基于Packet Tracer的虚拟实训探索

摘 要：本文科学总结高职院校虚拟实训的内涵及典型应用，基于Packet Tracert软件，创造性地开展网络设备配置与管理课程虚拟实训的探索与实践，给出具体的虚拟实训建设方案，提出有借鉴意义的教改新思想和新方法，最后对虚拟实训的教学活动效果进行客观分析。

关键词：虚拟实训；高职实训课程建设；路由器；交换机

计算机网络技术相关专业是实践性很强的专业，需要有配套的网络工程实验环境才能保证培养出合格的计算机网络应用人才。但是，随着学校规模扩大、生源质量的下降和人均占有教学资源的下降，教学质量受到影响，计算机网络相关课程的教学实践环境的建设表现尤为突出。一套最基本的教学环境包括2台二层交换机和2台路由器，显然，如果考虑成本和教学场地因素，采用实际设备构建实践教学环境投资巨大，这对于中西部地区教育资源相对紧张的高职学院开展计算机网络相关专业的实践教学是一个不可逾越的障碍。为此，我们积极贯彻教育部“关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见”(教高[2006]16号)的指示精神，充分利用现代信息技术，根据课程的特点、学生岗位技能的需要，选取具有工学结合特色的教学内容，大力探索并实施虚拟实训，以满足教学的需要。文献[1]系统总结了在高等职业教学过程中引入虚拟现实技术的必要性和现实意义。

1 虚拟实训

众所周知，高职院校的实训教学活动是在某个特定的实训教学环境下开展项目实训，所以，高职院校在具体的实训教学过程中，只要实训环境或者实训项目二者要素之中有一个是虚拟的，那就是虚拟实训。

虚拟实训的最高境界是采用虚拟现实技术(VR)，生成实时的、具有三维信息的人工虚拟环境，受训者像在真实世界中一样，与该环境中的人和事物进行行为和思想的实时交流，并产生身临其境的感觉。但由

于受技术条件，特别是投入成本因素限制，在高职教学领域实现完全的虚拟现实技术的实训还有漫长的道路要走，目前只在个别领域，例如航空航天领域的飞行员训练得到实际应用。因此，当前高职领域可行的虚拟实训是采用桌面虚拟现实技术。它是利用计算机的屏幕作为用户观察虚拟境界的一个窗口，利用鼠标等外部设备操作虚拟环境中的对象，例如各种特定的设备与仪器。虽然它的真实感没有沉浸式虚拟现实高，但由于技术相对简单，投入成本不高，所以，采用此种类型的虚拟现实技术来建设虚拟实训室具有现实意义。

高职院校开展虚拟实训的典型应用有以下方面。

文献[2]将虚拟机技术引入计算机网络实训教学活动中，它是通过软件技术模拟硬件环境的方法让学生能尽快将理论知识应用于实践。该虚拟实验环境的最大特点是将现有的一些硬件、软件资源优化组合，从效果出发，不需要添置大量的硬件设备就能达到应有的实训效果。

文献[3]“虚拟公司”实训模式充分发挥秘书综合实训室的效用，营造了尽可能真实的秘书工作环境，使学生进入相对真实的秘书角色里，更加深入地体验秘书工作，这有利于对学生综合职业素质的培养。

文献[4]基于法国Trace Software International 集团公司的Elecworks& SolidWorks，建设虚拟电工实训室。该虚拟实训室一方面可以提高培训和实作的效率、提高成功率；另一方面能让学生对生产器件的厂家及其产品有较好了解，可以灵活地完成各种电气控制的设计及装配，加强并培养学生的创新能力。

作者简介：张平安，男，教授，主要研究方向为计算机应用技术、高职教学研究和智能控制。

文献[5]探索用虚拟软件Dynamips构建思科虚拟实验平台。该模拟器的最大优点是通过直接加载思科的路由器操作系统IOS，在PC上完整模拟多台特定的思科路由器功能，并支持模拟设备之间的真实互联。其缺陷也很明显，它特别消耗计算机资源，一般只能模拟3台左右路由器，另外，只能模拟路由器。

文献[6]基于VRML技术，通过二次开发，建立一个三维虚拟综合布线实验室系统,该虚拟实验室提供了三维实验环境，界面使人身临其境。由于VRML能够让用户进行二次开发，非常适合用户根据需要定制虚拟实训功能，因此，它将是今后虚拟实训一个重要的研究热点。

PT是Cisco公司开发的网络仿真工具软件，是一个为网络学习者提供计算机网络设计、配置和网络故障排除的模拟环境学习平台。学生可在软件的图形用户界面上直接使用拖曳方法建立网络拓扑，软件中实现的IOS子集允许学生配置设备；可提供数据包在网络中行进的详细处理过程，观察网络实时运行情况。本文就是利用PT这个虚拟实训平台，使学生实际操作完成复杂网络环境中各种实际应用中设备的配置与管理任务。这种教学模式有别于传统的基于实际硬件设备的实训，由于受设备的数量和实训场地的限制，一般只能完成一些简单的网络设备基本功能验证方面的操作。

2 虚拟实训环境建设

笔者所在专业建设了一个计算机网络技术实训室，共配置了41台方正文祥E630型号的计算机。计算机的基本配置为：CPU为P4 2.66G，2G内存，80G硬盘。采用思科公司2950快速以太网交换机组网，由一想服务器作为本实训室计算机局域网的服务器连接至校园网。

为了满足教学设备共享的需要，我们对实训室的每台电脑做了周密的规划设计，主要内容如下。

 每台电脑安装Windows XP SP2，硬盘分为三个逻辑分区。其中C盘大小为20G，负责安装操作系统和应用软件。D和E盘为30G，分别用于存储计算机数据和各种常用工具软件，例如各种类型的虚拟机。

 每台电脑安装了硬盘保护卡。保护卡只保护硬盘的C盘和E盘。计算机每次重新启动时，这两个分区的数据都恢复到初始安装状态。显然，D盘不受保护，可以让学生和教师保存自己实训的数据结果，方便下次上课时用。

 以管理员身份登录，在D盘为每门课程建立一个根目录。平常上课时，学生以普通用户身份登录，通过权限限制学生用户不能安装软件，只能运行指定的应用程序。学生不能删除D盘上每门课程的根目录，但可以在该目录下建立自己的子目录，根据需要存放自己的数据。

 每台电脑上都安装了PT 5.3软件。它本身是一个典型的Windows环境下的应用软件，安装非常简单。因此，虚拟实训方案中的重点不是虚拟平台的建设，而是虚拟实训项目的设计和教学活动的开展。

3 虚拟实训项目的设计

虚拟实训项目为一个企业网的设备集成管理，该项目教学计划为27学时。图1是虚拟项目的计算机网络拓扑结构图。如图所示，该项目逼真模拟了一个企业网完整的应用环境。它包括三个方面，分别是企业内部局域网的配置与管理；与合作伙伴业务上的通信和从互联网上获取企业所需要的资源。整个项目需要计算机、服务器、交换机和路由器共30台。具体来说，假设这个企业有三个部门，分别是管理部、财务部和普通部，要求按照部门划分VLAN，自动分配IP地址。企业网定用户能够浏览内外网WEB资源，能下载外网文件，并且用户和合作伙伴的用户之间能互发电子邮件。本项目所涵盖的网络技能包括各种常用的网络服务、VLAN、路由、广域网协议、访问控制列表和地址转换等功能的配置。实训的主要内容是根据所要实现的网络功能的需要，合理配置图1中的网络设备，使得网络系统中的设备互连互通，并满足网络安全的需要。显然，如果采用实际设备进行实训，一个班最多只能1套，而且搭建网络就会占用大部分时间，因此，实训效果纯粹是演示性的，而采用虚拟实训，每个人可单独完成整个项目的配置管理任务，从而达到实训目的。

4 教学实施策略

4.1 强化工程设计理念

网络项目的设计能力是计算机网络专业的学生必不可少的职业技能。因此，在实训过程中，特别要重视学生的网络设计能力的培养，要求学生必须以图表形式先设计好网络参数，经指导教师审核后，才能开始上机操作，坚决禁止学生不设计就直接进行配置的实训行为。为了避免学生逃避实训，在设计时，要求每个学生所设计的网络参数要体现学生的学号或者姓名等要素。开始时学生不适应，但随着实训的进行，学生已习惯了对自己的设计文档进行配置，因为，本项目规模大，要配置的参数太多，不进行书面设计，学生无法记住网络设备配置所需的大量参数。这种强化工程设计的实训模式，不仅提高学生自身的计算机网络设备配置的职业技能，更能培养高职学生工作岗位中所急需的严谨、细致的职业素养。

4.2 实施严格的实训过程监控

为了高效完成这种综合型项目的实训任务，我们把整个实训任务分成7个子任务，每个子任务为一个实训阶段。在每个阶段，学生先要完成工程设计任务，然后，再配置调试网络设备并自主完成网络功能的验证，最后，提交教师检查。教师会根据学生提供的设计文档和自主验证文档，检查学生现阶段实训工作的完成情况，及时发现学生实训过程中的问题，并有技巧地提示学生存在的问题及解决问题的思路。这种过程监控给学生一种可承受的学习“压力”和紧迫感，同时，学生完成任务后也具有“成就感”和“荣誉感”。

4.3 注重学生自主学习能力的培养

虽然，实训是在完成前期课程学习基础上开展的综合性项目训练，已具备相关的知识与技能，但在实训过程中，学生对老师还是有一种天然的依赖思想。碰到网络不通的问题或者遇到不懂的地方，学生首先就会找老师解决。为此，笔者在实训前就明确学生和老师的角色。老师的角色是企业的领导，学生的角色是企业的员工。那么，企业的领导给员工布置工作任务后，只管结果，不问过程。因此，要求学生在碰到问题时，必须首先自己寻求解决问题的方法。例如查阅资料，向同学请教，自发形成的小组开展讨论。多年的教学经验表明，直接告诉学生问题的答案，学生对问题不会很重视，印象不深刻。相反，如果学生自己找到问题的答案，时间越长，过程越辛苦，他的体会越深刻，在今后的工作中，碰到类似的问题他就会轻而易主地得到解决。

4.4 善用虚拟实训平台的功能

为了方便学生学习，PT提供了很多实际设备中不具有的功能，那么，在虚拟实训过程中，要让学生有选择地使用这些功能。例如，为了简化学生输入设备配置命令，PT提供了图形界面方式，学生只要输入相应的网络参数就可以了，而把重要的配置命令省略了。其实，实际的设备是采用CLI方式，每个参数都必须有具体的命令才能输入到设备中，因此，在实训过程中，要强制要求学生使用CLI方式进行实训，以熟练掌握设备的配置命令。在验证网络连通的时候，可以用命令的方式，但需要打开终端命令窗口，并输入命令和参数比较繁琐，这时可以用PT所提供的发测试包的功能，简化网络功能验证过程，提高实训效率。在遇到网络通信故障的时候，善于运用PT提供的模拟运行模式，查看数据包在网络中的传输过

程，从而结合设计文档，及时找到问题的原因。

5 应用效果与分析

建构主义学习观表现在教学策略上，要构建课堂教学的四个活性因子，即教学情景、学习活动、合作交往与成功体验。那么，这四个因子都会在虚拟实训中得到有效贯彻和实施。虚拟实训项目明确给出了典型的工程项目学习情景；学生实训的过程就是学习活动，与教师和同学探讨解决配置过程中遇到的问题，是典型的学习合作过程；最后，每个学生都能享受到网络调试联通后成功的喜悦。

纵观整个虚拟实训过程，我们能明显感觉到学生学习态度的变化。近5届学生实训情况统计显示，学生参与实训的人数从实际设备实训的10%急剧上升到虚拟实训的98%，除了极个别学生因自身的原因完全放弃学业外，其余的学生都能积极参加实训，有不少学生会自觉在课余时间继续开展实训，中午也不休息，晚上十点多，还有学生打电话给指导教师寻求帮助。显而易见，这种虚拟实训模式极大提高了实训的质量和效率。笔者所在专业的2008级的两名学生在学完本课程后，通过进一步学习，获得了思科公司全球通用的顶级职业资格证书CCIE。

参考文献：

[1] 程雅琼,蔡亮. 浅谈虚拟现实技术在高等职业教育中的应用[J]. 科技信息,2010(23):545,588.

[2] 尹光銮. VMware在计算机网络实训教学中的应用[J]. 淮海工学院学报:社会科学版,2010,8(6):86-87.

[3] 符海玲.“虚拟公司”实训教学模式构建探析[J]. 秘书之友,2010(4):36-39.

[4] 涂国栋,刘云梅,李强. 基于Elecworks & Solidworks 的虚拟电工实训室构建[J]. 科技信息,2010(15):62-63.

[5] 张钢,黄小波. 思科虚拟实验平台的构建[J]. 实验室研究与探索,2010,29(8):216-218.

[6] 连剑. 基于VRML的虚拟综合布线系统[J]. 山东科学,2101,23(1):61-63.

Research of the Packet Tracer-based Virtual Practical Training

ZHANG Ping’an, CHEN Xiang

(Shenzhen Institute of Information Technology, Shenzhen 518029, China)

Abstract: In this paper, the meaning and typical application of virtual practical training for high-level vocation is summarized systematically, and the exploration and practice of the training course of network equipment configuration and management is researched creatively. A concrete construction solution of training is given firstly, and then some new ideas and new method of teaching reform is proposed, and the teaching activities results are analyzed objectively at the end of the paper.

Key words: virtual practical training; course construction of high-level vocational practical training; routers; switches