（1）专业与年级要求

     鉴于本实验课程中“物联网系统组成认知、物联网监测优化平台设计与集成、物联网监测优化技术应用”三个关键环节，需要具有一定的专业基础，建议大三年级的计算机各专业学生进行学习。

（2） 基本知识和能力要求

具备一定的管廊知识和一定的计算机使用能力，具有自主学习能力和一定的自主探索能力，能够在“原理认知”、“综合训练”、“自主探索”三层次实验体系中总结分析特定实验结果背后的原因，将专业理论知识活学活用。

（3） 实验注意事项

       本实验为综合设计型课程实验，具有较强的高阶性、创新性和挑战度。为确保教学质量，提出以下实验注意事项。

       ① 实验前，学生应认真阅读实验指导书，观看教学引导视频和操作视频，在教师指导下明确实验目的及各环节的知识点和重难点，奠定实验理论基础；

       ② 请选择符合“实验教学相关网络”条件要求的软硬件实验环境开展实验，以保证实验操作的流畅性。

       ③ 实验过程中，请仔细阅读各环节任务要求，并根据步骤引导开展实验。当实验结果不理想时，请根据系统提示认真修改；同时，还可通过微信群、论坛、服务热线等方式寻求在线指导。

       ④ 请充分利用知识角，通过知识点课件库开展拓展阅读，扩充自己的专业知识。

       ⑤ 完成实验后，请务必点击“完成并提交”以生成实验报告，并在关闭实验界面前，点击界面右下角的“实验报告”链接进入课程平台查看，并结合实验报告认真回顾实验过程，针对不足查找原因，并积极开展互动交流，以进一步巩固理论知识、提升创新思维能力。

（1）地下管廊的信息化建设是智慧城市必要环节 

近年来,随着国内经济形势的发展,综合管廊的建设在我国大规模开展。为保障各专业管线在综合管廊内敷设后的安全经济运行和管理,满足综合管廊安全运行要求,需配置完善的综合管廊监控与报警系统。网络路由实验属于计算机类专业的《网络技术与应用》、《计算机通信与网络》、《物联网》、《嵌入式系统与开发》等课程的综合设计型实验，需要综合运用网络相关课程的知识解决问题，有助于培养学生解决复杂工程问题的能力。本实验也适用于电子信息类、自动化类等相关专业，服务新工科人才培养。

（2）组网优化是计算机网络人才培养的重要过程

《网络技术与应用》是国家级线上一流课程和线上线下混合式一流课程，本实验是该课程中的一个综合性实验。地下管廊具有距离长、线路复杂、存在安全隐患等特性，网络部署与监控对管廊空间的建设与安全性保障都有举足轻重的作用。以提高应用能力和创新能力为出发点，建立培养应用型人才的新模式；以提高岗位竞争力为目的，加强素质教育，提高学生综合素质；以转变就业观念为目的，开展就业指导教育。学生在做本实验的过程中，需要综合考虑地下管廊的平面布局、数据采集节点数量以及位置、交换及路由设备数量及位置、信号覆盖范围、建设成本、安全风险、维护成本等多方面因素，培养学生的工程伦理以及服务意识。

（3）解决了实体实验成本高、周期长、不易重复等难题

实体实验存在成本高、周期长、不易重复等问题。①成本高：使用实体网络设备，需要大量成组的各类网络设备，实验设备总价昂贵、成本高；②周期长：若采用实体设备实验，每次实验前需要学生现场完成网络实体设备连接及基础设置调试等基础网络组建工作，并且更换网络环境需要重新完成连接、设置、调试等操作，这些工作都会使得实验周期变长；③不易重复：不同批次学生共享实体网络设备进行实验，使网络实验环境无法保持，不易开展重复实验。本虚拟实验项目搭建高度仿真的虚拟实验环境，网络环境搭建效率大大提高，并且实验过程可以多次重复进行，解决实体实验中存在的成本高、周期长、不易重复等问题，为综合运用知识解决复杂工程问题提供实验创新平台。

                                                                                    图1南京市江北新区地下管廊示范基地

综上所述，建设地下管廊组网优化虚拟仿真实验平台是十分必要的。

本实验根据采用以真实项目驱动计算机课程实验教学的总体思路，还原教学来源于实际工程需求的本质。基于产出导向(OBE)理念反向设计实验教学目标、教学内容、实验步骤、教学评价，根据“两性一度”的一流课程建设要求，构建基于能力培养的“原理认知”、“综合训练”、“自主探索”三层次实验体系。

1.教学目标明确、重点突出、难点把握准确

在教学过程中采用实验与理论知识相结合，督促学生运用所学专业课程教学的知识点综合设计完成实验项目，通过完成实验的调试过程及观察模拟实验结果，加深学生对理论知识的理解、掌握及实践运用，提心知识学习的高阶性。

2.实验流程完整、步骤循序渐进、操作可逆。

     采用由浅入深逐层进行，按照课程教学规律，虚拟实验内容遵循搭建网络系统架构、配置网络设备、验证实验结果由浅入深逐层深入开展，满足学生对工程应用的认知规律，引导学生逐步具有网络综合设计能力、工程实践能力，体现能力培养的挑战度。

3.实验评价采用形成性评价，客观合理、全面系统。

教学设计符合实验教学目标要求，学生通过路由与交换虚拟实验掌握常见企业网络组建及网络故障排除方法，能够完成设备的安装、调试和基本配置，掌握以太网交换基本原理，具有解决实际工程应用问题的能力，可以更好推动地下管廊组网优化与监测的知识点进一步提高，体现评价体系的创新性。

本实验采用以真实项目驱动计算机课程实验教学的总体思路，还原教学来源于实际工程需求的本质，采取任务驱动式、交互体验式、容错探究式教学方法，引导学生开展基于城市地下智慧管廊场景下的“物联网系统组成认知、物联网监测优化平台设计与集成、物联网监测优化技术应用”三个关键环节，掌握城市地下智慧管廊运营环境感知、数据传输、数据分析处理、系统安全、风险管控等功能，完成“基础认知、分析设计、应用探索”三个层次的训练，达到如下具体教学目标：

① 通过管廊组网优化的认知学习模块，帮助学生了解和掌握组网优化的基本组成和原理，提供学生对计算机网络知识点的理解能力。

在物联网系统组成认知环节，帮助学生掌握传感节点和智能网关的结构与功能、无线传感器网络拓扑结构、物联网系统设计与配置、监控与异常预警关键组网单元的基本构成，对比思考它们的工作流程和工作原理，使学生掌握城市地下智慧管廊监测优化系统的组网核心单元的原理和功能。

② 通过组网优化设计的综合训练，强化学生解决复杂工程问题能力的培养，显著提高学生对组网优化设计能力。

在物联网局域网构建与组网优化环节，帮助学生掌握感知设备设计与集成任务、传感网组网与优化任务、网络安全监管平台任务、数据分析与处理平台任务等，并帮助学生通过风险预测模型对异常信息数据进行建模分析，为学生构建解决实际问题的能力。

③ 通过组网优化的探索实验，培养学生资助创新设计的能力。

在物联网信息监控技术应用环节，帮助学生建立从传感器节点设计到监测数据应用的整体概念，锻炼并提升应用所学知识解决工程实际问题的能力。

 本实验拟设计“基础认知、分析设计、应用探索”三个层次的实验环节，采用“任务驱动式”、“交互体验式”、“容错探究式”的教学方法开展教学，引导学生由浅入深、循序渐进的开展学习实践过程。系统记录学生的实验过程和实验结果，最后根据学生在3个实验环节中的完成情况，自动依据成绩评价模型对各环节操作及结果进行单独打分，并按照30%、40%和30%的权重计算学生的实验总成绩，并合并生成最终的实验报告。学生通过查看实验报告，可以看到自己的优势和不足点，通过总结提高分析和解决问题的能力。