基于VR的开放式计算机网络虚拟实验室的研究与实践

于 斌，余红珍

(武汉科技大学城市学院 信息工程学部，武汉 430083)

基于VR的开放式计算机网络虚拟实验室的研究与实践

于 斌，余红珍

(武汉科技大学城市学院 信息工程学部，武汉 430083)

在计算机网络课程的实践教学中，为充分实现培养学生实际动手能力的教学目标，很多高校在实践教学中采用虚拟仿真实验室，推动了高校实践教学的改革发展，提高了学生的学习积极性和实践创新能力。文中介绍了进行远程实验及开放式虚拟仿真实验的实现方法，进一步建设了开放式网络化虚拟仿真实验平台和管理平台。

虚拟仿真；虚拟实验室；虚拟仿真实验平台；开放式

1 构建计算机网络虚拟实验室

计算机网络实验室是计算机网络教学的实践场所，利用计算机相关软件可以在现有机房基础上构建虚拟实验室。在教学中，我们使用Boson NetSim构建计算机网络虚拟实验室，因为Boson NetSim是操作非常接近真实环境的模拟工具。通过Boson NetSim可以随意构建网络，PC、交换机、路由器都可被模拟出来，而且它还能模拟出多种连接方式，如PSTN、ISDN、PPP等[1]。

由于学生在生活中不曾接触过路由器和二、三层VLAN 交换机等网络设备，设备的连接方法与配置命令、子网的划分等对学生来说都是全新的领域，尽管教师在上课时讲解了命令功能和参数配置，学生仍缺乏感性认识[2-4]。利用Boson NetSim这样的虚拟仿真实验平台，教师制定学习目标，学生可以自己设定任务情境，进行自主学习。例如，学生可以自主设计网络拓扑结构，设备选型，进行模拟设备配置，来增强感性认识，提高学习兴趣和实践动手能力。

2 构建开放式网络虚拟实验室

所谓开放式网络虚拟实验室，是指利用局域网或互联网并基于虚拟现实技术的实验系统，包括相应的实验室环境、有关的实验仪器设备、实验对象及实验信息资源等。构建开放式网络虚拟实验室，其实就是搭建一个网络平台系统，包括硬件、软件及管理三个方面[5]。在硬件方面，各校都建立了校园网络并接入了互联网，这些基础设施基本可以满足需求，不需要太多的投入。在软件方面，一方面，是实验室平台软件系统的开发，它与网站建设相联系；另一方面，是网站的内容(实验内容)建设，这是实验室建设的关键。在管理方面，该平台上可以对实验仪器、实验报告、实验指导、实验成绩及网上答疑等进行有效管理，并对虚拟实验室进行监控[6]。

开放式网络虚拟实验室的建立，可以很好地解决目前硬件设备跟不上实验要求和学生实验时间不够用等问题，对于提高学生的动手能力、分析问题和解决实际问题的能力具有非常重要的意义。但在具体应用中还要注意处理好“虚拟实验”和“实物实验”的关系，不能一味地强调虚拟实验，要“虚实”结合，既相互补充，又各有侧重，这样才能取得很好的实验教学效果。同时，在虚拟实验中要注意培养学生严谨的、一丝不苟的科学实验作风。

开放式网络虚拟实验室系统的建设，可以因地制宜，自主开发。根据本校的实际教学和实验情况，结合学生的实际水平，由任课教师或聘请部分专家组成开发小组，进行一系列的虚拟实验项目的开发研究，并将研究的成果连接到虚拟实验室中，逐渐扩充直至完善。这种方式比较灵活，能充分发挥教师的积极性，有针对性地进行设计开发，适合学生的实际情况，学生容易接受，并且经费投入较少。缺点是开发周期较长，系统性不够，水平有限。另一种是引入其他学校的虚拟实验室平台。这种方式比较简单，容易实现，见效较快。但需要投入较多的软件购置费用，同时，也需要结合学校的实际情况进行一些调整，有一个磨合期。也可以将上述两种方式结合起来，一是引入、购置部分自己不宜开发的实验项目，二是结合自身的优势和长处开发一些实验项目，如非交互性的、演示性的虚拟实验项目等。

3 开放式网络虚拟仿真实验教学平台

OWVlab是在国家科技支撑计划项目的研究中提出的开放式网络虚拟实验教学系统的解决方案。开放式网络虚拟实验室分为课程实验仿真系统和虚拟实验教学管理系统两个部分。

课程实验仿真系统，用来供学生自己动手配置、连接、调节和使用实验仪器设备进行实验。系统允许根据平台上提供的器材自由搭建任意合理的典型实验或实验系统案例。虚拟实验平台通常拥有一个器材栏，用于各类虚拟实验器材的管理。学生可以把器材从器材栏中移到实验台上，或者从实验台上把器材收回到器材栏。

开展虚拟实验教学，需要通过虚拟实验教学管理系统向学生、教师、教务管理员和系统管理员提供实验教学管理功能。虚拟实验管理是虚拟实验教学系统的重要内容，是虚拟实验教学系统与一般仿真系统的主要区别。采用网络化的虚拟实验管理可以有效地提升虚拟实验技术在教学上的应用效果。

系统针对计算机网络实验课程配套开发的基于B/S架构的虚拟实验课程，模拟真实实验中用到的器材与设备33种，提供与真实实验相似的实验环境以及46个典型实验案例。

4 结束语

根据武汉科技大学城市学院人才培养的总体战略目标和信息类相关专业的实验教学与管理需求，开放式虚拟实验室综合管理平台正在酝酿建设。

开放式网络虚拟实验室可以促进学生学用结合，实验的安排更加灵活方便且不受时间、空间限制。只要有网络的地方就可以动手做实验，实现真正意义上的开放实验室。虚拟实验可减少实验设备的维护强度，缓解当前实验设备的不足，实现理论教学和实践教学的有机融合。学生能够从虚拟实验过渡到真实实验的教学中，获得更多的知识和训练，实现真正意义上开放式、虚实结合的新型实验实训教学体系。通过建立开放式虚拟实验室，可以更好地解决计算机网络课程实验教学的问题，完善现有实验教学体系。

[1]于斌,余红珍. 独立学院计算机网络课程虚拟仿真实验的探索与实践[J].软件导刊, 2013(8):187-189.

[2]汪克峰. 网络化计算机专业虚拟实验室的构建与实现[J].电脑知识与技术,2012(28):53-55.

[3]周安辉.计算机网络课程虚拟实验室构建探索[J].职业教育研究,2012(2):170-172.

[4]孙秉超.虚拟机技术在计算机网络实训中的应用研究[J].电脑知识与技术,2012(27)：46-47.

[5]周峰.基于ASP.NET的计算机网络虚拟实验系统的研究与实现[D].成都：电子科技大学,2009.

[6]阳革锋.《计算机网络》虚拟网络实验室的设计与应用[J].广西广播电视大学学报,2011(3)：45-47.

Exploration and Practice on Virtual Reality of Open Computer Network Simulation Laboratory

YU Bin, YU Hongzhen

(Department of Information Engineering,City College of Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430083, China)

The practice teaching of computer network is to train the students’ practical ability. Virtual Simulation Laboratory is used by many colleges and universities. It is very important to promote the reform and development of teaching practice, and to improve the students’ learning enthusiasm and ability. This paper illustrates the remote experiment and open virtual simulation experiment. The Open Network Virtual Experiment Platform and Management Platform will be constructed.

virtual reality; simulation laboratory; virtual experiment platform; open type

2013-07-16；修改日期: 2014-03-28

于 斌(1970-)，女，硕士，讲师，研究方向：网络技术研究与应用。

G482；TP393

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.06.065