关于探究“虚”“实”结合计算机网络工程实验教学小结

论文导读：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“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
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，容易引起学生大脑处于抑制状态，降低对实验信摘自：论文查重站www.7ctime.com
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论文导读：
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。3.

2.2 根据实验项目进行整合

计算机网络工程中涉及的实验项目较多，例如以观察实验现象为主、以验证结论为主、以测量为主、以理解概念和网络原理为主，还有以网络编程为主的。根据实验项目的不同，教师可以确定采用真实实验还是虚拟实验。一般来说，偏重观察、数据采集处理和概念、原理理解的实验可先考虑进行虚拟实验，而偏重于实验验证、掌握设备操作与使用的实验，最好采用真实实验。如网线制作是一个最基本的技能实验，实验材料成本低，允许学生亲自动手实验。通过网线制作，学生可以迅速理解网线制作的标准，双绞线的基本工作方式和使用条件，并正确理解局域网概念。但像VLAN配置与通信、路由器配置等实验，通过在仿真平台（如思科、华为等）进行虚拟实验，学生可以反复验证、反复测试直至熟练，能有效地帮助学生理解VLAN的配置模式与方法。
3.

2.3 “虚”“实”交替，灵活运用

“虚”“实”类型的选择并不是一成不变的，可根据实际情况综合运用。既可以先做虚拟实验后做真实实验，也可以先做真实实验后做虚拟实验，只要能确保实验设备够用，并能在给定时间内完成相应的实验任务、达到既定的实验目标即可。如对于一些复杂的网络工程实验，尤其是一些设计性、研究性实验，由于实验时间长、难度大、需要的网络设备多，如采用真实实验，学生在课堂上可能难以完成，或虽已完成，但没有时间思考，导致学生对实验原理和实验过程含糊不清。这时，我们主张让学生先做虚拟实验，建立从感性到理性的过渡，然后带着这个过渡和虚拟的模糊感，到真实实验环境中验证实验所得结果。在“虚”“实”交替中发现问题、解决问源于：论文范例www.7ctime.com
题，掌握所学知识，提高自己的实践技能[5]。

3.3 “虚”“实”结合的网络工程实验教学应用案例

以计算机网络中虚拟局域网（VLAN）配置实验为例，简要说明“虚”“实”结合的计算机网络工程实验实施步骤与应用方法。该实验的基本要求是：学生在掌握VLAN技术基本原理的基础上，运用VL论文导读：
AN技术实现同一台交换机内端口的隔离，以及跨交换机的VLAN间主机通信等实验的配置，实验课时为4学时。为达到虚拟实验与真实实验的有效整合，实验分3步进行：
第一步，安排学生在虚拟实验平台上做实验。实验前，要求学生仔细阅读教材、实验指导书和Internet上相关资源，熟悉实验内容、实验原理及VLAN的相关知识，了解VLAN交换机的特性及组网方法，然后在虚拟实验平台上构建实验环境、设定IP、划分VLAN、配置Trunk口，并利用Ping命令作网络连通性测试等。这一过程不仅可以培养学生独立思考问题、解决问题的能力，而且可以使学生更清晰、更全面、更直观地掌握VLAN配置的环节与过程，为后面真实实验作好思想上和心理上的准备。
第二步，安排学生分组在真实环境下完成实验。实验时，要求学生先按所规划的网络拓扑图连接好交换机和PC等设备，然后设定IP、列出实验所需的操作命令、分工配置与规划VLAN，再进行VLAN间的Ping测试。由于有虚拟实验作铺垫，学生对实验原理、实验过程及实验的预期结果心中有数，因此，能有效降低实验操作过程的盲目性，确保实验过程思路清晰、方法得当，提高实验的效率和效果。
第三步，安排各组学生把实验中发现并收集的问题通过真实系统和虚拟系统先独自进行解决，再分组对比各自的解决方案，并同其他组进行进一步的交流与讨论。过程中拓展了学生的思维空间，学生对解决问题的方法有了多样性和灵活性的体验，实验效果明显提高，而且培养了学生的协作精神，激发了学生实验学习的兴趣和竞争意识。
4 结束语
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。将虚拟实验运用于网络工程实验教学，并根据实验教学的特点与要求，把真实实验与虚拟实验有机整合，有助于网络工程实验教学体系的建立，有助于实现实用型、创新型网络工程专业人才的培养。
参考文献
沈亦红.论物理虚拟实验与真实实验的互补作用[J].中国电化教育，2004（7）：42-44.
瞿曌，邓居祁.虚拟实验的特点与实现[J].现代远距离教育，2007（4）：60-61.
[3]丁美荣，柴少明.基于虚拟实验与真实实验整合的计算机网络工程实验教学改革[J].现代教育技术，2007，17（7）：99-102.
[4]丁美荣.虚拟实验与真实实验整合的计算机网络研究性实验教学探究[J].实验技术与管理，2011，28（5）：163-166.
[5]毛敏，肖随贵.网络虚拟实验与高校实验教学的整合研究[J].教育技术，2008（30）：153-155.