孫燕蓮　文福安

【摘要】隨著信息技術(shù)的發(fā)展，作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種有效的補(bǔ)充，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)成為加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)、提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段。根據(jù)我校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，介紹了自主設(shè)計(jì)開發(fā)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，探討了網(wǎng)絡(luò)教育中虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的分層次教學(xué)實(shí)施方案，并對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行了總結(jié)和分析。

【關(guān)鍵詞】虛擬實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；網(wǎng)絡(luò)教育

【中圖分類號(hào)】G420 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【論文編號(hào)】1009—8097（2009）04—0131—02

“十一五”期間，我國科技人才培養(yǎng)，進(jìn)入了鞏固成果、深化改革、提高質(zhì)量、持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。人才培養(yǎng)必須堅(jiān)持以強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)為著力點(diǎn)，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，改革實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，完善實(shí)踐教學(xué)體系；必須堅(jiān)持以信息技術(shù)的應(yīng)用作為提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段，推進(jìn)教學(xué)方法的改革，重點(diǎn)突破實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生和勞動(dòng)者的動(dòng)手實(shí)踐能力。

在我國，受教育的人口眾多，許多高等學(xué)校不具備充足的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。此外，大量的接受網(wǎng)絡(luò)教育的學(xué)生無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和練習(xí)。在這樣的背景下，虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及其應(yīng)用的相關(guān)問題正是應(yīng)當(dāng)大力研究和發(fā)展的課題。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種有效的補(bǔ)充，已經(jīng)成為加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)、提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段，它不僅可以在一定程度上代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，而且可以克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的各種制約和弊端，從而有效地解決目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的諸多問題。

一 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

虛擬實(shí)驗(yàn)是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的各種虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)者可以像在真實(shí)的環(huán)境中一樣完成各種預(yù)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，所取得的學(xué)習(xí)或訓(xùn)練效果等價(jià)于甚至優(yōu)于在真實(shí)環(huán)境中所取得的效果。它是計(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，也是教育領(lǐng)域應(yīng)用信息技術(shù)的一種創(chuàng)新。

虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以節(jié)約成本，突破實(shí)驗(yàn)教學(xué)在時(shí)間和空間上的限制，提高學(xué)習(xí)者的自主性和創(chuàng)新性，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，成為對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方式的有力補(bǔ)充。利用計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等可以仿真出可視化的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，引入多種多樣先進(jìn)、昂貴的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，同時(shí)降低誤操作的危害與損失，為學(xué)生和勞動(dòng)者提供實(shí)用的知識(shí)與技能。

在我校開設(shè)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)、Linux操作系統(tǒng)等工科課程中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)必不可少。我們選取了虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，以達(dá)到讓學(xué)生多練習(xí)、多模擬、多實(shí)踐的目的。2007年6月在國家“十五”重大科技攻關(guān)項(xiàng)目“面向中小學(xué)的遠(yuǎn)程教育關(guān)鍵技術(shù)及示范”的“國產(chǎn)基礎(chǔ)軟件技術(shù)培訓(xùn)系統(tǒng)研制與課程開發(fā)”（編號(hào)2005BA115A03）項(xiàng)目資助下，我們自主開發(fā)完成了面向互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包含一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，及與之配套的網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)。

計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)仿真了計(jì)算機(jī)、路由器、集線器、交換機(jī)等4類常用儀器設(shè)備，其中計(jì)算機(jī)又包含Windows與Linux兩種操作系統(tǒng)的界面和功能。學(xué)生可以從器材欄選擇需要的設(shè)備添加到實(shí)驗(yàn)區(qū)，相同的設(shè)備可以選擇多臺(tái)，利用這些仿真設(shè)備搭建虛擬的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置與實(shí)驗(yàn)操作。系統(tǒng)界面如圖1所示。

虛擬實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)可以提供實(shí)驗(yàn)管理、報(bào)告管理、個(gè)人消息、在線論壇、用戶管理等功能。系統(tǒng)分為教師、學(xué)生和管理員三種角色，不同角色擁有不同權(quán)限。(1)學(xué)生：完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)、在線提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告、保存實(shí)驗(yàn)結(jié)果，查看教師給出的成績與批語、進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)等；(2)教師：進(jìn)行教學(xué)管理（新建典型實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)安排、批改實(shí)驗(yàn)、發(fā)布實(shí)驗(yàn)成績等）；(3)管理員：進(jìn)行課程管理（設(shè)置實(shí)驗(yàn)課程、進(jìn)行授課安排）和教學(xué)論壇的管理與實(shí)驗(yàn)用戶的管理、學(xué)校管理和權(quán)限管理。同時(shí)這三種角色還擁有參與教學(xué)論壇、站內(nèi)消息的功能。

二 虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施方案

利用自主開發(fā)的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開展計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是由基本實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次構(gòu)成。基本實(shí)驗(yàn)是由常用的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)配置等實(shí)驗(yàn)組成，側(cè)重于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用操作能力的訓(xùn)練；綜合實(shí)驗(yàn)為DHCP、HTTP服務(wù)器等配置實(shí)驗(yàn)，側(cè)重于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)操作能力的訓(xùn)練；設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)為學(xué)生提供了一個(gè)開放的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，讓學(xué)生自由搭建網(wǎng)絡(luò)，側(cè)重于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練，增強(qiáng)創(chuàng)新精神。

對(duì)于單門課程，每學(xué)期在網(wǎng)上發(fā)布一定量的實(shí)驗(yàn)作業(yè)，如圖2所示。公布實(shí)驗(yàn)要求與報(bào)告格式，由學(xué)生操作完成之后，直接通過網(wǎng)絡(luò)提交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)報(bào)告。教師直接在網(wǎng)上批改并可利用網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)進(jìn)行成績統(tǒng)計(jì)。最后將成績按照一定比例計(jì)入學(xué)生的總評(píng)成績。以計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)課程為例，每學(xué)期發(fā)布2個(gè)必做實(shí)驗(yàn)，由基本實(shí)驗(yàn)構(gòu)成；2個(gè)選做實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在教師發(fā)布的5個(gè)實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，選擇2個(gè)完成，以綜合實(shí)驗(yàn)為主。最終的實(shí)驗(yàn)成績計(jì)入學(xué)生總評(píng)成績的20%。此外學(xué)生也可以自由設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，完成后提交給教師。如果學(xué)生做的非常優(yōu)秀，可以給以5%的加分成績。

三 虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐

我校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革走過了一段漫長的路程。2005年9月開始研制虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。2007年研制完成后，經(jīng)歷了1年時(shí)間的完善和修改。在2008年初投入實(shí)際教學(xué)，在Linux操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)等課程中進(jìn)行應(yīng)用，已完成2個(gè)完整學(xué)期的教學(xué)工作。第一個(gè)學(xué)期是小規(guī)模使用，選擇了一個(gè)百人左右的班級(jí)。第二個(gè)學(xué)期在全年級(jí)推廣使用，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的學(xué)生總計(jì)超過2000人，并取得了良好效果。在對(duì)學(xué)生的問卷調(diào)查中，有90%以上的學(xué)生支持虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式。85%以上的學(xué)生認(rèn)為在虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中獲得了很大收獲?？梢哉f，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的使用，解決在網(wǎng)絡(luò)教育中開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的難題，有利于提高學(xué)習(xí)效率，有利于發(fā)揮學(xué)習(xí)個(gè)體的主動(dòng)性，促進(jìn)個(gè)性化的發(fā)展，有利于在教學(xué)中實(shí)施素質(zhì)教育。

在虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中，我們也發(fā)現(xiàn)了一些問題。最主要的問題是實(shí)驗(yàn)成績?cè)u(píng)定，教師工作量很大。我校網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)生每年招生約2000人，一位教師可以開設(shè)課程布置實(shí)驗(yàn)，但是批改的時(shí)候，面對(duì)數(shù)以千計(jì)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，負(fù)擔(dān)比較重。今后在實(shí)驗(yàn)結(jié)果的保存、實(shí)驗(yàn)批改流程方面需要改進(jìn)，力爭實(shí)現(xiàn)自動(dòng)批改。

本文提出了一種新的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，采用自主研發(fā)的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，針對(duì)多門課程開展網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)，取得了較好的教學(xué)效果。2008年9月，虛擬實(shí)驗(yàn)相關(guān)課程“計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)”被評(píng)為2008年度國家網(wǎng)絡(luò)教育精品課程。

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