“互联网+”背景下虚拟仿真技术在计算机网络课程教学中的应用

陆海峰 李慢慢 张雅娟 顾逢润

【摘要】    计算机网络课程的教学不仅是理论知识，而且是实践操作，然而，由于实验室成本高，网络设备随着互联网+技术的发展更新迅速，给计算机网络课程的实践教学带来了很大的困难，这使得学生无法运用理论知识操作实际设备。

【关键词】    互联网+    虚拟仿真    计算机网络    教学

互联网+环境下，计算机网络课程必须与时俱进，这就要求虚拟仿真技术在计算机网络课程中的应用，虚拟仿真技术可以提高教学质量，提高学生理解课程的能力，达到更好的学习效果。

一、虚拟仿真技术简介

1.虚拟仿真技术。虚拟仿真技术在美国、日本和德国已有20多年的历史，它主要依靠数字网络、模拟系统理论和信息交换技术，在网络设备和网络协议的开放应用中对实际数字信息系统进行动态管理。目前，计算机网络教学主要采用两种虚拟仿真技术：一是构建虚拟仿真技术，二是将虚拟仿真技术引入计算机网络教学中，从而提高学生的学习兴趣，解决教学中的问题和难点，提高教学质量和学生素质[1]。

2.虚拟仿真技术的优势。虚拟仿真技术使用特定的软件来模拟物理机器的性能，提供更真实的硬件环境，同时运行多个系统。此外，它还可以模拟一个与实际网络完全兼容的虚拟局域网环境，避免硬件冲突。利用该技术可以生动地展示局域网的运行情况，为学生提供良好的学习环境。

二、互联网+环境下计算机网络课程教学中使用虚拟仿真技术的必要性

1.虚拟仿真技术可以弥补设备不能随时更换的局限性。随着互联网技术飞速发展，在计算机网络课程教学中，经常会出现硬件条件不能及时更新，不能满足需求的情况。例如，如果每个学生都使用路由器，在计算机网络课程中设置路由器是不现实的，将虚拟仿真实验融入到计算机教学中，学生只需在计算机上做实验就可以完成实验任务，不仅缓解了设备不足的问题，節省了实验资金的投入，还提高了操作能力[2]。

2.减少教育投入。在实际的教学中，往往需要花费大量资金购买设备，而虚拟仿真技术可以大大降低教学成本。例如，在计算机网络课程教学中，学生经常会出现电路顺序错误，水晶头与电路接触不良，导致实验失败，重复实验会导致实验用品的大量浪费，增加实验用品的采购，这肯定会增加实验费用的投入，如果用虚拟仿真实验代替实际实验，当模具和钢丝失效时，可以重复实验而不浪费设备，这样可以大大减少实验经费的投入，更多的经费可以投入到其他的教学科研工作中。

3.培养学生网络课程实践的兴趣。在计算机网络教学过程中，学生可以直观地观察演示操作方法和步骤，甚至可以看到不正确操作的结果，从而提高学习效果。

三、互联网+环境下虚拟仿真技术在计算机网络教学中的重要性

在计算机网络课程的教学体验和实践过程中，教师可以结合教学实践设计相应的虚拟仿真模型，从学生认知的角度对虚拟仿真模型进行分析和创新。在培养学生对理论课各知识点的全面理解的基础上，也可以培养学生的创新能力和创新意识。在整个教学过程中，教师可以将计算机网络教学的知识点进行整合，建立一条主线和一条辅助线，从而扩展了主线教学，让学生感觉知识点是分散的，拓宽教学的指导思想，使学生的整体学习思想特别清晰[3]。

四、计算机网络课程教学的现状

首先，实验室环境没有保障，在一些网络实验项目中，为了保证实验的顺利进行，往往对实验阶段进行了仔细的界定，限制了学生的自主性，实验过程一般是照本宣科的，老师给出详细的任务，学生在老师的指导下完成实验，因此，学生不能将网络理论知识应用到实际工作中，提高实践能力。

在网络课程的培训或实践中，由于缺乏网络路由器、防火墙等网络设施和设备，学生的学习受到限制，相关实验设备不能有效使用。经常几个人共用一个设备，降低了学生在线学习的热情。此外，一些网络实验室缺乏完善的管理制度，学生随意安装设备和线缆，导致设备和线缆损坏。

其次，网络知识的快速更新使实践教学资源与产业发展分离。目前，随着网络技术的飞速发展和新技术、新法规的出现，学生的网络技术与行业实践严重脱节。

五、计算机网络课程教学存在的弊端

5.1理论与实践不对称

计算机网络作为一门综合性的实践学科，其理论知识在一定程度上是抽象的，同时，网络优化更新的效率也影响着网络优化更新的效率，模块之间的数据传输方式和工作机制也存在明显的冗余问题。在整个网络系统的实际运行中，从其范围和学生的知识体系来看，大部分知识都超出了学生的认知范围，这也导致了网络数据的螺旋效应，不能更好地整合学生的学习需求，在学习了相关知识点后，学生不能进行深入的分析。此外，计算机网络课程的可行性要求教师对课程知识进行现场讲解，让学生真正了解理论知识在实践中的应用。然而，在大多数计算机网络课程中，教师们继续把重点放在理论上，受实验室设备缺乏的影响，知识往往是老师用来获取一种知识，但学生不能将这种知识应用到实践中，所以自己的知识体系不能与更多的实用知识建立明确的联系。

5.2单一的教育形式

教学形式的单一，即教师把课堂教学简化成一定的教材。例如，课堂教学通常是主要的教学方法，对长期学习很有帮助，以固定的方向传授知识，限制创造性思维。书本作为主要教学课题，不符合信息技术的发展趋势，不利于学生创新能力的培养，导致学校教育与社会教育严重脱节，不能为人才对接提供有效保障。

六、互联网+环境下虚拟仿真技术在计算机网络教学中的应用

6.1建立虚拟知识架构平台，提高学生的主观能动性

在计算机网络课程中，必须在开始前讲授理论知识，使学生对整个知识框架有一个初步的了解，充分了解各个知识点与实际过程之间的兼容性，这样就可以建立一个具有抽象思维的知识框架。虚拟仿真技术的应用就是同步这些知识点，并创建相应的教学实践场景，使所有的教学知识点都能在网络模型中准确处理，在对学生的理论知识进行初步解释的同时，也可以通过模拟实际操作来验证自己的经验和知识，虚拟仿真教学环境的构建使整个系统能够执行一定的精度控制过程，而程序、预算和设备运行属于两个独立的系统，就像电脑设备一样，不会对电脑设备造成任何损害。在课堂上，学生对知识的理解可以同步应用到实际操作中，从而大大减轻了传统计算机操作教学中设备的操作负担，有效地激发了学生的主观能动性。使学生的思维能力得到更好的发展，进而为教学理论本身与学生的知识提供一个对接的平台[4]。

6.2连接互联网设备，提高教学纠错能力

目前，在计算机网络实验教学中，由于学生人数众多，对实验设备的要求较高，这就增加了间接的经济成本，有的学校甚至引进教学设备。此外，教育资源的均衡分配会增加教学负担，成为师生严重短缺的问题。在虚拟仿真技术的应用中，仿真教学环境由软件构建。北京镭嘉科技科技有限公司的虚拟现实（VR）实验仿真教学系统能够准确模拟各种网络运行环境，整合通信设备、信息交换设备等资源，并设置相关参数，当学生在虚拟仿真环境中出现错误时，数据采集系统和分析系统会自动分析这些参数是否存在于异常行为中，并将其实时传输到虚拟交互界面，使学生能够清楚地了解自己在实际操作中所面临的问题，作为这种有效教育的一部分，学生可以加强理论知识与实践知识的匹配，深入分析理论知识与实践的差距，提高学生独立解决问题的能力，此外，借助虚拟仿真技术和计算机网络互联设备，可以有效消除传统计算机课程在综合教学中的局限性，仿真平台的建设和应用也将突破时间和空间的障碍。计算机设备需要安装相应的教学软件，构建虚拟场景，为学生提供实用的工作空间，为学生开发标准化的知识体系奠定基础。

6.3确定实践教学目标，搭建虚拟网络实验平台

北京镭嘉科技科技有限公司的虚拟现实（VR）实验仿真教学系统以概念、设计、实施和利用为基础，强调项目的规划、设计、实施和开发。根据计算机网络课程实践教学的要求，确定了课程性质、教学内容和实践课程时间。将网络知识运用到实际应用中，根据网络原理设计不同规模、不同环境的网络平台，对网络进行管理，包括监控、测试、配置、分析、评估和控制网络资源，优化软件和硬件，负责网络安全管理工作。构建虚拟网络实验平台作为一种实践教学方法，其主要目的是引导学生围绕教学内容构建相应的虚拟学习环境，帮助学生从实际操作中掌握网络知识，并将其与应用相结合。

6.4虚拟实验平台的实际应用效果

利用虚拟技术构建仿真实践教学系统，可以结合网络课程的内容，建立不同的训练方案，使学生了解虚拟平台的相关实验原理，培养实际操作能力，路由器仿真体验，虚拟体验平台集成了路由器、服务器、交换机等设备，支持UDP、http、DNS协议。学生可以通过直观的网络数据包传输过程创建网络拓扑结构，完成网络设备的配置、调试和体验。同时，学生可以在网络仿真环境配置中分析网络性能。在网络安全仿真实验中，结合当前网络病毒检测与控制的要求，将数百个不同的病毒源程序集成到虚拟网络平台中，让学生从代码分析中了解病毒传播的工作原理和模式[6]。

在病毒模拟实验中，将班上的学生分成小组，将学生作为攻击和防御的一部分。攻击者启动病毒源程序，入侵网络。防护团队启动漏洞检测程序，捕获病毒程序，分析网络系统的感染情况，并提出对策。在整个过程中，同学们真正认识到了病毒的危害，并通过对病毒的分析和防范，加強了网络病毒攻防知识的应用。

七、结束语

总之，互联网+环境下虚拟仿真技术的应用可以有效地实现计算机网络实验教学的实施，从而消除了硬件设施的局限性，有效地解决了设备不足的问题。完善计算机网络实验教学环境，同时，有利于学生更好的理解理论知识，通过虚拟仿真技术更方便的训练和体验，也能激发学生的学习动机，虚拟仿真技术不仅可以降低教学成本和高昂的成本投入，而且可以提高教学质量和效率，加深学生对实际操作的印象，因此，根据计算机网络实验教学的实际需要，大力鼓励虚拟仿真技术在计算机网络实验教学中的应用。

参  考  文  献

[1]黎娟.“互联网+”背景下高职计算机网络课程教学改革探究[J].电脑知识与技术，2021，17（02）：120-121.

[2]吴凯.互联网+背景下虚拟仿真技术在计算机网络课程教学中的应用[J].湖北开放职业学院学报，2020，33（22）：133-134.

[3]韩洁.基于“互联网+”的计算机网络课程教学改革探索[J].科教文汇（中旬刊），2020（10）：93-94.

[4]王国豪.基于“互联网+”的计算机网络课程教学改革探索[J].丽水学院学报，2020，42（02）：99-103.

[5]李飞飞.“互联网+”时代中职计算机网络课程教学模式探索[J].电脑知识与技术，2019，15（08）：106-107.