明 仲， 蔡茂國， 朱安民

(深圳大學(xué) 計(jì)算機(jī)與軟件學(xué)院，廣東 深圳 518060)

虛實(shí)結(jié)合建設(shè)高水平虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心

明 仲， 蔡茂國， 朱安民

(深圳大學(xué) 計(jì)算機(jī)與軟件學(xué)院，廣東 深圳 518060)

如何建設(shè)符合企業(yè)人才需求的高校計(jì)算機(jī)教育實(shí)驗(yàn)室，是全國高校計(jì)算機(jī)專業(yè)面臨的重要課題。分析了我國高等教育實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面的現(xiàn)狀，在國家級(jí)“計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”的基礎(chǔ)上，以“虛實(shí)結(jié)合、能實(shí)不虛”為導(dǎo)向，提出以“實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為主導(dǎo)、以做中學(xué)為學(xué)習(xí)方式”的教學(xué)理念，建設(shè)高水平的“網(wǎng)絡(luò)工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”，希望能夠?yàn)橥惛咝Ｓ?jì)算機(jī)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)及人才培養(yǎng)提供思路。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心； 虛擬仿真； 網(wǎng)絡(luò)工程； 虛實(shí)結(jié)合

0 引 言

實(shí)驗(yàn)室是高校進(jìn)行教學(xué)、研究、培養(yǎng)高素質(zhì)人才的重要場(chǎng)所。實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)在高等教育和創(chuàng)新人才培養(yǎng)中占有非常重要的地位[1-2]。為了加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，加快實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，提升辦學(xué)水平和教育質(zhì)量，教育部非常重視高校實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，于2005年啟動(dòng)評(píng)審建立一批國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心[3]，并且每年嚴(yán)格評(píng)審并建立一批[4-6]。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種有效補(bǔ)充，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)成為加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)、提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段，它不僅可以在一定程度上代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，而且可以克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的各種制約和弊端，從而有效地解決目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的諸多問題。因此，教育部又在建設(shè)國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)上，于2013年提出了國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心的建設(shè)工作[7]。全國高校在此背景下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)的探討[8-12]。如何領(lǐng)會(huì)教育部的精神，建設(shè)好符合企業(yè)人才需求的高校計(jì)算機(jī)教育實(shí)驗(yàn)室，這是全國高校計(jì)算機(jī)專業(yè)面臨的重要課題。

1 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校課程教學(xué)的重要組成部分。近年來，深圳大學(xué)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心以培養(yǎng)“高素質(zhì)、強(qiáng)能力、會(huì)創(chuàng)新、能創(chuàng)業(yè)”的工程應(yīng)用型計(jì)算機(jī)高級(jí)專門人才為目標(biāo)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念(見圖1)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革等方面進(jìn)行了持續(xù)的探索和實(shí)踐，建立了系統(tǒng)的、獨(dú)具特色的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系[13-15]。

圖1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念示意圖

以學(xué)生為中心，重視學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，以實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為主導(dǎo)，倡導(dǎo)“做中學(xué)”的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，同時(shí)重視學(xué)生基本能力的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)理論和實(shí)踐相結(jié)合；重視科研成果向?qū)嶒?yàn)項(xiàng)目有效轉(zhuǎn)化，強(qiáng)化創(chuàng)新、研究意識(shí)，注重創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)意識(shí)的引導(dǎo)，促進(jìn)科學(xué)研究能力培養(yǎng)，突出個(gè)性能力發(fā)揮，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展；重視校企業(yè)合作，為學(xué)生創(chuàng)建貼近實(shí)際的模擬、虛擬、仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境，全面培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)作風(fēng)、實(shí)驗(yàn)技能以及綜合分析、發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力，使學(xué)生具有創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)精神和實(shí)踐能力。

2 改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與手段

計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、網(wǎng)絡(luò)工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，承擔(dān)全校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)比較繁重和復(fù)雜，涵蓋了80個(gè)專業(yè)的大學(xué)公共計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，全校計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以及計(jì)算機(jī)與軟件學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程、高性能計(jì)算等軟、硬件的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)中心還積極應(yīng)對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)軟、硬件不斷發(fā)展的趨勢(shì)，實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，需要不斷學(xué)習(xí)、不斷更新。為此，根據(jù)中心建立的“課程實(shí)驗(yàn)+開放實(shí)驗(yàn)”雙軌交叉的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，遵循既注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)的規(guī)范性、統(tǒng)一性、系統(tǒng)性，又兼顧創(chuàng)新型人才、復(fù)合型人才的“因材施教”“興趣培育”“重點(diǎn)培養(yǎng)”的原則，采用了以下5種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。

(1) 統(tǒng)一指導(dǎo)，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。對(duì)于大學(xué)公共計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)(為全校非計(jì)算機(jī)類專業(yè)開設(shè))以及計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，如計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)(理工科、文科)、多媒體技術(shù)與應(yīng)用、辦公軟件高級(jí)應(yīng)用、C/C++程序設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)、數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)等程序開發(fā)類為主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)，以及數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)等以硬件基本原理驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，基本上屬于應(yīng)獨(dú)立完成的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)，一般先由實(shí)驗(yàn)老師進(jìn)行集中指導(dǎo)，然后由學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書獨(dú)立完成。為了加強(qiáng)訓(xùn)練計(jì)算機(jī)類專業(yè)學(xué)生編程能力，實(shí)驗(yàn)中心對(duì)計(jì)算機(jī)重點(diǎn)語言類課程單獨(dú)設(shè)立實(shí)驗(yàn)課，專門為程序設(shè)計(jì)與課程設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與課程設(shè)計(jì)兩門課程各安排了每周4 h(共計(jì)8 h/周)的實(shí)驗(yàn)，采用“全程緊張、機(jī)考評(píng)分”的全新實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，訓(xùn)練學(xué)生規(guī)范、熟練地掌握計(jì)算機(jī)編程能力，取得了良好的實(shí)驗(yàn)效果。

(2) 典范引導(dǎo)，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。對(duì)于計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，如操作系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)組成原理、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)等實(shí)驗(yàn)課程，具有中等難度，一般先由老師通過講授與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式進(jìn)行典型示范，然后由學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書獨(dú)立完成。

(3) 自主設(shè)計(jì)、協(xié)同完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。對(duì)于綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課程以及大部分計(jì)算機(jī)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)課程，如操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)、動(dòng)畫與游戲設(shè)計(jì)等實(shí)驗(yàn)課程，以及各個(gè)實(shí)驗(yàn)課程(特別是計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課程)中部分設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這些實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和要求明確，但實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和具體實(shí)現(xiàn)方案，必須由學(xué)生進(jìn)行精心設(shè)計(jì)和安排。這類實(shí)驗(yàn)一般每組由2～4個(gè)學(xué)生組成，共同設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，規(guī)劃實(shí)驗(yàn)步驟，老師在實(shí)驗(yàn)過程中，給予必要的指導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果由實(shí)驗(yàn)小組協(xié)同完成。有的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)還采用學(xué)生講解、老師學(xué)生提問的答辯方式對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)判。

(4) 個(gè)別指導(dǎo)，項(xiàng)目管理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。對(duì)于高年級(jí)學(xué)生參加的畢業(yè)設(shè)計(jì)，以及實(shí)驗(yàn)室開放基金創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；各省級(jí)、市級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、科學(xué)研究所研究成果轉(zhuǎn)化的研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；學(xué)生參加國際/國內(nèi)各種類型的計(jì)算機(jī)大賽而設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，皆采取老師個(gè)別指導(dǎo)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)小組自主完成的教學(xué)方式。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的目標(biāo)由學(xué)生和指導(dǎo)老師共同商定，實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)步驟由學(xué)生實(shí)驗(yàn)小組自行制定，實(shí)驗(yàn)過程中，老師分階段定期對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果一律采用答辯的方式進(jìn)行。

(5) 師徒教學(xué)、貼近實(shí)戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。對(duì)于校企聯(lián)合創(chuàng)新俱樂部開設(shè)的創(chuàng)業(yè)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，按照學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，將學(xué)生分成小組，進(jìn)入校企聯(lián)合創(chuàng)新俱樂部，采用師徒教學(xué)方式，由一個(gè)老師指導(dǎo)少量學(xué)生，按照企業(yè)對(duì)產(chǎn)品要求，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并進(jìn)入相關(guān)企業(yè)，直接針對(duì)產(chǎn)品要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、規(guī)劃實(shí)驗(yàn)步驟，實(shí)驗(yàn)過程在企業(yè)和學(xué)校共同進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)完成后由學(xué)校和企業(yè)共同組織答辯，企業(yè)承認(rèn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并發(fā)給相應(yīng)能力認(rèn)可證書，甚至畢業(yè)后直接進(jìn)入企業(yè)就業(yè)。

3 建設(shè)網(wǎng)絡(luò)工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心

本著“實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研成果轉(zhuǎn)化有機(jī)結(jié)合、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)虛實(shí)結(jié)合、實(shí)驗(yàn)中心與企業(yè)緊密聯(lián)合”的建設(shè)理念，以“虛實(shí)結(jié)合、能實(shí)不虛”為導(dǎo)向，在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的基礎(chǔ)上，建立了網(wǎng)絡(luò)工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。

3.1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心組織架構(gòu)

深圳大學(xué)網(wǎng)絡(luò)工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，依托計(jì)算機(jī)與軟件學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)(國家特色專業(yè)、省級(jí)名牌專業(yè))、網(wǎng)絡(luò)工程、物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)；廣東省普及型高性能計(jì)算機(jī)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；深圳市移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中間件技術(shù)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、深圳市嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和深圳市物聯(lián)網(wǎng)專用集成電路設(shè)計(jì)工程實(shí)驗(yàn)室等3個(gè)市級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，以及網(wǎng)絡(luò)與信息安全研究所建設(shè)。已建成9個(gè)與網(wǎng)絡(luò)工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室(網(wǎng)絡(luò)信息安全虛擬仿真、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)集成、物聯(lián)網(wǎng)室、嵌入式系統(tǒng)、云計(jì)算機(jī)智能服務(wù)中心I、II、計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)實(shí)驗(yàn)室I、II)，見圖2。

圖2 網(wǎng)絡(luò)工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心組織架構(gòu)

3.2 加強(qiáng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心教學(xué)資源建設(shè)

中心已建成開放式網(wǎng)絡(luò)工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理與共享平臺(tái)，以及虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)(資源)7個(gè)，已建成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程11門，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目201項(xiàng)。

(1) 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理與共享平臺(tái)。該平臺(tái)基于J2EE架構(gòu)的B/S結(jié)構(gòu)，將所有網(wǎng)絡(luò)工程的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源，全部整合到統(tǒng)一的平臺(tái)上，進(jìn)行高效管理和共享?？梢源龠M(jìn)學(xué)生學(xué)用結(jié)合，實(shí)驗(yàn)的安排更加靈活方便且不受時(shí)間、空間限制。只要有網(wǎng)絡(luò)的地方就可以動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的虛擬仿真開放實(shí)驗(yàn)室。通過該平臺(tái)的建設(shè)，解決了計(jì)算機(jī)與軟件學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程、物聯(lián)網(wǎng)工程，以及其他學(xué)院的相關(guān)專業(yè)，包括電子、通信等專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)問題，完善了現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

(2) 專用集成電路(ASIC)芯片設(shè)計(jì)與物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)計(jì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，多年來率先開展專用集成電路(ASIC)芯片虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，已建成專用集成電路(ASIC)芯片設(shè)計(jì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，開展了多項(xiàng)具體與網(wǎng)絡(luò)通信有關(guān)的芯片設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，包括：超低功耗高靈敏度無線接收芯片、無源數(shù)據(jù)和時(shí)鐘同步精確恢復(fù)芯片等實(shí)驗(yàn)，將最新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以芯片級(jí)的硬件加以實(shí)現(xiàn)，并將這些芯片設(shè)計(jì)的成果，直接應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)上，為學(xué)生們盡快掌握新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并鍛煉網(wǎng)絡(luò)工程硬件設(shè)備的設(shè)計(jì)，起到了很好作用。

(3) 軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，率先開展軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，已建成軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，開展了多項(xiàng)具體軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)實(shí)驗(yàn)，包括：搭建軟件定義網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境、搭建軟件定義網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)拓?fù)洹④浖x網(wǎng)絡(luò)控制器基本編程、建立二層防火墻等網(wǎng)絡(luò)虛擬化實(shí)現(xiàn)。

(4) 網(wǎng)絡(luò)信息安全虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室及教學(xué)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)信息安全虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室與教學(xué)系統(tǒng)分為服務(wù)區(qū)及客戶操作區(qū)兩部分。其中服務(wù)區(qū)存放實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)相關(guān)的硬件設(shè)備，包括管理中心設(shè)備、數(shù)據(jù)服務(wù)設(shè)備、安全實(shí)驗(yàn)設(shè)備、交換設(shè)備和顯示控制設(shè)備等，為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供完善的硬件支撐環(huán)境；客戶操作區(qū)為實(shí)驗(yàn)室用戶操作區(qū)，主要為學(xué)生用PC機(jī)、教師管理PC機(jī)。

(5) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)由課程實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)和虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)兩部分組成。仿真平臺(tái)模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)中用到的器材和設(shè)備，提供與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相似的實(shí)驗(yàn)環(huán)境；虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)提供全方位的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)輔助功能。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)可開展大多數(shù)普通網(wǎng)絡(luò)類的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。

(6) 大型綜合性網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。大型綜合設(shè)計(jì)性網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括大型校園網(wǎng)絡(luò)需求分析、方案設(shè)計(jì)與系統(tǒng)集成，企業(yè)網(wǎng)搭建與應(yīng)用，園區(qū)網(wǎng)互聯(lián)及網(wǎng)站建設(shè)等。大型綜合設(shè)計(jì)性網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)在于實(shí)驗(yàn)設(shè)備種類多、數(shù)量大、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣、設(shè)置和調(diào)試復(fù)雜困難。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，①將目前盡量多的主流的各種路由器、交換機(jī)的虛擬設(shè)備增加新系統(tǒng)中，并留下擴(kuò)展空間；②還可根據(jù)教學(xué)需要，靈活添加新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備及典型實(shí)驗(yàn)，提供個(gè)性化定制功能；或者在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及技術(shù)進(jìn)步后，再新增網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和功能。

(7) 移動(dòng)通信原理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。移動(dòng)通信原理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括信源、信號(hào)處理、信道、濾波器與信道編碼、調(diào)制解調(diào)、計(jì)算分析與繪圖等實(shí)驗(yàn)，支持“通信原理”“無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”等課程的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

(8) 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基礎(chǔ)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)類的設(shè)備(路由器、交換機(jī)等)，本質(zhì)上是一種專用計(jì)算機(jī)，具有計(jì)算機(jī)硬件的所有共性，因此，對(duì)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)、對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的學(xué)習(xí)和理解有非常大的幫助。為此，中心專門建設(shè)了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握LC-3小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和工作原理，初步掌握機(jī)器語言, 匯編語言和高級(jí)語言的編程方法, 讓學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件和硬件有一個(gè)整體理解，從整體上為理解網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(路由器、交換機(jī)等)的原理打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

中心教學(xué)資源統(tǒng)計(jì)資源如表1所示，表2列出了其中的10項(xiàng)典型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

表1 中心虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源統(tǒng)計(jì)表

表2 典型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及所屬教學(xué)系統(tǒng)一覽表

3.3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心特色

網(wǎng)絡(luò)工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心在“實(shí)驗(yàn)統(tǒng)一規(guī)劃、人員統(tǒng)一調(diào)配、資源統(tǒng)一使用”的管理體制下，以“實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和教學(xué)手段現(xiàn)代化，科研成果向?qū)嶒?yàn)教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)化常態(tài)化，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)驗(yàn)企業(yè)化，中心實(shí)驗(yàn)規(guī)模化，實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源全方位共享化”為鮮明特色，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的示范作用。

(1) 倡導(dǎo)“做中學(xué)”實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)方式。創(chuàng)新了“重基礎(chǔ)、重實(shí)踐、重創(chuàng)新、重實(shí)戰(zhàn)”的人才培養(yǎng)模式；重視學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，以實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為主導(dǎo)，倡導(dǎo)“做中學(xué)”的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。開創(chuàng)了層次化開放式的“課程實(shí)驗(yàn)+開放實(shí)驗(yàn)”雙軌交叉的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系；整體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目覆蓋計(jì)算機(jī)學(xué)科的各個(gè)方面的實(shí)驗(yàn)，不僅基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目全，而且著力發(fā)展綜合型、設(shè)計(jì)型和創(chuàng)新型(包括課外創(chuàng)新性軟、硬件比賽)等開放性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容全面、系統(tǒng)、高新。項(xiàng)目遵循既注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)的規(guī)范性、統(tǒng)一性、系統(tǒng)性，又兼顧創(chuàng)新型人才、復(fù)合型人才“因材施教”“興趣培育”“重點(diǎn)培養(yǎng)”的原則，根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，采用不同的實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)方法(統(tǒng)一指導(dǎo)、典范引導(dǎo)、獨(dú)立完成，自主設(shè)計(jì)、協(xié)同完成，個(gè)別指導(dǎo)、項(xiàng)目管理；師徒教學(xué)、貼近實(shí)戰(zhàn)等5種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法)。

(2) 教學(xué)科研有機(jī)結(jié)合。項(xiàng)目依托省級(jí)科研重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、3個(gè)市級(jí)科研重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以及科學(xué)研究所，積極將各重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(或研究所)的科研成果，轉(zhuǎn)化為學(xué)生(特別是本科生)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(共計(jì)77項(xiàng))，供學(xué)生(特別是本科生)在課堂實(shí)驗(yàn)中使用；部分研究性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的形式，提供給學(xué)生課外創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中使用。科研成果向?qū)嶒?yàn)教學(xué)內(nèi)容的有效轉(zhuǎn)化，使學(xué)生了解了科技最新發(fā)展和學(xué)術(shù)前沿動(dòng)態(tài)，激發(fā)了科研興趣，啟迪了科研思維，更好地掌握了科研方法，培養(yǎng)了科研道德，提升了學(xué)生科學(xué)研究和科技創(chuàng)新的能力。

(3) 實(shí)行校企“協(xié)同創(chuàng)新”培養(yǎng)模式。項(xiàng)目通過與企業(yè)聯(lián)合成立的3個(gè)校企聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、9個(gè)校企創(chuàng)新俱樂部以及6個(gè)校企聯(lián)合實(shí)習(xí)基地，為學(xué)生創(chuàng)建貼近實(shí)際的模擬、虛擬、仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境，提供了大量貼近實(shí)戰(zhàn)的與企業(yè)產(chǎn)品相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。中心還特別鼓勵(lì)并提供條件，將學(xué)生的實(shí)習(xí)、實(shí)踐(如畢業(yè)設(shè)計(jì)等)搬到高新企業(yè)中進(jìn)行，使學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)與工程實(shí)際應(yīng)用更好地結(jié)合。一方面調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，另一方面培養(yǎng)了學(xué)生的綜合和創(chuàng)新能力，使學(xué)生更早、更好地接受到企業(yè)的專業(yè)訓(xùn)練和就業(yè)培訓(xùn)，更有利于學(xué)生日后工作能力和適應(yīng)能力的提高。

(4) 創(chuàng)新虛擬實(shí)驗(yàn)中虛實(shí)結(jié)合能實(shí)不虛教學(xué)模式。項(xiàng)目積極探索在線虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的建設(shè)，結(jié)合深圳大學(xué)倡導(dǎo)發(fā)起的UOOC(全國地方高校MOOC聯(lián)盟)平臺(tái)建設(shè)和推廣，在在線虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、協(xié)作式虛擬實(shí)驗(yàn)、自組織虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面進(jìn)行大量的研究和探索。實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)芯片設(shè)計(jì)到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)的虛擬仿真化，實(shí)現(xiàn)了軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)虛擬仿真，開發(fā)出只有在虛擬仿真環(huán)境下，才能實(shí)現(xiàn)的大型網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)。已建成11門在線仿真實(shí)驗(yàn)課程，設(shè)立了在線仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目201項(xiàng)，可供UOOC聯(lián)盟中的所有學(xué)生以及社會(huì)上的專業(yè)人才通過網(wǎng)絡(luò)在線做實(shí)驗(yàn)。

3.4 強(qiáng)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心運(yùn)行的管理

完善計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、網(wǎng)絡(luò)工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的管理體制。

(1) 中心建制相對(duì)獨(dú)立，實(shí)行校、院兩級(jí)管理。

(2) 中心實(shí)驗(yàn)主任負(fù)責(zé)制。在運(yùn)行機(jī)制上，主任作為中心的第一責(zé)任人，在課程設(shè)置、教學(xué)改革、人員聘用、實(shí)驗(yàn)室管理和經(jīng)費(fèi)管理等方面具有較大的自主權(quán)，從而保證了教學(xué)資源的充分合理利用，形成了功能明確和管理有序的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。

(3) 中心實(shí)行按需設(shè)崗，按崗聘任實(shí)驗(yàn)教師。中心的16個(gè)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室皆有專職實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員負(fù)責(zé)管理，實(shí)驗(yàn)室主任由教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富，教學(xué)能力強(qiáng)的教師擔(dān)任(教授6人，副教授8人，高級(jí)工程師、高級(jí)實(shí)驗(yàn)師8人，講師、實(shí)驗(yàn)師2人)。實(shí)驗(yàn)教師不但具備扎實(shí)的理論知識(shí)、較全面的實(shí)驗(yàn)技能、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度與作風(fēng)，而且是一個(gè)掌握多學(xué)科知識(shí)與技術(shù)的多面手。

(4) 全面提高實(shí)驗(yàn)技術(shù)隊(duì)伍素質(zhì)。通過競(jìng)爭(zhēng)上崗，學(xué)歷提升，職務(wù)晉升，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員隊(duì)伍。在現(xiàn)有7名專職實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員中，具有碩士學(xué)位的有4人，另外2人正在攻讀工程碩士學(xué)位；通過學(xué)習(xí)、培訓(xùn)、學(xué)歷提升和技術(shù)職務(wù)晉升等措施，提高實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的業(yè)務(wù)能力，以適應(yīng)教學(xué)、科研工作的需要。

(5) 中心儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)人員、實(shí)驗(yàn)用房均由中心統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)了資源共享，實(shí)驗(yàn)室根據(jù)功能和學(xué)科特點(diǎn)進(jìn)行重組和建設(shè)，減少重復(fù)投資，對(duì)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理，即從儀器設(shè)備的使用信息到儀器設(shè)備的使用狀態(tài)有明確的“賬目”；實(shí)驗(yàn)中心每年對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行清查，做到帳物相符，提高了實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備使用效率。

(6) 通過幾年努力，中心已實(shí)現(xiàn)“實(shí)驗(yàn)統(tǒng)一規(guī)劃、人員統(tǒng)一調(diào)配、資源統(tǒng)一使用”，提高了中心實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用效率和實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)驗(yàn)效果。

為了確保計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、網(wǎng)絡(luò)工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心設(shè)備的全天候安全運(yùn)行和高效率使用，制定了學(xué)校層面的14個(gè)計(jì)算機(jī)及其相關(guān)實(shí)驗(yàn)管理制度和16個(gè)設(shè)備管理辦法，針對(duì)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體情況，中心還進(jìn)一步制定了6項(xiàng)切合計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)際的規(guī)章制度。

近3年來，深圳市政府已為中心投入約1 000余萬元經(jīng)費(fèi)，全部用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備的購置和維護(hù)。計(jì)算機(jī)設(shè)備更新率達(dá)50%，設(shè)備利用率達(dá)98%，設(shè)備完好率達(dá)98%。學(xué)校每年向中心投入運(yùn)行經(jīng)費(fèi)近100萬元，包括學(xué)生實(shí)驗(yàn)易耗品，實(shí)驗(yàn)工具購置，儀器儲(chǔ)備維修與保養(yǎng)，學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)材料的購置，以及實(shí)驗(yàn)課程改革經(jīng)費(fèi)等，從而確保了教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4 結(jié) 語

在國家級(jí)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的基礎(chǔ)上，建立的國家級(jí)網(wǎng)絡(luò)工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。實(shí)現(xiàn)了教學(xué)資源的全方位共享，大型實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備社會(huì)共享的突破；有效整合了學(xué)校計(jì)算機(jī)類優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)了科研成果向?qū)嶒?yàn)教學(xué)有效轉(zhuǎn)化；創(chuàng)新了虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，開創(chuàng)了“全程緊張、機(jī)考評(píng)分”的全新計(jì)算機(jī)編程實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式；加強(qiáng)了校企合作，實(shí)行了“協(xié)同創(chuàng)新”培養(yǎng)模式，創(chuàng)建了貼近企業(yè)實(shí)際的模擬、虛擬、仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境；開創(chuàng)了層次化開放式的“課程實(shí)驗(yàn)+開放實(shí)驗(yàn)”雙軌交叉的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和“重基礎(chǔ)、重實(shí)踐、重創(chuàng)新、重實(shí)戰(zhàn)”、“做中學(xué)”的人才培養(yǎng)模式。

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EstablishmentofHigh-levelVirtualSimulationExperimentalCenterBasedonCombinationofRealityandVirtualization

MINGZhong,CAIMaoguo,ZHUAnmin

(College of Computer Science and Software Engineering, Shenzhen University, Shenzhen, 518060, Guangdong, China)

How to construct a computer laboratory in colleges which meets the requirements of enterprises is an important project faced by the educators majoring in computer science. This paper analyzed the status of the laboratory establishment in Chinese college education area. Based on the national Computer Experimental Demonstration Center, we premised the "combination of virtualization and reality, novirtualization if reality beingpossible", proposed a teaching philosophy named as "project driven and learn by doing", constructed a high-level network engineering virtual simulation experimental teaching center.This paperhopes to provide experiment teaching and student training ideas for computer specialty ofsimilar colleges and universities.

experimental teaching demonstration center; virtual simulation; network engineering; combination of virtualization and reality

TP 393.08

A

1006-7167(2017)11-0146-05

2017-01-15

廣東省研究生教育創(chuàng)新計(jì)劃資助項(xiàng)目(12JGXM-MS29，2015SQXX0)

明 仲(1967-)，男，江西寧都人，博士，教授，院長(zhǎng)，研究方向；計(jì)算機(jī)云計(jì)算。

Tel.：0755-2653-4480；E-mail: mingz@szu.edu.cn