景，在完成网络设备虚拟仿真实验设计教学的同时，极大地增加了与真实工程场景的相似性[6]。系统通过参数模拟，可搭设办公集群、学校、公共建筑物等环境，在实际操作环节，学生通过三维交互，在预设脚本参数内，极大地保持了自由设计的仿真程度。

过去传统的实验教学是对理论知识的延伸，虚拟仿真技术则朝着综合性交互的方向发展，着重培养学生对网络设备虚拟仿真实验与综合知识的融合，在实际工程项目中，利用技术设计手段进行分析，独立完成工程设计并处理项目中存在的问题，优化学生的实际操作与创新思维。

4 仿真技术平台相关技术分析

4.1 平台开发工具

计算机虚拟组装与拆卸是依托于北京镭嘉科技有限公司的虚拟现实（VR）实验仿真教学系统，通过交互对象的方式，利用简单易于操作的人机交互体系，完成了计算机硬件中的3D交互。通过仿真平台的可视化系统，在平台内利用描绘的硬件实体作为实际对象，通过相关硬件之间的属性与组成关系建立计算机系统的模拟组装，形成完整可行的计算机硬件系统，完成教学与实验操作。

4.2 硬件构模技术

在虚拟组装试验的环节内，要依靠三维模型来定位并规划物体的位置。计算机组装与拆解虚拟仿真实验的硬件设备是利用虚拟现实（VR）实验仿真教学系统平台内置的节点导入模型。在通过理论学习与研究清楚硬件的组成与属性后，大部分计算机硬件都是具有规则的固定模型，例如CPU方形、内存条长方形、主板矩形，按照硬件常见的形状，从而确定在虚拟平台内的建模方式。想要完成虚拟实验平台的搭建，首先要确定实验的重要环节：实验场景区，通过虚拟平台的素材库建立模拟场景，增加学员的体验感;构建虚拟硬件CPU、主板、内存条、光驱、显卡等物理硬件的3D模型及相应的操作内容与实验环节所出现的现象与处理方式。

4.3 人机交互技术

虚拟仿真实验操作平台采用的人机交互模式将决定系统平台的操作灵活性。实验操作者选择虚拟现实（VR）实验仿真教学系统平台技术给实验者开拓了一个操作灵活、便捷的人机交互操作接口，学生登录系统后，将从云端下载之前的操作存档，学生通过VR眼镜、操作手柄就能够学习并熟悉计算机组装与拆解技术中各部分3D硬件模型的特点、接口、安装流程中所需要关注的注意事项，学生可以在自主操作中完成计算机组装内容的知识流程学习;在操作平台的实施中，学生可以对操作虚拟组装试验平台中任意实体对象进行选择、移动、缩放等仿真操作，进而完成计算机硬件组装与拆解的模拟过程。

4.4 实验模拟控制技术

在虚拟现实（VR）实验仿真教学系统计算机组装试验的环节内，实验模拟控制技术作为重要内容，通过观看与分析实验模型、了解实验中需要注意的具体事项以及模拟组装实验等，让学生通过模拟组装平台完成计算机硬件的组装，将实验操作过程中各个节点的成绩等通过学生端平台上传至教师系统。教师及时根据实验数据与具体完成情况对学生的成绩与操作中存在的问题保存并反馈给学生。其中，虚拟现实（VR）实验仿真教学系统平台实验控制是對整体组装仿真模拟的一个流程，具体分为3种模式分别为硬件展示学习模式、组装模拟仿真交互模式、场景模拟测评模式。学生端通过模拟进行组装或拆卸的场景仿真训练，最终完成教师制定的考试内容，试验完成后自己发送至教师端口。

作为虚拟仿真平台，除了完成计算机硬件的功能展示、模拟操作交互练习与测试之外，实验成绩的保存与评定也是重要的考核数据。通过虚拟组装实验平台的场景模拟测评考试，学生进行实际操作完成计算机硬件的组装与拆解，再由教师对学生的成绩进行评定与保存，并分析其中存在的问题，及时反馈给学生，并将操作录像存储在云端，为日后学生复习操作内容提供完整的对照参考。

5 结语

建立在虚拟仿真技术下的网络设备虚拟仿真实验平台能够将学生资料进行云端备份，学生在登录系统后加载资料，保证实验操作的连贯性。在整体与细节交互分析的试验过程中，学生也能直观理解并分析虚拟仿真技术对实际教学的创新性。虚拟仿真技术适用于操作性较强的学科学习，通过构建场景与操作模式，利用实践模拟结合理论知识，将教学任务更加直观地呈现在学生面前，提高了教学质量。

[参考文献]

[1]田英，王兴波，傅贵武，等.工程教育背景下智能制造虚拟仿真实验教学平台建设[J].中国设备工程，2021（7）：214-215.

[2]浦娟，陈书锦，叶慧.虚拟仿真技术在教学中的应用分析[J].现代职业教育，2021（15）：44-45.

[3]刘岳启.高校虚拟仿真实验教学项目建设研究[J].淮阴师范学院学报（自然科学版），2021（1）：81-83.

[4]郭秀艳，马国金，吴霞，等.“互联网+”视域下虚拟仿真实验教学[J].中国冶金教育，2021（1）：55-56.

[5]钱纭嘉，冯婧，苗萌，等.虚拟仿真实验在仪器分析实验教学中的应用[J].广州化工，2021（4）：169-170.

[6]林小芳.虚拟仿真技术在高校实验教学中的应用研究[J].福建电脑，2021（2）：52-54.

（编辑 王雪芬）

Teaching design of virtual simulation experiment for network equipment

Lu Haifeng， Li Manman， Zhang Yajuan， Dai Wenjuan

（Hainan University of Science and Technology， Haikou 571126， China）

Abstract：With the development of science and technology and the times， more and more new technologies have promoted the emergence of new plates in various fields. The emergence of virtual simulation technology of network equipment to a large extent has launched a new teaching idea for the teaching of network equipment. The application of virtual simulation technology in network teaching greatly reduces the capital investment， solves the problem of site restriction， and realizes the opening and innovation of network teaching. Students can also flexibly formulate their own teaching experiments according to their own learning situation， complete the experimental projects in the virtual environment， and effectively promote the application of virtual simulation technology in various fields. This paper analyzes the application and development of virtual simulation technology in practical network teaching from the aspect of virtual simulation experiment teaching of network equipment.

Key words：network teaching; virtual simulation; experimental teaching

基金项目：项目名称：网络设备互联虚拟仿真实验教学设计与运用;项目编号：202002017006。

作者简介：陆海峰（1986— ），男，广西桂林人，讲师，本科;研究方向：计算机网络，物联网。