【摘 要】將虛擬技術(shù)應(yīng)用于《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課程中，利用物理環(huán)境與虛擬環(huán)境的結(jié)合，課堂授課與網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)相結(jié)合，能極大地提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，提升教學(xué)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；仿真

一、引言

虛擬現(xiàn)實(shí)作為一門新興的技術(shù)，近年來(lái)得到了快速的發(fā)展。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以有效減少開(kāi)發(fā)費(fèi)用，縮短試驗(yàn)周期，保證操作的安全性，因此在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。另一方面，隨著我國(guó)高等教育規(guī)模不斷擴(kuò)大和教育水平不斷提升，學(xué)科專業(yè)更加合理，教學(xué)內(nèi)容需要與時(shí)俱進(jìn)，這對(duì)于學(xué)校的師資力量和實(shí)驗(yàn)設(shè)備環(huán)境提出了新的要求，如果不能適應(yīng)學(xué)科的快速發(fā)展，將有可能導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量下滑。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)相結(jié)合，是高等教育近年來(lái)研究的熱點(diǎn)和關(guān)注的焦點(diǎn)。虛擬教學(xué)技術(shù)在教學(xué)內(nèi)容．教學(xué)結(jié)構(gòu)．教學(xué)模式及整個(gè)教學(xué)過(guò)程的密切應(yīng)用和有機(jī)結(jié)合， 將有助于高等教育方法的應(yīng)用創(chuàng)新和不斷發(fā)展。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

“虛擬”(Virtua1))一詞源于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域[1]，1983年美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局和麻省理工學(xué)院首先提出了虛擬制造(Virtual Manufacturing，簡(jiǎn)稱VM)的新概念，將虛擬用于工程領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality)是一種可創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它是以仿真的方式給用戶創(chuàng)造一個(gè)實(shí)時(shí)反映實(shí)體對(duì)象變化與相互作用的三維虛擬世界．使用戶可直接參與并探索仿真對(duì)象在所處環(huán)境中的作用與變化．產(chǎn)生沉浸感[2]。

虛擬現(xiàn)實(shí)主要包括仿真和虛擬實(shí)驗(yàn)、虛擬教學(xué)2個(gè)方面。和真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境相比，仿真和虛擬實(shí)驗(yàn)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

l.實(shí)驗(yàn)設(shè)備的虛擬性

仿真和虛擬設(shè)備一般由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和立體顯示硬件設(shè)備及軟件組成，它們具有和真實(shí)設(shè)備相同的感官，能完成相同的操作，但它們事實(shí)上并不存在，而是由計(jì)算機(jī)所模擬的設(shè)備、依賴的是對(duì)實(shí)物的模擬、是虛擬的。實(shí)驗(yàn)設(shè)備的虛擬性在很大程度上能減少實(shí)驗(yàn)設(shè)備與空間、節(jié)約資金、改善實(shí)驗(yàn)條件，并且能隨著技術(shù)的發(fā)展，方便地實(shí)現(xiàn)設(shè)備的升級(jí)換代。

2.實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的多目標(biāo)、多層次性

虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)茚槍?duì)具體的實(shí)驗(yàn)要求，滿足不同層次實(shí)驗(yàn)者的需要，如設(shè)備的操作、配置、開(kāi)發(fā)等多種層次的需求。虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的多目標(biāo)、多層次性有助于學(xué)生把科學(xué)的理性與邏輯、想象力與創(chuàng)造性相結(jié)合起來(lái)，有效地發(fā)揮自身的能動(dòng)性。

3.實(shí)驗(yàn)過(guò)程的靈活性

在虛擬實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，可設(shè)定各種不同的實(shí)驗(yàn)條件，通過(guò)對(duì)每種條件下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的變化和結(jié)果的分析，能夠加深對(duì)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步提出問(wèn)題和尋求解決問(wèn)題的興趣。

虛擬教學(xué)平臺(tái)是依托信息技術(shù)與通信技術(shù)，運(yùn)用特定的的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)跨時(shí)空、地域協(xié)同展開(kāi)教育科研活動(dòng)的一種模式[3]。其中的虛擬包含兩層意思，一是指虛擬技術(shù)，即信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它是為教學(xué)服務(wù)的信息化工具。正是在這個(gè)虛擬工具的幫助下，才能實(shí)現(xiàn)跨時(shí)空的教學(xué)活動(dòng)方式。二是指虛擬的交流對(duì)象，因?yàn)閰⑴c虛擬教學(xué)活動(dòng)的人不必面對(duì)面，而是以網(wǎng)絡(luò)上虛擬的身份登錄進(jìn)行討論，此時(shí)身份有可能難以確定。通過(guò)虛擬教學(xué)平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)豐富的資源共享，將課堂延伸至課外，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并為學(xué)生深入學(xué)習(xí)提供方法和手段。

三、虛擬技術(shù)在《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課程中的應(yīng)用

1.課程應(yīng)用背景

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)理論及技術(shù)的研究正在蓬勃發(fā)展，如網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、IPV6、移動(dòng)通信技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、無(wú)線局域網(wǎng)等。同時(shí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備也在不斷更新?lián)Q代，當(dāng)前主流的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有如CISCO、華為等大型廠商的路由器、交換機(jī)、防火墻等。在《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課程中，既要考慮到學(xué)生對(duì)基本網(wǎng)絡(luò)知識(shí)點(diǎn)的掌握，又要兼顧最新的發(fā)展技術(shù)，結(jié)合本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，我們選定了謝希仁教授的《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第5版）》作為教材，課程內(nèi)容圍繞TCP/IP協(xié)議，以物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運(yùn)輸層及應(yīng)用層為框架，講述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的有關(guān)概念、理論、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并涉及到了網(wǎng)絡(luò)安全、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、下一代因特網(wǎng)等最新內(nèi)容和技術(shù)。為提高教學(xué)質(zhì)量，改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，在課程中以三種方式引入虛擬技術(shù)。

2.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境虛擬應(yīng)用

在課堂教學(xué)中，教材上的一些概念、理論脫離了實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行講解，往往讓學(xué)生覺(jué)得抽象、難理解。這個(gè)時(shí)候，我們可以利用網(wǎng)絡(luò)虛擬軟件，進(jìn)行虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的組建，類似實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，在虛擬網(wǎng)絡(luò)中，我們可以配置任意數(shù)量的服務(wù)器、工作站、交換機(jī)、路由器等設(shè)備、也能組建任意拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過(guò)虛擬和仿真各種主流網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，有助于學(xué)生直觀的了解網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能和性能，而且可以自己動(dòng)手搭建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的調(diào)試和診斷，切實(shí)地掌握了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的原理和知識(shí)。常用的網(wǎng)絡(luò)仿真器有多種，我們采用的是Boson NetSimu網(wǎng)絡(luò)仿真器，它功能強(qiáng)大，具有良好的圖形界面，方便使用，是CCNA和CCNP認(rèn)證考試的仿真器之一。

3.通信鏈路虛擬應(yīng)用

在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，實(shí)驗(yàn)室往往比較集中，一般一個(gè)實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)局域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，它和地域分散、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的廣域網(wǎng)有很大的不同。在學(xué)生設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)編程的實(shí)踐環(huán)節(jié)中，如果只在局域網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行調(diào)試，可能無(wú)法驗(yàn)證協(xié)議的正確性和可靠性。利用虛擬仿真技術(shù)，可以設(shè)置若干通信鏈路用于模擬遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通信，同時(shí)在通信鏈路上加載不同的信道，可以模擬不同條件下的網(wǎng)絡(luò)通信情況，包括遠(yuǎn)程連接、傳輸速率、通信協(xié)議以及數(shù)據(jù)校驗(yàn)等關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)通信模型。因此，我們引入了虛擬的實(shí)驗(yàn)信道，即數(shù)據(jù)包的傳輸可能出錯(cuò)、延遲、失序和丟失的一條虛擬信道。將網(wǎng)絡(luò)程序和仿真信道結(jié)合，針對(duì)各種可能存在的傳輸錯(cuò)誤，學(xué)生能夠在調(diào)試過(guò)程中反復(fù)驗(yàn)證，保證協(xié)議的完整性。

4.虛擬教學(xué)平臺(tái)應(yīng)用

由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速，涉及的領(lǐng)域也非常廣，在有限的課堂時(shí)間內(nèi)，無(wú)法詳細(xì)講解所有知識(shí)點(diǎn)，因此可利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，將課堂延伸至課外。教師把課程的教學(xué)大綱、教案、課件、習(xí)題、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、參考資料、教學(xué)錄像等內(nèi)容上傳到網(wǎng)站，學(xué)生可自主上機(jī)操作，完成答疑、提交作業(yè)、視頻點(diǎn)播、檢測(cè)等功能。在線考試系統(tǒng)可以讓學(xué)生參加課程的網(wǎng)上考試，學(xué)生還可以在留言板中提出問(wèn)題，方便同學(xué)之間進(jìn)行討論，教師的回答可以使所有同學(xué)從信息共享中受益。另外，網(wǎng)站中還提供一些該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)、最新的技術(shù)，能拓展同學(xué)的思路，開(kāi)拓他們的視野。

四、小結(jié)

傳統(tǒng)的課堂教育需要在特定的時(shí)間，特定的地點(diǎn)完成，這種模式往往是以教師教授為主，無(wú)法充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課堂也深受實(shí)驗(yàn)條件的限制，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)設(shè)備都無(wú)法及時(shí)更新。虛擬技術(shù)可以避免傳統(tǒng)教學(xué)的限制，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)將課程的核心內(nèi)容和應(yīng)用環(huán)境直觀的展現(xiàn)給學(xué)生，而且學(xué)生可以動(dòng)手參與課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的操作，通過(guò)互動(dòng)式教學(xué)手段提高知識(shí)點(diǎn)的掌握水平，達(dá)到學(xué)以致用和培養(yǎng)動(dòng)手型人才的目的。隨著虛擬技術(shù)和仿真應(yīng)用的不斷成熟，其在教育領(lǐng)域?qū)⒌玫礁鼮閺V泛的應(yīng)用。

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作者簡(jiǎn)介：沙泉，上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院軌道交通學(xué)院講師，研究方向：嵌入式無(wú)線通信。