摘要:基于Web的虛擬實驗室主要面向?qū)W習計算機網(wǎng)絡(luò)課程的學生，服務(wù)于計算機網(wǎng)絡(luò)實驗課程的教學。該虛擬實驗室綜合運用了多媒體技術(shù)、虛擬技術(shù)、流媒體技術(shù)等先進技術(shù)，使計算機網(wǎng)絡(luò)的實驗不再受時空的限制、不再受昂貴設(shè)備不足的限制，保障了實驗教學的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞:計算機網(wǎng)絡(luò);虛擬實驗室;網(wǎng)絡(luò)實驗

中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2009)15-3960-02

Research and Exploration for Virtual Laboratory of \"Computer Network\" Courses

CHEN Liang-hai

(Huaiyin Institute of Technology， Huai'an 223003， China)

Abstract: Web-based virtual laboratory for students of studying computer network， computer network services in the experimental curriculum. Comprehensive use of the virtual laboratory of multimedia technology， virtual technology， streaming media technology and other advanced technologies that make computer networks are no longer subject to experimental time constraints， lack of expensive equipment are no longer subject to restrictions to safeguard the quality of the teaching experiment.

Key words: computer networks; virtual laboratories; network experiment

1 引言

很多院校開設(shè)了計算機網(wǎng)絡(luò)的課程，讓學生深入地理解計算機網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)的最好的方法就是動手做實驗。學生只有通過足夠的驗證性實驗和一定數(shù)量的綜合性實驗，才能真正理解和掌握理論知識，獲得一定的綜合技能和實踐能力。但是由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備價格高、遠程學習方式的地域分散等問題，許多學校根本無法建設(shè)完善的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗環(huán)境，因此，如何實現(xiàn)虛擬的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學，成為了解決這一問題的重要途徑。

2 實驗課程現(xiàn)狀分析

2.1 硬件環(huán)境要求高

要構(gòu)建一個網(wǎng)絡(luò)專業(yè)實驗室需要配置較多的硬件設(shè)備，包括服務(wù)器、PC機、交換機、網(wǎng)卡網(wǎng)線、路由器、中繼器、網(wǎng)橋及相應(yīng)的工具等。這些設(shè)備價格都相對較高，每組實驗設(shè)備難以提供給不同實驗進度的學生共用，從而更增加了設(shè)備的需求量，給實驗室建設(shè)帶來一定的難度。

2.2 受時空限制

網(wǎng)絡(luò)課程具有較強的實踐性，往往需要反復實驗才能掌握，由于受實驗環(huán)境的影響只能在實驗室中進行，限制了實驗的空間和時間，在設(shè)備不足的情況下學生不可能有足夠的時間反復實踐，而且實驗室以外又不能進行實驗，使實驗效果得不到保證。

2.3 傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)教學實驗準備和實驗指導工作困難

網(wǎng)絡(luò)課程實驗的軟硬件環(huán)境的復雜性，使實驗環(huán)境的準備工作難度加大，除了保證設(shè)備無故障外，還要準備各種設(shè)備相應(yīng)的驅(qū)動程序，檢查軟件系統(tǒng)是否符合要求，要保證所有操作系統(tǒng)的正確安裝運行。對于熟練的專業(yè)人員來說也會常出意外，對學生來說問題多，給實驗教師和實驗管理人員帶來相當大的難度。

3 虛擬實驗室建設(shè)可行性分析

對于計算機網(wǎng)絡(luò)課程來說，除了組網(wǎng)過程需要接觸實際硬件外，其他實驗都是通過計算機完成。利用計算機來仿真計算機上的實驗過程，只在后臺的控制是虛擬的，從學習者的角度看，其實驗過程和實驗結(jié)果與實際實驗并沒有任何區(qū)別，仿真度接近100%。

由于通過計算機進行的實驗是虛擬的，在虛擬實驗中操作的不是真實存在的設(shè)備，而是由計算機模擬的仿真設(shè)備，雖然虛擬實驗室可以使學習者不受時空限制地進行實驗，可以為實際實驗做心理上和實際操作的準備，但是，這并不能完全替代實驗設(shè)備的全部功能。因此，虛擬實驗不可避免地存在一些缺陷。比如，難以達到實際實驗的教學要求和實際操作的真實效果;教師與學生、學生與學生之間難以實現(xiàn)有效的交互和溝通;缺乏對學生的有效管理、評價和監(jiān)控等。

客觀冷靜地分析虛擬實驗存在的缺陷，目的在于揚長避短，改進和彌補其不足，以便有效地指導教學實踐。

4 計算機網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室系統(tǒng)

4.1 設(shè)計思路

我們采用異步教學模式中的多種Web瀏覽，通過Internet與用戶連接，實現(xiàn)遠程通訊。網(wǎng)絡(luò)上采用客戶機/服務(wù)器模式，服務(wù)器端負責數(shù)據(jù)的存儲、維護、處理;客戶端則負責人機界面操作，送出用戶需求和顯示取回的數(shù)據(jù)。整個系統(tǒng)包含網(wǎng)絡(luò)課程資料、實驗課程、實驗安排、虛擬實驗、實驗報告管理、創(chuàng)新實踐、交流論壇和用戶管理等內(nèi)容或功能模塊。結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

4.2 主要模塊設(shè)計

1) 實驗室簡介:介紹實驗儀器、實驗內(nèi)容、實驗室?guī)熧Y力量等。

2) 網(wǎng)絡(luò)課程材料:該模塊將計算機網(wǎng)絡(luò)課程的教學大綱、網(wǎng)絡(luò)課件、電子教案、視頻教學等資源進行制作與整理。

3) 實驗課程:以網(wǎng)頁或電子文檔的形式發(fā)布了計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教程。

4) 實驗安排:作為面向?qū)W員開放的公共教學實驗室，該系統(tǒng)定期發(fā)布實驗課表及畢業(yè)設(shè)計安排，方便學員安排自己的學習。對未作安排的學員或?qū)嶒烅椖?，學員可以進行網(wǎng)上預約申請。

5) 虛擬實驗:虛擬實驗?zāi)K用于介紹實驗的具體信息，以及引導學生虛擬參與實驗的過程，采用html網(wǎng)頁文字說明，結(jié)合FLASH和VRML等技術(shù)手段設(shè)計。不僅詳細的介紹實驗內(nèi)容，實驗要求，還形象演示了實驗設(shè)備及實驗原理。分別包括如下子模塊:

實驗介紹--動態(tài)列表顯示數(shù)據(jù)庫中的所有實驗。

網(wǎng)絡(luò)原理演示--采用FLASH演示了一些網(wǎng)絡(luò)原理及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作原理。有TCP/IP模型、原理演示;中繼器、集線器、網(wǎng)橋、路由器、交換機工作原理演示等。

三維設(shè)備演示--這部分是實驗設(shè)備的三維交互式演示部分。分別對Cisco公司的主流路由器和交換機進行了建模，并結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)VRML技術(shù)，使用戶可以通過鼠標對實驗設(shè)備模型旋轉(zhuǎn)、多角度觀察，對于路由器和交換機有直觀的認識。實驗前需安裝VRML插件，頁面提供下載功能。

網(wǎng)絡(luò)使用試驗--這部分采用交互式動畫的方法指示學生如何一步一步地進行撥號上網(wǎng)設(shè)置和網(wǎng)卡設(shè)置等。

網(wǎng)絡(luò)編程實驗--用Flash演示了網(wǎng)絡(luò)socket編程原理等。

組網(wǎng)實驗--組網(wǎng)實驗部分詳細介紹了CCNA考試的內(nèi)容，主要有:互連網(wǎng)絡(luò)的模型、Cisco路由器、交換機和集線器的特點;Cisco IOS軟件的初步知識;TCP/IP協(xié)議套件的綜合概括;管理廣域網(wǎng)，配置ISDN、幀中繼和ATM;學習IP配置;Novell IPX協(xié)議棧、IPX封裝類型和SAP及RIP的配置;使用訪問表進行基本的通信量管理;默認的局域網(wǎng)連網(wǎng)，跨域配置VLAN。除此之外，教師可以使用發(fā)布實驗子模塊來隨時動態(tài)地增加實驗。

6) 實驗報告:教師使用該模塊來查看學生的實驗報告，并為實驗報告評分，填寫評語。

7) 創(chuàng)新實踐:針對興趣廣泛、學有余力的學員，開辦了創(chuàng)新實踐欄目。

8) 交流論壇:包括網(wǎng)絡(luò)理論教學、計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、畢業(yè)設(shè)計網(wǎng)上指導等版塊，為教師和學員提供交流和學習的平臺。

9) 用戶管理:用戶管理包含教師信息管理和班級信息管理。

4.3 系統(tǒng)開發(fā)與實現(xiàn)

計算機網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室系統(tǒng)最終以網(wǎng)站的形式實現(xiàn)，各個模塊內(nèi)容采用DHTML、CSS、Javascript、ASP.NET與數(shù)據(jù)庫等技術(shù)制作成網(wǎng)頁，包含了豐富的文字、圖片、視頻、動畫等多媒體內(nèi)容。網(wǎng)頁的制作需要多種開發(fā)工具進行，包括專業(yè)的網(wǎng)站開發(fā)軟件、圖像處理軟件、視頻編輯軟件、動畫制作軟件等。為了增強網(wǎng)頁的顯示效果，采用一些小巧的網(wǎng)頁設(shè)計輔助軟件也是非常必要的。綜合考慮計算機將網(wǎng)絡(luò)實驗的學科和課程特點、開發(fā)軟件的技術(shù)特點以及使用對象的特點，本系統(tǒng)可以采用Flash工具進行虛擬實驗?zāi)K的開發(fā)。

5 結(jié)束語

基于Web的計算機網(wǎng)絡(luò)課程虛擬實驗室的建設(shè)，既可以解決許多學校因資金不足而難滿足網(wǎng)絡(luò)實驗的要求，又能滿足遠程教育中網(wǎng)絡(luò)課程的實驗要求。隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)和學者們的深入研究，相信網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗畢將成為計算機網(wǎng)絡(luò)實驗室建設(shè)的主要內(nèi)容。

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