独立学院网络实验室虚拟实验系统的规划设计分析.pdf

鞋类工艺与设计SHOES TECHNOLOGY AND DESIGN2024 年 1 月第 4 卷 第 1 期Jan.2024Vol.4 No.1124独立学院网络实验室虚拟实验系统的规划设计分析陈瑞琰（常州大学怀德学院，江苏 泰州 214500）摘要：独立学院在以往开展实验室教育的过程中，时常由于教育资金不足、各类资源建设不到位等问题，使得教学效果存在很大提升空间。网络实验室虚拟实验系统是基于虚拟技术之上打造的实验室场景，其可有效弥补独立学院实训设备不足的问题，通过虚拟和现实交互的场景促进实验教学效率的提升。但独立学院在此方面的建设尚且相对滞后，还无法满足实际的网络专业实验教学需求，仍有着较大的进步空间。鉴于此，本文以独立学院实验教学作为切入点，指出网络专业实验教学不足之处，并基于网络实验室虚拟实验系统的优势，探索系统的设计原则及设计策略，以供参考。关键词：独立学院；网络实验室；虚拟实验系统；规划设计中图分类号TP393.01文献标识码A DOI:10.3969/j.issn.2096-3793.2024-01-040Analysis of the Planning and Design of the Virtual Experimental System in the Network Laboratory of an Independent CollegeCHEN Ruiyan(Changzhou University Huaide College,Taizhou 214500,China)Abstract:In the process of carrying out laboratory education in the past,independent colleges often have a lot of insufficient education funds,the construction of various resources and other problems,which greatly improve the teaching effect.The virtual laboratory system of the network laboratory is a laboratory scene created based on the virtual technology,which can effectively make up for the shortage of the practical training equipment in the independent colleges,and promote the improvement of the experimental teaching efficiency through the interaction between the virtual and the real scenes.However,the construction of independent colleges in this aspect is still relatively lagging behind,and it can not meet the actual needs of network professional experimental teaching,and there is still a large room for progress.In view of this,this paper takes the experimental teaching of independent colleges as the starting point,points out the shortcomings of experimental teaching in network major,and explores the design principles and strategies of the system based on the advantages of virtual experimental system of network laboratory for reference.Key words:independent college;network lab;virtual experiment system;planning and design引 言新时代背景下，各种先进教学手段层出不穷，传统教学模式面临着巨大的冲击。在此大趋势下，如何充分利用各种新技术让学生获得更为优质的教学服务，给予学生更多学习自主性，是所有教育工作者都应重点探究的问 题1。虚拟现实是当下研究的热点，一些发达国家大学已报道不少虚拟实验相关内容，大多都涉及核能、军事等研究。网络技术快速发展过程中，虚拟实验室的教学价值也日渐呈现，将虚拟实验内容引入服务器中，打造虚拟实验环境，学生可突破时间、地域的约束，自行参与各种虚拟实验。我国有不少独立院校试着在实验教学中作者简介：陈瑞琰（1994-），男，硕士，研究实习员，研究方向：虚拟实验室规划建设、实验室管理，.第 1 期设计论坛陈瑞琰 独立学院网络实验室虚拟实验系统的规划设计分析125引入虚拟技术，旨在将各种工具与技术相融合打造集成环境，积极开展网络实验室虚拟实验系统的规划与设计工作，且也获得了不错的效果，但仍然存在不足之处。1 独立学院网络专业实验教学现状独立学院课程教学开展过程中，普遍更偏向于演示性、验证性教学，实验教学占比较低，且实验教学也局限于演示、验证类的，学生缺乏动手操作的机会，使得很多学生纵使可表达理论的意思，但实践时往往是无从下手的。之所以会出现此现象，主要原因在于：（1）学院资金投入不足，仪器设备更新速度缓慢，和实验课开展要求存在较大差距；（2）网络设备属于一次性的实体系统，故障维修技术学习过程中无法进行反复拆装，而设备运行过程不具备可视性，学生操作失误引发设备故障，极易给设备带来不利影响，也会给人身安全造成一定威胁；（3）新时代的网络产品快速更新，不可能对校园实验设备进行不断更新。为使实验教学成效得以提升，虚拟实验是突破此难题的有效方式2。2 独立学院网络实验室虚拟实验系统设计原则2.1 开放原则传统实验室教学具备开放特性，网络实验室虚拟实验系统也需保持此特性，使得学生在没有过多限制的空间中自由学习。如系统功能中可包含自动接入功能，无论学生在任何区域都可进入系统自主学习，突破学习的时空限制。2.2 安全原则系统所具有的开放性，使得进入校园网的所有学生都可登录，若是数量过多，极易出现冗余问题。所以，系统设计过程中，应确保系统可以稳定安全地运行，可为实验教学工作的开展提供稳定的支持。2.3 易维护原则系统是通过各种软件构建的实验场景，系统的复刻不会影响实体设备的应用。但系统软件容易损耗，尤其跨平台应用过程中容易出现运行不稳定的问题。所以，系统设计时应确保系统维护的便捷性，保障不会受到实验平台、运行时间等因素影响而无法正常运行，从而更好地保障学习质量。3 独立学院网络实验室虚拟实验系统的结构设计独立学院需要保障建构的网络实验室虚拟实验系统是能够全天候运行的，即学生在任何时间与地点只要进入到系统中，便可参与实验模拟操作。如计算机网络课程实验教学，需要设备实验功能丰富、界面简洁明了、可模拟真实环境，具备较高的可操作性。针对这些目标，在系统规划设计过程中，可基于互联网、客户端之上，以浏览器和服务器为支撑，促进学生快速进入到服务器中，且数据信息可及时处理与反馈。对于系统的结构设计，可划分成下述几部分：3.1 计算机网络原理分室 网络工程专业课程组成中，计算机网络原理是非常重要的一部分，对该课程能够做到深入理解与灵活应用，可为后续其他课程学习做好铺垫。虚拟现实技术历经多年来的发展，已处于较高的发展水平，在仿真网络原理分室方面已没有多大问题。模拟仿真可使得数据报分割、OSI 七层模型等理解难度较大的概念以动画形式来呈现，学生理解与接受也更加容易，见图 1。图 1 OSI 七层模型3.2 计算机网络管理分室计算机网络学习要求学生除了掌握基本原理外，还应具备网络规划设计、应用能力。计算机网络管理分室的作用主要是促进学生掌握高级组网技术，从而更好地管理与应用网络。拟通过软件仿真法虚拟出测试仪器功能丰富、产品型号齐全的工作平台，不仅可使实验室设备不足的问题得以弥补，也可使设备使用过程中的损坏概率大大降低。同时，可采取多样化的训练模式，开展 IP 访问表、熟悉交换机特性等实验，使得学生的分析、应用能力得以提升。3.3 网络故障诊断分室网络投入应用之后，若是有任何问题出现，需要对现有的网络进行改造、引入新的功能，而此过程中便会涉及故障诊断的知识。在网络维护中，网络故障诊断是不可或缺的内容，因很多独立学院实验室条件相对有限，开展的实验内容局限于网络协议、打印机等，无法开展价格高、设备构成复杂的网络设备维修训练。而虚拟实验与之不同，学生可反复拆装与测试，也接触更多新设备，第 4 卷设计论坛鞋 类 工 艺 与 设 计126获得更好的锻炼。网络故障诊断分室开设的实验覆盖范围较广，包含了路由器故障、交换机硬件故障等众多实验内容。3.4 网络工程与布线分室网络工程与布线包含的设计、工程、施工知识更为丰富，拟通过虚拟技术对布线对象进行模拟仿真，让学生仿佛置身于真实的环境。主要对学生方案制作能力、设备配置能力、传输介质选择能力、测试验收能力等进行训练，让学生可独立完成网络工程施工任务。以物流专业为例，网络工程施工分室的训练内容，可着重放在数字管理子系统、布线技巧、设备间子系统等方面，见图 2。图 2 物流数字管理子系统4 独立学院网络实验室虚拟实验系统的功能设计及工作机制4.1 功能设计选择科学的开发平台与语言，并通过合理的代码编制促使开发流程得以简化，整体的开发效率也可获得大幅提升，这和功能设计的基本需求相契合。窗体控件是Web 程序开发必不可少的内容，利用控件构建沟通界面，运算结果可同步传递给用户。虚拟网络实验室需确保信息可以双向对接，在各端口都可顺利传输数据，为保障网络介入安全性，还应配置合理的 IP 地址。在确定 IP 地址的过程中，应将网络掩码、主机掩码共同考虑在内。网络掩码包含 32 位，用于作为 IP 地址的标识，前面为连续的 1，后面为连续的 0。主机掩码主要用于网络中是否存在该主机的标识，其实则是网络掩码的反向操作，前面是连续的0，后面是连续的 1。对于任何网络 IP 地址的明确，都应经过下述环节：（1）通过按位和操作，从 IP 地址和网络掩码中提取出网络部分；（2）通过按位反相操作，由主机掩码中提取出主机的方向部分；（3）通过按位或操作，从网络与反向主机中提取网络 IP 地址。实验操作完成之后，应当将获得的实验数据上传并保存。通过分析系统实现形式可知，设备物理连接、合法 IP 地址、实验数据保存等环节，基本包含了所有系统的功能，用户的操作体验得以提升。4.2 工作机制虚拟实验系统通过划分成三大部分，计算机网络部分是系统运作基础，服务器部分主要负责仿真软件的运行及结果反馈，网络仿真软件用于实验仿真，每一个部分都有对应的功能。虚拟实验系统需要对访问者进行限制，通过安全措施来控制非法访问者的进入，对于合法访问者，若在进入系统后存在操作不当的问题，也可通过安全保障功能来终止操作。如用户通过登录机制进入到虚拟实验室中，需要核对权限才可顺利进入，而具体的操作也会由于身份的不同存在差异。教师自行创建的虚拟实验，可上传到系统中，充实数据库内容，学生则没有上传实验的权限。对于用户进入虚拟实验的方式，通常包含两种，但无论是哪一种，都必须先申请，获批后才可进入操作。其一是用户进入到系统中，通过输入实验参数，服务器便会开展运行，实验结果也会同步传递给用户，教师在该过程中还可通过在线解惑、发送邮件等形式，为学生答疑解惑；其二是通过下载仿真软件，用户自行在自己设备中运行，这对于仿真软件使用较为频繁的用户来说非常适合，可结合自身实际需求来使用，灵活性大大提升。5 结 语综上所述，纵观独立学院的网络专业实验教学现状，还存在较多的不足，导致教学效果和预期存在较大的差距。虚拟实验室进入独立学院教学研究工作中，对探索和发展现代教育思想、改善实验环境、优化实验教学过程可起到显著的作用，从而更好地开展优质人才培育工作。因而，独立学院必须要深刻意识到虚拟实验系统的价值，积极打造网络实验室虚拟实验系统，突破教学的时空限制，促进操作实践空间的扩展，提升实验操作的灵活性。同时，还需要紧跟时代的发展趋势、技术的推陈出新对虚拟实验室进行不断优化，使其可满足学生的实验操作需求。参考文献：1 杨万鑫,宋兰霞.虚拟化技术在计算机网络实验室设计中的应用J.集成电路应用,2023,40(09):292-293.2 郭良琛,张凯.基于 GPU 加速的 NFV 系统的框架设计和性能优化 J.计算机应用与软件,2022,39(02):113-119+137.