虚拟仿真范例(3篇)
虚拟仿真范文篇1
关键词：虚拟仿真；eNSP；Cloud桥接
引言
本文主要通过对华为虚拟仿真软件eNSP中Cloud桥接设备的学习研究，实现虚拟仿真软件中的交换机、路由器、防火墙等网络设备与本地多台计算机的互通，使得本地多台计算机可以通过Xshell等客户端软件，登录虚拟仿真软件中网络设备，进行相关的配置练习或工程仿真，就像真实操作相关的网络设备一样，可以进行实验教学或专业技术人员的工程训练[1]。通过这样的虚拟仿真技术，既可在很大程度上节约网络设备投资成本，又可方便地进行操作训练，还可以进行团队协作等方面的配合工作，对于提升网络工程技术人员的专业技能和完成岗位职责效率有很大的帮助。
1虚拟仿真简述
虚拟仿真是一种可以测量网络性能的科学手段，即在计算机等设备上运用虚拟化技术建立模拟软件，通过虚拟仿真运行，在计算机中构建计算机实验平台并能够得到相关数据[2]。目前在计算机网络工程技术中常用的虚拟仿真软件很多，例如PacketTracer、eNSP、GNS等，根据国内网络工程技术的应用状况和发展前景来说，华为系列的网络设备及技术越来越普及，所以对华为网络技术的学习和应用就变得很重要，eNSP这个华为专用的网络虚拟仿真软件也就成了广大工程技术人员应当熟练掌握和应用的工具之一了。网络工程技术专用虚拟仿真软件eNSP功能非常强大，本软件内部集成了常见的交换、路由、安全及无线等网络设备，还有自带的案例库，既能满足初学者学习练习，又适合具备一定网络工程技术基础的专业人员根据具体工作任务设计、模拟工作情境，搭建相关网络模型，提前把客户的需求及设计方案演练成熟，为真实的工作提供了事半功倍的效果。本软件主界面如图1所示。
2虚拟仿真软件eNSP中的Cloud桥接
对于eNSP中的Cloud桥接,功能非常强大，既可以在虚拟仿真软件中把所有的网络设备根据工程设计要求进行连接和通信，更为重要的是可以通过这个Cloud桥接，把本地计算机的网络接口卡进行绑定，通过相关的配置，实现了虚拟设备与本地真实计算机的连接，再配合相关的远程终端软件如Telnet或Xshell等，把本地其他计算机与虚拟仿真软件进行通信，可以用多台计算机对虚拟仿真软件中的网络设备进行配置和操作，可以提升工作的效率，更高效完成网络工程任务。下面就实现上述虚拟仿真技术进行阐述。（1）搭建如图2所示的网络环境，交换机、路由器、防火墙及Cloud各一台。（2）接下来要把Cloud与其他网络设备连接起来，关键是要在Cloud中增加相关的接口，要注意Cloud中接口的类型要选择GE类，这样便于与其他三台网络设备进行连接。可以双击Cloud,打开其属性对话框，增加三个绑定信息为UDP的接口，然后在虚拟仿真主界面中用线缆把三台网络设备具体属性设置及最终结果如图3所示。注意，以上各个设备的IP配置时，交换机的管理IP地址与路由器和防火墙的接口IP地址应该和本地物理主机是在同一网段，建议先获得本地物理主机的IP地址，具体方法在下一步，这样便于后面进行测试和登录配置。（3）接下来的一步很重要，要实现Cloud桥接与本地物理主机的连接，这是整个仿真技术的核心步骤。首先要获得本地物理主机的上网IP地址，可以在“运行”中键入CMD命令，打开CMD的对话框，再键入IPCONFIG/ALL，找到本机上网的IP地址，如图4所示。在上面的图示中找到本地物理主机连接网络时使用的IP地址，假如本机使用无线网适配器上网，通过DHCP获得的IP地址为192.168.0.106，返回到虚拟仿真软件中，在图3中的界面左上角的绑定信息中选择刚才找到网络接口卡，再单击增加按钮，可以看到下面的接口列表中增加了一个属性为PUBLIC的接口，并显示本地无线网络接口卡的信息。如图5所示。（4）完成上面的工作之后，还要把本地物理主机与虚拟仿真软件中的网络设备进行连通，除上面要求的IP地址的配置条件之外，还需要在Cloud桥接属性中进行端口映射设置，把上述步骤中增加的所有接口进行双向通道的连接，本案例中有4个接口，故在端口映射表中有8条记录。最终效果如图6所示。（5）接下来应该是在虚拟仿真软件主界面中启动所有的网络设备，以便于进行本地物理主机与仿真软件中各个设备的连接登录测试。相关设备的启动界面如图7所示。以上所有的过程完成后，用本地物理主机进行网络设备的登录测试，应该可以进行正常登录。由于交换机和路由器及防火墙验证方式不一样，且也不是本文研究重点，故这里不再详细演示各个设备的登录过程。
3远程登录实现简析
在本地其他主机上正常安装远程登录软件，如Xshell,并且这些主机的IP地址应该和运行虚拟仿真软件的物理主机的IP地址处在同一个网络之中。然后运行Xshell软件，进行正确的配置，实现从其他主机上登录虚拟仿真软件中的网络设备进行操作和配置。Xshell的配置主要如图8所示。
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关键词：虚拟仿真实验教学项目管理
《教育信息化十年发展规划（2011-2022年）》对高校教育数字信息化建设提出要求。《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》要求重点建设一批部级实验教学示范中心，并加强实践教学管理。高校教育数字信息化和实验教学示范中心建设的重要内容非虚拟仿真实验教学莫属。中国石油大学（华东）石油工业训练中心，作为第一批部级虚拟仿真实验教学中心，高度重视虚拟仿真实验教学建设，在大力建设和完善实验教学硬件条件的同时，也抓好实验教学管理，提高教学质量和效果，作为建设实验教学的软实力的总要求。
一、项目化管理的必要性
项目化管理的实质就是将虚拟仿真实验教学作为一个项目，按照项目的进程进行管理。将该实训课程按照项目的生命周期从计划、实施、评价这几个方面进行质量管理，规范教学过程中的各个环节，能够明确实验教学目标、避免实验教师在教学内容、教学设备的使用中的随意性，也大大提高设备资源的利用率；能够及时发现和反馈实验教学过程中存在的问题，并作出相应调整，保证项目有效地按照计划进行；便于进行科学的量化考核，有利于教学师资队伍质量的提高，也有利于提高学生的实验教学效果，确保实践课程目标的实现。因此，对虚拟仿真实验教学实施项目化管理是提高教学质量的重要途径。
二、项目化管理主要措施
（一）项目计划：制定合理的质量标准
制定有效的项目质量标准是项目计划阶段取得成功的保证，规范标准的教学文件是实现教学质量的基本保证。应用到虚拟仿真实训项目中，一方面要建立健全虚拟仿真实验教学的各项管理规章制度。在教务处统一的基本制度下，根据虚拟仿真实验教学的特点，围绕实验项目的目标制定各项管理实施细则。包括对学生、指导老师、设备资源的管理制度以及实践活动中的行为管理制度等。另一方面要编制合理的教学目标和教学内容。根据各专业不同的教学计划及教学大纲编写配套的实验教学大纲、训练指导书、实训设备与器材单等，并制定详细的教学教案和考核内容、方法、标准。具体来说，虚拟仿真实训课程的内容应结合不同专业不同的教学计划和实验教学设备、软件等资源。即根据不同专业合理安排实训课程内容的深度与广度，同时要充分利用并合理配置现有的实验教学资源。另外在制定人才培养计划时，应与其专业的行业需求接轨。
（二）项目实施：落实过程质量监控
对项目的实施过程进行质量监控，有利于及时发现项目执行过程中出现的问题并及时纠偏，保证项目完成的质量。对虚拟仿真实验教学过程的质量监控，一方面需要检查实验教学项目的准备情况。教师应充分准备实验教学文件，如教案或实验指导文件，满足实验教学大纲要求，达到实践目标。另一方面需要检查实验教学项目执行情况。成立教学督察组监督实验教学过程，可通过随堂听课、问卷调查或座谈会等方式听取学生对老师及课程内容的评价、对教学方法、资源利用情况等方面进行评估，及时反馈相关意见。最后还需要检查实验教学项目的考核情况。除了检查学生的实验报告质量以及理论知识、现场实操的考核情况，还可鼓励学生改进现有实验内容甚至自行设计实验，增强学生的实践动手能力和创新思想是衡量实验教学质量的重要指标。
（三）项目评价：构建完善的质量评价体系
对虚拟仿真实验教学项目进行评价，项目准备阶段侧重对教学目标及教学条件的评价，如人才培养目标、师资队伍、教学资源、经费投入、教学环境等方面；项目实施过程中侧重对教学质量保障措施的评价，如管理运行机制、教学内容、方法、考核方式等方面；项目结束后侧重于对学生的能力评价和社会评价，考察学生的实践动手能力和综合能力以及社会满意度。还可通过在网上开通实验教学留言板的方式，收集学生反馈信息及用人单位对学生实践能力的评价，及时调整、更新实验教学的内容、方法和考核方式，深化实验教学改革。质量评价体系如下图所示。
三、提高虚拟仿真实验教学质量的保障措施
如今，不仅各大高校，甚至中小学也在大力建设虚拟仿真实验教学中心，虚拟仿真实验教学已经成为教师非常重要的授课方式。虚拟仿真实验教学有其不可取代的优势，以中心石油工业虚拟仿真实验教学实训课程来说，借助虚拟仿真手段，使不可及、不可逆、高风险、高污染等操作过程变得直观、形象、更具可操作性，并且增强了实验趣味，提高了教学效果。虚拟仿真实验教学是现今乃至未来的发展趋势，因此，无论是学校、教师还是学生都必须高度重视，加强虚拟仿真实验教学建设，保障教学质量。
（一）加强虚拟仿真实验教学资源建设
学校要加大资金投入，加强虚拟仿真实验教学资源建设。开启校企合作模式，借助企业的技术、服务，合作开发实验教学项目。教师应重视实验教学，改变以讲为主的授课方式，课程内容也不能停留在演示性、验证性实验上，多研发一些综合实验、设计性实验，让学生自主学习，提高学习的趣味性，提高学生的积极性和实践操作能力。
（二）加强实验师资队伍建设
要提高实验教学质量，必须建设一支高水平的实验教学师资队伍。学习发达国家高校“理论教学、实践指导、科学研究”于一体的教师建设机制，一方面鼓励、引导高水平的理论课程教师参加实验教学工作，也可从企业、研究所聘请有相关实践经验的工程师来学校兼职授课，充实实验师资队伍，促进“产、学、研”结合。另一方面制定相关政策，支持年轻老师去企业学习锻炼，提高实践技术水平，并参与科研，实现教学与科研的结合。
（三）加强实验教学资源建设，搭建资源共享平台
要加强实验教学数字、设备一体化建设，能够通过配置和连接，真正实现虚实结合的虚拟仿真实验教学平台，并能够自行设计、搭建实验项目。另外要进一步探索资源开放共享机制，搭建资源共享平台，能够实现项目共享、信息共享、设备资源共享，还能互动交流、展示成果、考评成绩等。
四、结语
上述内容，是笔者在从事虚拟仿真实验教学过程中，针对教学管理提出的一些想法。当然，只有在制度上完善、各教学部门、教学主体及管理人员达成共识，协调配合，才能将实验教学项目化管理落到实处，规范教学项目的计划、组织、实施、监控、评价，提高虚拟仿真实验教学质量，培养高综合能力、高创新能力的人才。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部.教育信息化十年发展规划（2011-2022年）[EB/OL].2012-03-13.
[2]中华人民共和国教育部.教育部关于全面提高高等教育|量的若干意见[EB/OL].2012-03-16.
[3]刘福华，闫景丽.实施实践教学项目化管理提高实践教学质量[J].ChinaafterSchoolEducation，2007，（02）.
[4]施俏春.构建实践教学体系对实践教学进行全程质量监控[J].教育教学论坛，2012，（13）.
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关键词：土工虚拟仿真实验室;继续教育;实践教学
中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2015）20-0224-03
虚拟现实技术发展迅速，在大众化教育及军事、医学、航空等的教育方面都得到了广泛应用。自从1989年，美国费吉尼亚大学（UniversityofVirginia）的Williamwolf教授提出虚拟实验室（Virtuallaboratory）概念以来，虚拟实验室的研究在发达国家十分普遍[1]。美国北卡罗来那大学的LAAP物理试验室和HowardHughes医学院开发的Biointeractive系列软件[2]。国内对网络虚拟仿真试验室的研究虽然起步比较晚，但是也出现了一些非常优秀的虚拟仿真试验室。如：中科院上海有机化学研究所虚拟化学试验室Chemlab套装软件、大连理工大学analab的化学虚拟试验室系列、中国科技大学的大学物理仿真试验、中学电路虚拟实验室、生物虚拟实验室、南京大学物理实验室[3]。文章选择土工试验作为研究对象，通过利用目前比较成熟的WEB技术、多媒体技术、虚拟仿真技术构建一个基于网络的土工虚拟仿真试验室，实现了试验相关知识的辅助学习、试验过程的模拟仿真操作、试验记录表的提交、试验后的教师批改评语、学生查看成绩等网络化的虚拟试验教学和管理功能。
一、土工虚拟仿真试验室的系统设计
土工虚拟仿真试验室的系统设计包括试验室平台搭建和虚拟仿真试验开发。
1.土工虚拟仿真试验室平台搭建。平台采用的是基于Web的B/S架构，客户机上只要用一个浏览器（InternetExplore、Firefox、Chrome）就可以了。该模式最大的优点在于，用户可以在任何地方进行操作而不用安装任何专门的软件，只要有一台能上网的电脑就能使用。服务器端采用PHP+MYSQL技术，在浏览器端采用Ext2.0javascript库进行开发，使用ajax技术使浏览器端与服务器端通信。
搭建由学生、教师、管理员三界面组成的网络试验平台，包含试验演示系统、试验仿真操作系统、试验结果记录系统、试验结果评阅系统、成绩反馈系统、后台管理系统等，如图1所示。
2.虚拟仿真试验开发。开发11个高交互、高仿真的土工虚拟仿真试验：土的含水率试验（烘干法）、土的密度试验（环刀法）、土的比重试验（比重瓶法）、击实试验、颗粒分析试验（筛析法）、颗粒分析试验（密度计法）、直接剪切试验（快剪法）、土的压缩试验、变水头渗透试验、浅层平板载荷试验、十字板剪切试验。
试验系统采用Flash作为开发工具。开发出和实体仪器形似并具备其对应实体的所有特性或功能的虚拟仪器;具备真实土样一切物理性质的虚拟土样。试验的仿真模拟操作：学习者可以自主选择仪器和土样，在虚拟界面上进行试验，如图2、图3和图4。
二、土工虚拟仿真试验室的过程设计
在传统课程以及真实试验教学中，教师都会按照一定的教学过程来实施教学活动，在虚拟仿真试验系统中，为学习者的学习活动设计了以下几个部分。
1.用户登录。在虚拟试验室中，学习者必须是通过用户界面与虚拟试验进行交互。构建了和谐友好、方便操作、逼近物理原型的试验环境。如图5～图9。
2.试验过程模拟。虚拟试验过程模拟与仿真阶段，学习者通过鼠标选择工具栏的工具和土样，拖曳到试验操作界面中，按照自己的步骤进行虚拟仿真试验，虚拟仪器会显示出试验数据。将试验数据记录在试验记录表中，并处理试验数据，得出试验结果。提交试验记录表。试验过程中不设置错误提醒，即使过程错误虚拟试验也能进行下去，如操作者发现操作试验过程错误，可重新操作。这种过程模拟更接近真实操作过程，学生不是被牵着鼻子。进行探究式学习，有助于提高学生的自主学习能力，发现问题、解决问题的能力。
3.试验评价。教师登录到虚拟试验室中，可以查看学生提交的试验报表，给出分数和评语。学生在我的成绩中可以看见成绩和评语。通过虚拟试验，学习者可以分析虚拟试验的进程、描述自己的感觉和反应，以判断自己对概念的掌握程度以及分析问题、解决问题能力的提高程度。同时，把虚拟情境与真实世界相比较，把虚拟试验和实际应用相联系，使得学习者在虚拟试验中掌握的概念和解决问题的方法迁移到真实试验环境之中。
三、结论
1.突破了空间和时间的限制，实现了继续教育实践教学的开放性。对于在职在岗的绝大部分继续教育学生而言，相对集中安排进行的试验实训直接与他们的工作时间发生了冲突而使工学矛盾更为尖锐。利用基于网络的土工虚拟仿真试验室，学生只需一台可以上网的电脑，就可随时随地进行虚拟仿真试验。
2.节约现实教学资源，共享教学资源。土工虚拟仿真试验室投入少、收益大，实现了实践教学内容的重复实践。在虚拟仿真试验室学生能完成在线试验记录、试验结果提交、成绩查询;教师能完成试验报告的批阅。实践教学手段与组织管理方式的现代化，缓解了实践教学中学生人数多与指导教师人数少的矛盾。
3.解决了继续教育网络学习无法动手操作、达不到实践教学效果的问题。继续教育网络试验多数拘泥于文字和图片的表现，或者偶尔配以简单动画、视音频的辅助。真正基于网络的实时操作性的试验寥若晨星，多数网络试验都是演示性质的，学生多是通过浏览网页或者观看多媒体教学来了解试验过程，不能达到预定的试验目的，对学生理解所学知识的帮助也不够理想。学生利用土工虚拟仿真试验室，通过操作虚拟仪器进行试验，并得到了试验原始数据，学生可以输入试验界面上的试验记录表中，通过公式计算即可得到试验结果，也可输入试验记录表内。试验结束后，学生对试验结果进行存盘提交。教师可以进行评阅，对试验做出评判。通过动手试验，培养了学生选择试验仪器、独立操作、观察现象、正确测量、试验数据处理与误差分析等方面的能力，以及分析和解决问题的能力，增强了实践教学效果。
参考文献：
[1]郭桂苹，南岳松.虚拟实验教学研究现状及问题分析[J].实验室科学，2010，（05）.
