ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВИРТУАЛЬНЫХ СИМУЛЯТОРОВ И ЛАБОРАТОРИЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРАКТИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ОБУЧАЮЩИХСЯ

В условиях высокой стоимости современного оборудования благодаря цифровым технологиям появилась возможность использовать виртуальные симуляторы и лаборатории для закрепления практических навыков студентов. Сегодня я расскажу о возможностях, преимуществах этих симуляторов.

Цель внедрения виртуальных лабораторий и симуляторов: уменьшение затрат на оборудование, применение полученных знаний на практике, увеличение качества практической подготовки студентов, углубленное изучение дисциплин путем изучения взаимодействия и настройки различного оборудования.

Виртуальные симуляторы и виртуальные лаборатории – это компьютерные программы и среды, созданные для имитации реальных объектов, процессов и экспериментов в виртуальной среде с целью обучения, тренировки и исследования.

Преимущества виртуальных симуляторов и виртуальных лабораторий включают:

• Безопасность: Пользователи могут проводить эксперименты и тренировки в безопасной виртуальной среде, не подвергая себя или окружающих реальным опасностям.
• Доступность: Виртуальные симуляторы и виртуальные лаборатории могут быть доступны в любое время и место через компьютеры или другие устройства с подключением к интернету.
• Экономическая эффективность: Они позволяют снизить затраты на оборудование, расходные материалы и обслуживание реальных лабораторий.
• Интерактивность: Пользователи могут активно взаимодействовать с виртуальной средой, изменять параметры и условия эксперимента, анализировать результаты и получать обратную связь.
• Обучение на расстоянии: Виртуальные симуляторы и виртуальные лаборатории позволяют обучаться и проводить эксперименты удаленно, что особенно актуально в случае дистанционного обучения.

Внедрение виртуальных лабораторий и симуляторов в учебный процесс

Дисциплина телекоммуникационная работа изучает компьютерные сети и сетевое оборудование, способы взаимодействия различного программного обеспечения администрирования компьютерных сетей. Изучение данной дисциплины на реальном оборудовании возможно только на начальном этапе, когда студенты только знакомятся с оборудованием и определениями далее при построении сетей предприятия использование физического оборудования не представляется возможным из за его отсутствия, так необходимо большое количество сетевого оборудования и расходного материала для построения сетей чтобы обеспечить доступ каждому студенту доступ, для решения данной проблемы был использован симулятор CiscoPacket Treacer. Данный симулятор решил множество проблем и расширил возможности изучения различного оборудования и способы его взаимодействия, а также повысил увлеченность студентов. Студенты строили собственные сети и проверяли их на производительность. Так же не требовательность к ресурсам компьютеров и простота установки данного симулятора позволило студентам устанавливать данный симулятор на собственные компьютеры и самостоятельного изучения дисциплины. Для изучения сетевых ОС была использована программа VirtualBox в данной программе студенты построили свой виртуальный стенд, для изучения сетевого взаимодействия различных ОС.

Cisco Packet Tracer

Программное решение Cisco Packet Tracer позволяет имитировать работу различных сетевых устройств: маршрутизаторов, коммутаторов, точек беспроводного доступа, персональных компьютеров, сетевых принтеров, IP-телефонов и т.д. Работа с интерактивным симулятором дает весьма правдоподобное ощущение настройки реальной сети, состоящей из десятков или даже сотен устройств.

Дисциплина Установка и настройка операционных систем изучает различные операционные системы, способы их применения, настройку ОС, тестирование программного обеспечения и установку программного обеспечения. С одной стороны, ничего сложного в данной дисциплине нет. Но с другой стороны возникли следующие трудности при использовании физического оборудования:

Так как в компьютерных кабинетах компьютерное оборудование используется не только для использования в рамках изучения данных дисциплин но и для других участников учебного процесса, а также отсутствие компьютерного оборудования которое будет использоваться как физический стенд для одновременной работы 14-15 студентов было не возможно реализовать изучение дисциплины без последующего вреда для компьютеров так как было необходимо к концу пары вернуть все настройки и конфигурации компьютера к рабочему состоянию, а это соответственно трата времени.

Для решения данной проблемы было решено внедрить технологию виртуализации Virtual Box. В данной программе были построены виртуальные стенды что упростило процесс изучения дисциплины и увеличило вовлеченность студентов в учебный процесс так как теперь они могли проводить различные эксперименты, тестирование различных конфигураций, изучения других операционных систем в том числе и серверных, не вредить хостовой операционной системе, останавливать и продолжать свою работу в любой момент, использование полученных навыков на реальном оборудовании.

VirtualBox – это программное обеспечение, которое имитирует настоящий компьютер, что дает возможность пользователю устанавливать, запускать и использовать другие операционные системы, как обычные приложения.

Дисциплина безопасность компьютерных сетей и интернет изучает компьютерную безопасность, сохранность данных, безопасность работы в интернете, предотвращение различного рода атак, изучения действия различного рода вирусов, антивирусов, обеспечение безопасности сети предприятия, обеспечение безопасности инфраструктур. Изначально изучение данной дисциплины проводилось с использованием реального оборудования и рабочей сети колледжа. Сеть нашего колледжа тестировалась на наличие уязвимостей и дыр, которых оказалось не так много, Вы скорее всего заметили зависания интернета, компьютеров, и некорректной работы программ. Как оказалось, студенты на обычном тестировании не остановились и начали использовать некоторые уязвимости в свою пользу для взлома всей инфраструктуры колледжа, я не считаю это чем-то плохим это лишь показывает, что студенты немного увлеклись и им стало интересно изучение данной дисциплины, а экспериментировать грубо, говоря было не на чем. Для решения данной проблемы и изолировании сети от неправомерного воздействия также была использована технология виртуализации EVE-NG. В данной программе мы совместно со студентами создали свой виртуальный стенд и смоделировали нашу сеть колледжа со всеми конфигурациями оборудования, на которой в последующем студенты и изучали уязвимости и успешно исправляли их.  

EVE-NG Professional Edition

Среда моделирования Emulated Virtual Environment – Next Generation (EVE-NG) – это набор инструментов для работы с виртуальными устройствами, построением сетей, коммутацией с реальным оборудованием. Возможности данного продукта позволяют легко использовать, управлять, коммутировать моделируемое сетевое оборудование.

Вывод:

Внедрение виртуальных лабораторий и симуляторов в учебный процесс имеет ряд значимых преимуществ.

Во-первых, они позволяют студентам получать практические навыки и опыт, даже не выходя из классной комнаты. Это особенно полезно в ситуациях, когда доступ к реальным лабораториям ограничен или невозможен.

Во-вторых, виртуальные лаборатории и симуляторы обеспечивают безопасность, исключая возможность повреждения оборудования или риска для студентов. Они позволяют проводить эксперименты с опасными веществами или в условиях, которые могут быть недоступны в реальности.

В-третьих, такие инструменты могут быть более доступными и гибкими с точки зрения времени и места. Студенты могут использовать их в любое удобное время и место, что особенно актуально в онлайн-обучении или для самостоятельной работы.

Однако, необходимо учитывать и некоторые ограничения. Виртуальные лаборатории и симуляторы могут не полностью заменить реальные лабораторные работы и физические эксперименты. Они могут ограничены в покрытии определенных тем и требовать компьютерного оборудования и доступа в Интернет. В целом, внедрение виртуальных лабораторий и симуляторов в учебный процесс является ценным дополнением, позволяющим студентам получать практические навыки и опыт, а также улучшить доступность и безопасность обучения.