谈探究“虚”“实”结合计算机网络工程实验教学

摘 要：阐述了虚拟网络工程实验的优势与不足和真实网络工程实验的不可替代性，提出了“虚”“实”结合的计算机网络工程实验构想，研究并设计了两者结合的模式、应用原则与方法，并以虚拟局域网（VLAN）配置实验为例，给出了相应的教学设计。
关键词：网络工程 虚拟实验 真实实验 虚实结合
计算机网络工程实验对学生分析问题、解决问题能力的培养至关重要。在传统实验教学中，由于受实验设备、场地等因素的限制，网络工程实验系统的构建模式不够完善，实验项目的开发受到影响，限制了学生参与实验的开发和独立操作，导致学生动手能力和创新思维能力没有得到有效的训练和培养。虚拟实验软件和各种网络模拟器的开发与运用，给网络工程实验注入了新的活力。虚拟实验可以模拟真实实验环境下难以实现或成本太高的实验，能较好地解决远程教育中实验的开设和异地学生合作实验等问题。这对于新型教学模式的建立和网上课程的开设极为关键。然而，虚拟与现实是存在差异的，如果学生长期沉浸在虚拟环境中做实验而缺乏真实实验的有力支持，会使学生产生或多或少的虚拟感，降低对实验信息的接受能力，导致实验效率下降。因此，怎样发挥虚拟网络工程实验的优势，如何处理好“虚”与“实”的关系，是值得我们深入探讨的问题。
1 虚拟网络工程实验的优势和不足
虚拟网络工程实验是用计算机软件代替传统网络设备及器件等硬件功能，虚拟计算机、交换机、路由器等各种网络设备与器件，创建出一个可视化的实验操作环境而完成各种实验。其优势主要体现在：
（1）无需昂贵的网络设备实体。学生只需通过Internet或局域网连接实验服务系统，点击、拖拽电脑鼠标或操作键盘，就能像操作真实设备一样完成实验。大大减少了实验设备购置费和实验室用房面积，减少了实验过程中的损耗。
（2）无需考虑网络设备及物理线路的连接，无需为频繁改变Console接线而不停地往返于设备之间，节省了实验时间。
（3）能缓解实验设备少而学生多的矛盾，减少实验学生占用实际网络设备的时间，提高实验仪器设备的使用效率。
（4）可提供大量综合性和设计性的实验课题供学生选择，且课题内容和深度可根据学生的个人兴趣与能力来选择，有利于学生综合素质的培养。
（5）能帮助教师构建新的教学模式与方法，实行开放式、个性化教学。学生能不受传统真实实验室关闭和开放时间的限制，摆脱实验课程和实验指导书的约束，灵活安排自己的实验时间，重点攻克实验难题，并能按照自己的学习进度、自主地选择实验内容。
然而，虚拟实验也有自身的不足。如实验时，学生点击鼠标或操作电脑键盘完成设备的连接与参数的设定，在“仿真模拟”过程中可能丢失许多真实事件的信息，使得实际工程中设备的各种故障现象及干扰因素带来的随机性影响无法得到体现，导致实验过程过于理想化。如果学生反复操作同一实验方案，还会因为软件的限制，使每次仿真出现的实验“现象”均按人为的方案进行，致使每次实验的结果完全相同，容易摘自：毕业论文格式要求www.618jyw.com
引起学生大脑处于抑制状态，降低对实验信息的接受能力，使学生在单位时间内捕捉到的信息量小而单调，产生或多或少的虚拟感。因此，网络工程实验还需要一定数量的真实实验作为补充。
2 真实网络工程实验的不可替代性
真实实验是人们利用实验仪器设备进行实际操作的实验活动。真实实验会产生新理论，也是检测新理论的最基本方法。通过真实网络工程实验，可以培养学生理论联系实际的学风，严谨的科学态度和解决实际工程问题的各种能力。与虚拟网络工程实验相比，真实网络工程实验更有接近于实际网络工程的感觉与感受，可以有效地消除学生在理论学习和虚拟实验中的模糊感。在真实网络工程实验中，即使学生反复操作同一实验方案，由于外部因素变化，每次实验传递给学生的信息、强弱都是变化的，大脑始终处于兴奋状态，对信息的接受能力强，发现问题的机会多。因此，真实网络工程实验在学生正常思维能力培养方面是不可替代的[3]。
3 “虚”“实”结合的网络工程实验设计与应用
虚拟实验源于真实实验，是对真实实验的一种模拟、补充、完善和扩展。虚拟实验不能完全代替真实实验，即使虚拟环境再逼真，操作过程再一致，实验体验也会有差别。但是，虚拟实验因其在实现手段和保障方式上不同，却可以实现真实实验难以做到或难以保障的实验项目和功能，而这恰恰又是虚拟实验的优势所在。因此，在开展网络工程实验教学时，要注意正确处理好“虚”和“实”的关系，合理地选用虚拟实验和真实实验。

3.1 “虚”“实”结合模式构建

经过长期的网络工程实践教学，我们总结出了“虚”“实”结合的网络工程实验教学运行模式（如图1所示）。
该模式以真实实验为依托，虚拟实验为辅助，通过网络架起一座彼此联系的桥梁，做到了虚中有实、实借助虚、虚实结合。该模式中，学生是实验的主体。实验时，学生可以根据实验教学大纲中所规定的目标要求进行实验。他们既可以带着在真实实验中碰到的问题到虚拟实验中寻找答案，也可以用虚拟实验中的经验解决在真实实验中碰到的问题，可以自由地“穿梭”于真实实验与虚拟实验之间，开展自主探究和研究性学习[4]。教师在实验中起主导作用，主要负责制定实验方案，编写实验大纲、实验指导书和实验教程，制定虚拟实验与真实实验相结合的考评方案，对实验过程进行组织、辅导、答疑、监控和评价，并协同开发人员做好实验平台的开发、利用及在线资源的发布等工作。而网络作为虚拟实验平台的载体，也为师生之间提供了一个合作交流的平台，能确保各实验小组之间协同工作，共享实验成果。

3.2 “虚”“实”结合的应用原则

3.

2.1 按知识学习的顺序进行整合

在网络工程实验初期，由于学生只进行了一些理论方面的学习，虽然掌握了某些设备的原理，但缺少对这些设备的认知，因而在大脑中还没有建立对这些设备的表象。如果直接进行虚拟实验，学生会对实验过程产生一些虚拟的“模糊感”，难以将实验中掌握的知识转变为自己的能力。所以，在实验内容编排上，应先安排一些真实实验，让学生充分接触这些“实物”，熟悉它们的外形结构，建立对这些设备的表象，以便学生在做虚拟实验时能较好地把握这些设备的原理与性能。在学生预习实验时，则可以选用虚拟实验，学生通过模拟、分析，对实验原理及过程进行初步了解，并在形成一定的认知技能和技术操作能力之后，再进行真实实验，使学生在真实实验初期就能做到心中有数，目的性更明确，对一些关键细节的实现步骤和易出现的问题也做到有备而来，不仅可以避免真实实验中的盲目性，还可以防止因“试误”而引起实验设备的损坏，降低了实验成本。源于：论文摘要怎么写www.618jyw.com