基于SPOC和虛擬仿真技術(shù)的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗

基于SPOC和虛擬仿真技術(shù)的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學研究摘要：為培養(yǎng)國家和社會需要的計算機網(wǎng)絡(luò)人才，高校需要對計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學進行改革。文章分析了計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學改革的必要性，提出了基于SPOC和虛擬仿真技術(shù)的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學模式并在實際教學過程中實施并實踐。關(guān)鍵詞：SPOC虛擬仿真技術(shù)計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學一引言《教育部等部門關(guān)于進一步加強高校實踐育人工作的若干意見》指出：實踐教學是學校教學工作的重要組成部分，是深化課堂教學的重要環(huán)節(jié)，是學生獲取、掌握知識的重要途徑。實踐教學方法改革是推動實踐教學改革和人才培養(yǎng)模式改革的關(guān)鍵。高校要把加強實踐教學方法改革作為專業(yè)建設(shè)的重要內(nèi)容，加強綜合性實踐科目設(shè)計和應(yīng)用。計算機實驗教學作為計算機理論課教學的補充，在一定程度上可以加深理論課的原理、方法以及實現(xiàn)的過程，讓學生可以在實驗過程中能夠夯實專業(yè)理論。21世紀的今天，國家發(fā)展飛速，國家對高校人才的培養(yǎng)尤其是在大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的當下，高校計算機專業(yè)課程改革尤其是計算機實驗類課程應(yīng)該更多的和國家的時代發(fā)展的要求相結(jié)合。計算機實驗教師應(yīng)當在實驗教學的過程中引進更多的先進教學理論，在教學實踐中更多的是以學生為主，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。這有這樣，高校培養(yǎng)的計算機類人才才能滿足國家和社會的需要。二計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學中引入SPOC和虛擬仿真技術(shù)的必要性（一）改善傳統(tǒng)教學模式SPOC（SmallPrivateOnlineCourse）教學模式，即小規(guī)模私有在線課程，最早是2013年由?？怂菇淌谔岢鯷1,2]，目的是希望利用豐富的MOOC學習資源與課堂教學優(yōu)勢互補，提高教學質(zhì)量?；诨赟POC和虛擬仿真技術(shù)的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學從傳統(tǒng)的計算機實驗教學以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W生為中心。這種以教為中心的授課模式大大強化了學生的主體地位[3]。在傳統(tǒng)的教學方式上，教師以教為主，大都以填鴨方式進行教學，學生被動接受知識，抓不到教師上課的重點，不能做到有的放矢，課堂效率降低。例如在計算機網(wǎng)絡(luò)實驗中，學生如果可以在上課之前在SPOC平臺提前獲得實驗課程的相關(guān)信息。教師通過SPOC平臺對本次實驗涉及的知識點、注意事項、實驗步驟以及實驗中的一些重點環(huán)節(jié)以視頻、文字、PPT等多種形式發(fā)布。學生通過SPOC平臺可以更能有目的、帶著問題進入實驗室，提高了課堂效率。另一方面，隨著國家高等教育的大眾化，越來越多的學生進入大學接受高等教育。但是由于學校資金有限，計算機網(wǎng)絡(luò)實驗設(shè)備比較貴重，普通高校很難能夠保證每位同學同時使用一套網(wǎng)絡(luò)實驗設(shè)備。比如，在計算機網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)路由實驗中，如果按照傳統(tǒng)教學可能無法為每位學生提供路由器，學生只能4-6人一組，按組進行路由器配置實驗。如果在教學中采用虛擬仿真技術(shù)，學生可以在實驗室的電腦上自由配置路由器，完成實驗任務(wù)。這樣有效的解決了硬件設(shè)備不足的問題。在解決了配置問題以后，教師可以在實驗室實地為學生展示真實的路由設(shè)備，這樣既可以讓每位學生掌握路由器的配置又可以讓學生對實際路由器的外觀和各個接口了解，既鍛煉了學生實際操作能力又提高了學生的專業(yè)水平。課后學生可以通過SPOC平臺，提交實驗數(shù)據(jù)，完成實驗報告?；緦嶒炄蝿?wù)結(jié)束以后，教師可以利用SPOC平臺與學生進行反思討論。同時教師可以在基礎(chǔ)實驗之上設(shè)計一些與實際工程比較密切的拓展實驗來進一步提高學生專業(yè)知識的應(yīng)用能力。這樣從課前到課后用了SPOC平臺延伸了教學深度和廣度[4]，使學生更扎實掌握理論和應(yīng)用。有助于學生的個人能力發(fā)展教師在進行計算機網(wǎng)絡(luò)實驗過程中，引入SPOC和虛擬仿真技術(shù)，不僅僅能使學生的學習習慣、學習能力增強，還能讓學生大膽動腦、動手，能夠激發(fā)學生的興趣和積極性。教師利用SPOC平臺主要是進行了課前的預(yù)習和課后的反思。這種課前-課中-課后教學過程符合學習的一般規(guī)律，能夠讓學生養(yǎng)成勤于思考、樂于做事的習慣。同時在實驗過程中教師引入虛擬仿真技術(shù)不僅能夠預(yù)防實驗設(shè)備安全隱患問題而且能夠讓學生完成實驗過程中[5]，提高動手和思考能力。學生可以更及時觀察和反思實驗步驟，也能夠直觀的發(fā)現(xiàn)錯誤，促進學生個人能力發(fā)展。有助于降低實驗成本當前，在計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學中，為貼近生產(chǎn)實際，高校需要購置新的實驗設(shè)備。采用SPOC和虛擬仿真技術(shù)以后，實驗教學的成本降低。計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備比較貴重，在實際實驗過程中，學生難免由于好奇等原因?qū)⒉煌倪B接線對倒、反插，對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置信息進行更改。如果經(jīng)常出現(xiàn)這樣的問題，實驗教師的工作量會額外增加，同時下一輪的實驗進程也會收到影響。學生對網(wǎng)絡(luò)實驗設(shè)備的各類連接線的隨意連接也可能會導致該組的整套網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在最基本的連接中出現(xiàn)錯誤甚至會損壞設(shè)備。教師采用虛擬仿真技術(shù)可以避免這樣的問題發(fā)生。在實際的實驗教學過程中，如果不考慮設(shè)備成本問題教師應(yīng)該鼓勵學生在完成基本實驗任務(wù)以后，按照自己的想法和思路去驗證不同類型的實驗，這樣可以增加學生的興趣，讓學生更主動的參與實驗中去。同時目前國內(nèi)的SPOC平臺較多，如中國大學生慕課、愛課程等。這些教學資源平臺基本上免費使用，功能較強大。教師在實驗教學中可以利用這些SPOC平臺。這樣不僅節(jié)約了資金，最重要的是提高了學生的學習能力，完成了實驗?zāi)繕?。三基于SPOC和虛擬仿真技術(shù)的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學實踐基于SPOC和虛擬仿真技術(shù)的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學過程計算機網(wǎng)絡(luò)課程的理論部分和實驗部分同等重要，兩者相輔相成，其中計算機網(wǎng)絡(luò)實驗部分更多的是理論的延伸。對于教師來說理論的講解如果能通過實驗去驗證，更能增加學生的理解深度?；诖?，計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學的重要性不言而喻。本文利用了現(xiàn)代教育技術(shù)設(shè)計了基于SPOC和虛擬仿真技術(shù)的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學過程，如圖1所示。課前教師利用SPOC平臺發(fā)布實驗內(nèi)容同時將涉及的知識點用PPT、微視頻、精品課等形式展現(xiàn)出來。學生在手機端接收學習資料，進行提前預(yù)習，找到不明白之處，帶著問題進入實驗室[6]。課中教師在實驗室對實驗項目進行分解同時對實驗進行整體講解，然后將重點、難點在實驗室進行課堂展示。學生按照自己預(yù)習的成果和教師的講解進行驗證，按照實驗步驟完成實驗。學生在完成實驗的過程中，可能會遇到不同的問題，這些問題可以在課堂上和教師、同學解決也可以在SPOC平臺式發(fā)布與大家共同探討。課后教師根據(jù)實際情況，發(fā)布實驗報告要求，學生根據(jù)自己的實驗內(nèi)容填寫實驗報告，上傳實驗數(shù)據(jù)。教師根據(jù)實驗報告以及實驗中出現(xiàn)的問題進行總結(jié)和歸納，從一般實驗延伸出拓展實驗[7]，增加學生解決難題的能力?；赟POC和虛擬仿真技術(shù)的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學實踐利用SPOC平臺貫穿實驗教學始終目前國內(nèi)眾多高校都已經(jīng)在嘗試將SPOC平臺應(yīng)用到實驗教學中，取得了良好的效果。實踐表明，SPOC平臺應(yīng)用到高校實驗教學體系，能夠打破實驗室的束縛，讓學生隨時隨地都能進行學習，豐富了教學方法，擴展了教學手段，改善了學生聽課體驗，提高了學生做實驗的興趣，促進了學生分析思考問題的能力。根據(jù)學校目前的實際情況，綜合學生的意愿，目前我們計算機網(wǎng)絡(luò)專業(yè)實驗室采取的是單位自建的網(wǎng)絡(luò)教學平臺，此平臺主要依據(jù)學習通的泛雅學習平臺。通過這個平臺教師可以建立與實驗課相配套的實驗課程，組建計算機實驗教學網(wǎng)路教學環(huán)境。實驗教師一般負責常規(guī)實驗課程管理。課程管理包括實驗課程教案發(fā)布、章節(jié)任務(wù)點、其他參考資料、發(fā)布預(yù)習作業(yè)以及最后的統(tǒng)計功能。在這個學習平臺上我們共享了北京理工大學虛擬實驗教學視頻，同時，實驗教師可以根據(jù)所教班級的實際情況，添加實驗內(nèi)容、試驗任務(wù)。實驗教師在完成平臺課程建設(shè)以后，在學生庫中添加學生信息。這樣學生在手機端登陸學習通，就能出現(xiàn)實驗課程內(nèi)容。利用虛擬仿真技術(shù)平臺進行計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學計算機網(wǎng)絡(luò)實驗室由于場地、資金等限制，無法保證每為位同學一套設(shè)備，根據(jù)我校實際，在實驗室的學生實驗電腦端預(yù)先安裝了華三模擬器來進行計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學。下面以配置靜態(tài)路由實驗為例，展示實驗內(nèi)容。本次實驗的內(nèi)容是通過A、B、C三臺路由器配置靜態(tài)路由，使PC1能夠訪問PC2。根據(jù)實驗內(nèi)容，在模擬器中分別拖放各個實驗設(shè)備，根據(jù)實驗指導書，配置IP地址，如圖2所示。為路由器配置接口信息并查看當前配置信息PC1配置IP地址實驗中其余的路由器和PC機按照上述實驗步驟一一建立。按照實驗內(nèi)容設(shè)置完地址以后，可以測試一下兩臺機器是否能互相訪問。從圖7，圖8能夠看出目前是不能互相訪問。分別配置路由器A、B、C配置完畢，測試兩臺電腦是否能夠互相訪問至此，華三模擬器下的靜態(tài)路由實驗完畢。教師在學生結(jié)束實驗以后根據(jù)學生在實驗過程中發(fā)現(xiàn)的一些問題和生活實際進行拓展實驗，假如全網(wǎng)所有網(wǎng)段全部基于19