网络工程专业虚拟仿真实验平台建设改革

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摘要：目前针对网络工程专业的招聘岗位多为技术性要求较高的岗位对实践动手能力的要求较高。因此实验教学对于网络工程专业的学生培养显得尤为重要。由于实验教学资金、场地的限制，一些实验根本无法实现，为解决此问题，我们设计了基于虚拟仿真的实验教学平台，针对虚拟仿真实验的优势与特点对传统实验课程教学模式进行调整。

关键词：网络工程；虚拟仿真；实验教学；教学改革

通过对招聘市场上网络工程专业的需求调查发现，网络工程专业招聘岗位包括网络工程师、网络管理员、系统管理员、运维工程师、系统工程师、系统集成工程师等等，这些岗位对发现问题、解决问题的实践性要求都很高。这就要求学生在大学期间除了掌握基本的理论知识外，还要提高实践技能。因此对于网络工程专业的学生而言，实验教学就显得尤为重要。如果学生仅停留在理论知识的学习、在实践环节欠缺，将导致学生就业遇到很大的困难。为弥补这方面的不足，我们研究开发了网络工程专业虚拟仿真实验平台，并针对新平台下的实验内容，对课程进行了改革。

一、传统实验教学的特点与不足

1.搭建小型化的实验场地。参照实际场景，铺设线路，搭建设备，构造微缩版的实验场景。缺点在于实验场地大小受限，仅能实现试验台式的模拟，很难模拟广阔场景下的网络工程实验。导致学生缺乏楼宇、楼群网络工程整体概念，缺乏整体性的概念。

2.采购实际网络设备，搭建实验环境。虽然学生可以在真实的设备上进行配置实验，但是设备更新慢，不能紧跟市场需求的变化。目前高校采购的实验设备至少使用5年，有的甚至10年都难以得到更换或升级，尤其对于一些非重点高校该问题更显突出。

3.搭建实验环境相对复杂。由于采用真实的网络设备，每次实验前教师都需要根据实验环境，对设备进行初始配置。学生练习后还需要将配置初始化。配置上的初始与还原浪费了老师和学生宝贵的学习时间。

4.由于采购资金的限制，设备的数量也是有限的，仅能模拟网络环境相对简单的实验，即便如此也不能同时满足大批量的学生同时实验。实验场地、时间都受到了限制。

5.由于每次实验都需要教师提前配置网络设备搭建环境，学生的实验内容相对单一，只能在设定的网络拓扑下进行实验操作，学生缺乏创新性的实验环境。

二、虚拟仿真实验教学平台的优势

当前虚拟仿真技术得到快速的发展，其应用领域也在不断拓展，涉及了虚拟场景漫游、虚拟汽车、轮船、飞机驾驶、虚拟作战指挥、虚拟制造等等。该技术解决了真实世界中操作成本高、风险大的难题，以先进的技术实现低成本的虚拟实验，同时又能有身临其境的感受。网络工程专业的虚拟仿真实验教学平台可以很好地解决一些受场地、资金、人力限制的实验场景的搭建，并能提供一种虚拟的但真实体验度很好的实验环境。其优势具体体现在以下几点。

1.利用计算机建模技术，我们可以实现任何楼宇、建筑群的环境搭建。当学生进入系统后，可以在实验场景里虚拟漫游，实际体验度较高。同时也能激发学生设计与解决问题的兴趣。

2.环境中所有的实验设备都可以通过安装不同厂家设备的虚拟机来实现。目前华为、思科等主流网络设备的厂商都提供设备的操作系统文件，我们可以通过模拟器运行相应的设备的操作系统实现网络设备调试模拟。只要有新的设备出来，我们就可以利用模拟器虚拟一台设备出来供学生实验使用，完美地解决了设备老旧以及数量限制的问题。

3.虚拟的实验场景，虚拟新设备的使用，更能激发学生的兴趣。同时学生在虚拟场景下可以自己设定实验场景，有利于提高学生的创新能力。

三、网络工程专业虚拟仿真实验教学平台的搭建

目前通过自主开发，已经实现了网络工程与综合布线实验的虚拟仿真，而这两门课程是对实践能力要求较高的课程。系统实现了教师可以针对学生的特点与兴趣搭建适合的虚拟场景，学生在虚拟环境中完成整个工程的需求分析、系统设计、系统预算与三维场景下的施工操作。学生完成实验后，教师可以在教师管理端随意浏览学生实验完成情况，并在线给予评价与成绩。有了该实验系统的支持，学生了实现随时随地接入校园网就可以完成实验的全部内容。这只是搭建网络工程专业虚拟仿真实验平台的一部分，随着开发的推进，将逐步实现网络工程专业涉及的网络协议仿真、网络安全仿真、通信仿真与信号处理仿真等等。实验平台当前是运行在一台高性能的服务器上，学生通过客户端程序连接服务器进行虚拟仿真的网络工程与综合布线的实验。随着实验系统的不断完善与丰富，同时为了提供性能更高的服务，实验服务端将搭建在一台云服务器上，并开放广域网访问权限。这样学生做实验将不局限于在实验室内，而是可以在任何可以访问网络的地方登陆虚拟仿真实验平台，进行实验环境的搭建并进行实验。教师可实现随时随登录教师端查看同时在线人数以及学生实验的进度与内容，及时发现学生的问题并指导。由于云服务器的特点，可以根据同时在线实验人数的增加动态扩充云服务器的内存、CPU配置，以提供更高性能的可靠、稳定实验环境。为保障实验环境安全性，在云服务器端安装网络防火墙与网络防入侵检测系统，在保证学生、教师正常访问的前提下对服务器实施严格的网络防护。系统运行的模拟图如下图所示：

四、在虚拟仿真环境下的实验教学改革

基于网络工程与综合布线的虚拟仿真实验教学系统，已经实施了4个学期的实践教学，可以明显感受到学生对课程实验的兴趣度得到了提高，并且通过对学生的考核与调查表明，他们对于知识的理解与掌握相对传统实验而言也有了较大的提高。最重要的一点就是学生实现了在以往传统实验环境中无法实现的实验在虚拟仿真环境下得到很好的体验。结合这两门课程的虚拟仿真的实验教学实践，制定了新环境下实验教学模式。

1.首先增加实验教学的课时。因为网络工程与综合布线本身对实践能力的要求就较高，模拟整个建筑或建筑群的需求分析、系统设计、三维施工的工作量就比较大，传统分配的课时相对不足。

2.将理论知识讲解与实验教学相结合，从课堂教学课时中划拨一部分课时在实验教学中进行讲解。课堂上，老师通过PPT给学生讲电信间、设备间、水平子系统、工作区子系统等概念时，学生很难理解，而通过虚拟仿真系统，在虚拟的三维场景下就相对简单多了。

3.由于虚拟仿真系统提供了一个虚拟的实验场景，比如酒店、公寓、商场等场景，我们的教学也需要利用虚拟仿真的优势，逐渐由课堂教学转向情景教学，吸引学生的注意力，对于提高学生对知识的理解与掌握也将起到很好的作用。

4.个性化定制实验内容。针对每个学生的兴趣点，可以为学生量身打造实验场景与需求。由于系统设计时提供场景库与各种需求的模板，教师可以自由组合出多种实验环境，并且教师只是通过简单的选择、确认就可以了，而不用像传统实验那样连接、调试设备。个性化的实验场景设定相对统一的实验环境而言更能针对学生的不足通过实验过程进行弥补，对于提高学生整体的实践能力将有很大的帮助。

5.课程的后期阶段，将鼓励学生自己搭建实验场景，自己设定所需要的设备类型与数量，教师只需要进行适当的指导。通过这样的练习，将明显提高学生的设计能力与独立思考的能力。

五、结束语

借助自主开发的基于虚拟仿真的网络工程与综合布线实验教学系统，经过4个学期的实验课程实际教学，我们发现虚拟仿真环境下的实验很好地解决了传统实验过程中遇到的难以解决的问题。虚拟仿真实验对于提高学生实验课程的兴趣度，提高学生的实践能力起到了很大的帮助作用。同时为提高实验教学水平，对实验课程进行了课时分配调整，授课内容也部分由课堂教学调整为虚拟仿真环境下的情景教学，实验课程的教学改革经过一段时间的验证也取得了成功。基于虚拟仿真的教学云平台的建设规划，我们将通过自主开发、软件采购的方式逐步完善网络工程专业其他课程的虚拟仿真实验课程建设，通过云平台服务为师生提供更好的教学实验环境。

参考文献：

[1]徐庚保，曾莲芝.虚拟仿真[J].计算机仿真，2012

[2]杨庆，黄陈蓉.虚拟现实与系统仿真实验教学改革探讨[J].实验技术与管理，2011

[3]张敬南，张谬钟.实验教学中虚拟仿真技术应用的研究[J].实验技术与管理，2013

[4]何文广，周珂，熊刚强.程序设计课程实验教学改革与实践[J].实验室研究与探索，2016

[5]陈华竣，赵士滨.开放式虚拟训练实训室的设计与建设[J].实验室研究与探索，2012

[6]施晓秋.应用型人才培养的网络工程实践课程体系构建[J].中国大学教育，2008

[7]李冬霞，陈佩，金恒丰.路由信息协议虚拟仿真系统设计[J].实验室研究与探索，2019

[8]侯冬曼，陈武喝，马佳洪.基于OpenGL的虚拟仿真实验设计[J].实验室研究与探索，2019

[9]李鸣华，李欣.高校实验教学的现状与改进策略研究[J].实验室科学，2008

[10]刘畅，柯健.虚拟仿真实验平台下探究式学习的设计与实践[J].中国教育信息化，2019

[11]沈元，金琼，李雁.虚拟仿真实验在环境工程专业实验教学中的创新与改革[J].教育现代化，2019

作者：吕青普 王朕 单位：天津财经大学理工学院信息科学与技术系