摘要:基于Web的虚拟实验室主要面向学习计算机网络课程的学生,服务于计算机网络实验课程的教学。该虚拟实验室综合运用了多媒体技术、虚拟技术、流媒体技术等先进技术,使计算机网络的实验不再受时空的限制、不再受昂贵设备不足的限制,保障了实验教学的质量。
关键词:计算机网络;虚拟实验室;网络实验
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2009)15-3960-02
Research and Exploration for Virtual Laboratory of "Computer Network" Courses
CHEN Liang-hai
(Huaiyin Institute of Technology, Huai"an 223003, China)
Abstract: Web-based virtual laboratory for students of studying computer network, computer network services in the experimental curriculum. Comprehensive use of the virtual laboratory of multimedia technology, virtual technology, streaming media technology and other advanced technologies that make computer networks are no longer subject to experimental time constraints, lack of expensive equipment are no longer subject to restrictions to safeguard the quality of the teaching experiment.
Key words: computer networks; virtual laboratories; network experiment
1 引言
很多院校开设了计算机网络的课程,让学生深入地理解计算机网络和互联网的最好的方法就是动手做实验。学生只有通过足够的验证性实验和一定数量的综合性实验,才能真正理解和掌握理论知识,获得一定的综合技能和实践能力。但是由于网络设备价格高、远程学习方式的地域分散等问题,许多学校根本无法建设完善的计算机网络实验环境,因此,如何实现虚拟的计算机网络实验教学,成为了解决这一问题的重要途径。
2 实验课程现状分析
2.1 硬件环境要求高
要构建一个网络专业实验室需要配置较多的硬件设备,包括服务器、PC机、交换机、网卡网线、路由器、中继器、网桥及相应的工具等。这些设备价格都相对较高,每组实验设备难以提供给不同实验进度的学生共用,从而更增加了设备的需求量,给实验室建设带来一定的难度。
2.2 受时空限制
网络课程具有较强的实践性,往往需要反复实验才能掌握,由于受实验环境的影响只能在实验室中进行,限制了实验的空间和时间,在设备不足的情况下学生不可能有足够的时间反复实践,而且实验室以外又不能进行实验,使实验效果得不到保证。
2.3 传统网络教学实验准备和实验指导工作困难
网络课程实验的软硬件环境的复杂性,使实验环境的准备工作难度加大,除了保证设备无故障外,还要准备各种设备相应的驱动程序,检查软件系统是否符合要求,要保证所有操作系统的正确安装运行。对于熟练的专业人员来说也会常出意外,对学生来说问题多,给实验教师和实验管理人员带来相当大的难度。
3 虚拟实验室建设可行性分析
对于计算机网络课程来说,除了组网过程需要接触实际硬件外,其他实验都是通过计算机完成。利用计算机来仿真计算机上的实验过程,只在后台的控制是虚拟的,从学习者的角度看,其实验过程和实验结果与实际实验并没有任何区别,仿真度接近100%。
由于通过计算机进行的实验是虚拟的,在虚拟实验中操作的不是真实存在的设备,而是由计算机模拟的仿真设备,虽然虚拟实验室可以使学习者不受时空限制地进行实验,可以为实际实验做心理上和实际操作的准备,但是,这并不能完全替代实验设备的全部功能。因此,虚拟实验不可避免地存在一些缺陷。比如,难以达到实际实验的教学要求和实际操作的真实效果;教师与学生、学生与学生之间难以实现有效的交互和沟通;缺乏对学生的有效管理、评价和监控等。
客观冷静地分析虚拟实验存在的缺陷,目的在于扬长避短,改进和弥补其不足,以便有效地指导教学实践。
4 计算机网络虚拟实验室系统
4.1 设计思路
我们采用异步教学模式中的多种Web浏览,通过Internet与用户连接,实现远程通讯。网络上采用客户机/服务器模式,服务器端负责数据的存储、维护、处理;客户端则负责人机界面操作,送出用户需求和显示取回的数据。整个系统包含网络课程资料、实验课程、实验安排、虚拟实验、实验报告管理、创新实践、交流论坛和用户管理等内容或功能模块。结构框图如图1所示。
4.2 主要模块设计
1) 实验室简介:介绍实验仪器、实验内容、实验室师资力量等。
2) 网络课程材料:该模块将计算机网络课程的教学大纲、网络课件、电子教案、视频教学等资源进行制作与整理。
3) 实验课程:以网页或电子文档的形式发布了计算机网络实验教程。
4) 实验安排:作为面向学员开放的公共教学实验室,该系统定期发布实验课表及毕业设计安排,方便学员安排自己的学习。对未作安排的学员或实验项目,学员可以进行网上预约申请。
5) 虚拟实验:虚拟实验模块用于介绍实验的具体信息,以及引导学生虚拟参与实验的过程,采用html网页文字说明,结合FLASH和VRML等技术手段设计。不仅详细的介绍实验内容,实验要求,还形象演示了实验设备及实验原理。分别包括如下子模块:
实验介绍--动态列表显示数据库中的所有实验。
网络原理演示--采用FLASH演示了一些网络原理及网络设备的工作原理。有TCP/IP模型、原理演示;中继器、集线器、网桥、路由器、交换机工作原理演示等。
三维设备演示--这部分是实验设备的三维交互式演示部分。分别对Cisco公司的主流路由器和交换机进行了建模,并结合虚拟现实技术VRML技术,使用户可以通过鼠标对实验设备模型旋转、多角度观察,对于路由器和交换机有直观的认识。实验前需安装VRML插件,页面提供下载功能。
网络使用试验--这部分采用交互式动画的方法指示学生如何一步一步地进行拨号上网设置和网卡设置等。
网络编程实验--用Flash演示了网络socket编程原理等。
组网实验--组网实验部分详细介绍了CCNA考试的内容,主要有:互连网络的模型、Cisco路由器、交换机和集线器的特点;Cisco IOS软件的初步知识;TCP/IP协议套件的综合概括;管理广域网,配置ISDN、帧中继和ATM;学习IP配置;Novell IPX协议栈、IPX封装类型和SAP及RIP的配置;使用访问表进行基本的通信量管理;默认的局域网连网,跨域配置VLAN。除此之外,教师可以使用发布实验子模块来随时动态地增加实验。
6) 实验报告:教师使用该模块来查看学生的实验报告,并为实验报告评分,填写评语。
7) 创新实践:针对兴趣广泛、学有余力的学员,开办了创新实践栏目。
8) 交流论坛:包括网络理论教学、计算机网络应用、毕业设计网上指导等版块,为教师和学员提供交流和学习的平台。
9) 用户管理:用户管理包含教师信息管理和班级信息管理。
4.3 系统开发与实现
计算机网络虚拟实验室系统最终以网站的形式实现,各个模块内容采用DHTML、CSS、Javascript、ASP.NET与数据库等技术制作成网页,包含了丰富的文字、图片、视频、动画等多媒体内容。网页的制作需要多种开发工具进行,包括专业的网站开发软件、图像处理软件、视频编辑软件、动画制作软件等。为了增强网页的显示效果,采用一些小巧的网页设计辅助软件也是非常必要的。综合考虑计算机将网络实验的学科和课程特点、开发软件的技术特点以及使用对象的特点,本系统可以采用Flash工具进行虚拟实验模块的开发。
5 结束语
基于Web的计算机网络课程虚拟实验室的建设,既可以解决许多学校因资金不足而难满足网络实验的要求,又能满足远程教育中网络课程的实验要求。随着新技术的不断出现和学者们的深入研究,相信网络虚拟实验毕将成为计算机网络实验室建设的主要内容。
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