“計算機網(wǎng)絡(luò)”課程的實驗教學探索

摘要：“計算機網(wǎng)絡(luò)”是高校計算機學科的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有理論和實踐結(jié)合緊密的特點，本文針對這門課程實驗教學中實際存在的常見問題，結(jié)合課程組近年在建設(shè)“計算機網(wǎng)絡(luò)”精品課程中的實際經(jīng)驗，對網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的新形勢下這門課程的實驗教學建設(shè)進行了相關(guān)探討。

關(guān)鍵詞：計算機網(wǎng)絡(luò)；實驗；教學

中圖分類號：G642文獻標識碼：B

1前言

“計算機網(wǎng)絡(luò)”是高等院校計算機學科的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，電子科技大學的“計算機網(wǎng)絡(luò)”課程最早開設(shè)于1980年代初期，自2004年起，課程組承上啟下，進一步對課程進行整體規(guī)劃和改革創(chuàng)新，積極探索科學的教學方法，采用國際優(yōu)秀教材，進行精品課程建設(shè)，并于2007年獲四川省精品課程建設(shè)項目支持。該課程理論與實踐結(jié)合緊密，因此教學與實驗的結(jié)合是必然，課程組在“計算機網(wǎng)絡(luò)”精品課程的建設(shè)中，分析近年網(wǎng)絡(luò)課程實驗教學實際存在的問題，積極探索理論和實驗合理搭配的新方法，努力實現(xiàn)科學地結(jié)合課堂實驗與課外實驗，并從實驗開設(shè)多方位、多元化等方面下功夫，力求在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的新形式下真正讓該課程理論教學與實驗開展相互促進，從而提高整體教學效果。

2 “計算機網(wǎng)絡(luò)”課程實驗教學實際存在問題

現(xiàn)在計算機網(wǎng)絡(luò)的應用無處不在，計算機網(wǎng)絡(luò)的實踐價值顯而易見。學習網(wǎng)絡(luò)知識要能夠通過實際的動手操作來消化書本上抽象難懂的理論，并最終在掌握理論基礎(chǔ)后能夠分析和解決實踐中遇到的問題。但是，在這門課程的實驗教學中還存在不少實際問題，主要如下：

(1) 網(wǎng)絡(luò)課實踐性強，但實驗課時偏少

在高校中，由于學生學習任務(wù)繁重，大多數(shù)課程的課時都比較緊張，“計算機網(wǎng)絡(luò)”這門課程的實驗課時一般只有8~12個，實在有限。在這緊張的實驗課時內(nèi)，只有用心設(shè)計和搭配實驗，才能在有限的時間內(nèi)達到事半功倍的效果。

(2) 理論課重視理論灌輸，但忽視實驗與理論的有機結(jié)合

教師在網(wǎng)絡(luò)課程的教學中，常認為理論和實驗課有著明確的分工，因此在理論課上往往只注意理論知識的分析和灌輸，忽視了課堂上實驗與理論的有機結(jié)合。其實在理論課中合理搭配和穿插相關(guān)的實驗很重要，我們的教學經(jīng)驗也證明，理論課上結(jié)合教學進度開設(shè)一些短小緊湊、和教學結(jié)合緊密的實驗，當其設(shè)計合理時，能大大提高教學效果和教學效率，并不會因為實驗而耽擱課程進度。

(3) 實驗內(nèi)容單調(diào)

當前網(wǎng)絡(luò)課程的實驗內(nèi)容開設(shè)往往偏于單調(diào)，通常過多的集中于組網(wǎng)建網(wǎng)等工程性較強的實驗。這類實踐內(nèi)容對提高學生的實際動手能力確實很有幫助，但由于總體實驗內(nèi)容不夠豐富，而網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容卻是多姿多彩，導致主要依靠這類實驗對學習網(wǎng)絡(luò)知識的幫助不夠全面。既然計算機網(wǎng)絡(luò)在各個層面、各個領(lǐng)域都有著廣泛應用，那么只有開設(shè)多層面的實驗，才能讓學生能夠客觀地認識到一個真正的計算機網(wǎng)絡(luò)。

(4) 實驗空間局限

傳統(tǒng)的方法主要集中于實驗課，而實驗課時本身又有限，導致難以在這有限的實驗空間內(nèi)展開豐富多彩的實踐，因此除了實驗課外，還應該積極探索通過各種方式擴展實驗空間。

3對“計算機網(wǎng)絡(luò)”課程實驗教學建設(shè)的建議

針對上述問題，結(jié)合課程組在建設(shè)網(wǎng)絡(luò)精品課程中的實際經(jīng)驗，現(xiàn)對“計算機網(wǎng)絡(luò)”課程的實驗教學建設(shè)作出幾點探討。

(1) 理論課上合理穿插實驗

網(wǎng)絡(luò)中的原理一般都和實踐結(jié)合，在理論課上要積極創(chuàng)造演示實驗的條件，如配備多媒體演示設(shè)備，教室內(nèi)開通網(wǎng)絡(luò)，安裝一些經(jīng)典的網(wǎng)絡(luò)軟件、配備一定的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。課堂實驗可以有幾種方式：

教師演示實驗。教師可以通過課堂實驗演示抽象的知識。課堂上真實的演示，激發(fā)了學生的興趣，增加了信息的來源。同時，通過教師的課堂演示后，學生可以在課后模仿進行，并且可以在課堂實驗的基礎(chǔ)上更加深入。例如，對于TCP三次握手建立連接的講解，教師在課堂上可以打開IE瀏覽器，通過協(xié)議分析軟件抓取訪問Web服務(wù)器的報文，由于通過HTTP協(xié)議訪問Web服務(wù)器是建立在TCP網(wǎng)絡(luò)連接的基礎(chǔ)上，因此必然獲得TCP三次握手的報文，再給學生逐一分析每次握手的報文特點、三次握手的順序等知識點，通過這種方式教學，學生對HTTP協(xié)議以及TCP協(xié)議同時都有了直觀的了解。

學生操作實驗。課堂實驗并不局限于教師演示，也可以讓學生主動操作。例如網(wǎng)絡(luò)中軟件的體系結(jié)構(gòu)有C/S模式和P2P模式，每種方式的工作特點和原理不一樣。由于學生對常見應用軟件的使用比較熟練，我們可以讓學生在課堂上對基于兩種方式的代表性軟件進行操作使用，如使用FTP軟件和BT軟件下載文件，并把重點放在讓他們分析這兩個典型應用的實際網(wǎng)絡(luò)原理上，加以區(qū)分和總結(jié)。這樣的教學方式，比單純的說教講解能達到更好的教學效果，同時調(diào)動了學生的積極性，并且通過讓學生操作，教師能夠察覺他們存在的問題，便于對癥下藥。

教師提出案例，由學生設(shè)計實驗。這種安排，主要是緊密結(jié)合課程進度來考察學生對所學知識的理解和應用能力，在課堂上由教師提出相關(guān)案例，請學生在課后設(shè)計并實施，待下一次課堂上讓學生匯報和分析他們的實驗情況。例如，由于學生寢室通常具備有多臺電腦和一個出口路由器的條件，對于“NAT網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換”的教學，教師在課堂上進行基本原理的講述后，完全可以給出相應的實踐任務(wù)，讓學生在課后設(shè)計和實施，最后回到課堂上分析他們的實驗結(jié)果和問題。

(2) 實驗開設(shè)多樣化

針對以往實驗內(nèi)容單一、偏重于工程化的問題，我們經(jīng)過實踐和總結(jié)，認為網(wǎng)絡(luò)實驗開設(shè)應該多樣化，除了工程類實驗外，實驗內(nèi)容還可從多個方面開展。主要幾個方面的實驗具體開展概要如下：

工程類實驗。這類實驗是以往網(wǎng)絡(luò)實驗的主要內(nèi)容，主要涉及組網(wǎng)建網(wǎng)實驗，如局域網(wǎng)的搭建、跨交換機劃分VLAN，使用路由器進行點對點通信等等。這些實驗需要相關(guān)的硬件環(huán)境支撐，所以要充分利用實驗室具備的條件，強調(diào)學生平時因條件限制無法開展的實驗，突出工程化的特點。通過這類實驗使學生了解了網(wǎng)絡(luò)是怎樣組建的，用到哪些設(shè)備和技術(shù)，各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有什么特點，這些設(shè)備又是如何配置的。從而使學生能真正以網(wǎng)絡(luò)管理者的身份介入網(wǎng)絡(luò)，理解協(xié)議的實際運用，積累一定的實際工程經(jīng)驗，提高理論應用于實際的能力，縮短所學與所用的距離。

協(xié)議分析類實驗。這類實驗主要是應用協(xié)議分析軟件(如Ethereal)，或?qū)ｉT的協(xié)議分析儀(如Optiview)，對典型的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議如HTTP協(xié)議、DNS協(xié)議、IP協(xié)議、RIP協(xié)議等進行分析。在實驗前教師可以給出明確的目標，要求分析具體協(xié)議的哪些方面，要求學生通過協(xié)議分析完成和掌握什么內(nèi)容等。例如針對HTTP協(xié)議，要求通過協(xié)議分析掌握HTTP的作用、HTTP的工作原理、HTTP執(zhí)行過程、HTTP的請求與應答消息的格式、持久連接與非持久連接的區(qū)別等。在有了類似的相關(guān)指導下，學生就能夠做到條理清晰、分析全面。

網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計類實驗。這類實驗讓學生在了解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)軟件的工作原理的基礎(chǔ)上，動手設(shè)計實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)程序。實驗前由教師給出網(wǎng)絡(luò)程序要實現(xiàn)的功能、基于的基本原理、具體的主要步驟等。例如，編程實現(xiàn)一個簡單FTP服務(wù)器：要求在熟悉FTP協(xié)議原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計和編程實現(xiàn)一個簡單的FTP服務(wù)器，可以設(shè)計相應的客戶端來測試服務(wù)器的工作。通過這類實驗的開展，讓學生學習網(wǎng)絡(luò)知識不再停留在理論認識上，通過編程實踐深入掌握協(xié)議的細節(jié)和內(nèi)部實現(xiàn)，對網(wǎng)絡(luò)知識的掌握邁上更高臺階。

綜合設(shè)計類實驗。這類實驗往往需要多個方面知識的結(jié)合，可能涉及以上幾個方面實驗的綜合應用，具有一定的難度和工作量，可以考察學生對知識的綜合掌握情況以及分析和解決問題的能力。

(3) 拓展實驗空間

以往的實驗空間通常局限于實驗室，我們認為對于工程性強的實驗，要充分利用實驗室的硬件條件，主要將其安排于能夠提供相關(guān)實驗環(huán)境和硬件設(shè)備的實驗室內(nèi)。此外，要結(jié)合具體的實驗類型，克服實驗課時有限的困難，從多方面拓展實驗空間，具體的擴展方法除了在理論課上合理穿插相關(guān)實驗外，還包括以下措施：

積極開展難度適當?shù)恼n后實驗。有的實驗所需要的條件簡單，難度適中，花費時間不多，例如協(xié)議分析類實驗，可以作為學生的課后實驗。教師要注意配合理論課程的開展，結(jié)合課程進度適時給學生安排，能夠強化課堂的教學效果，學生需要提交實驗報告，以便教師能發(fā)現(xiàn)存在的問題并加以指導。

開發(fā)綜合性課程設(shè)計。這種實驗需要在掌握原理的基礎(chǔ)上對知識進行綜合運用，一個實驗往往涉及多個知識點的融合，無法在短短幾個課時完成，因此可以作為“計算機網(wǎng)絡(luò)”課程的配套課程設(shè)計。一般可由教師給出幾個典型的課題，由學生根據(jù)自己的興趣愛好選擇相關(guān)課題。這樣的實驗例如基于ICMP協(xié)議的Traceroute程序編寫、RIP協(xié)議的仿真，電子郵件用戶代理的編程實現(xiàn)等。由于這種實驗具有一定的難度，對學生的動手能力和自學能力是一個考驗，設(shè)計過程中需要教師和學生的多次溝通交流。這種實驗可培養(yǎng)學生綜合運用知識解決問題能力，把網(wǎng)絡(luò)知識融會貫通到實驗中。作為激勵，學生完成這些實驗可修得相應的學分。

舉辦網(wǎng)絡(luò)實踐競賽。在開發(fā)綜合性課程設(shè)計的同時，針對那些難度大、工作量飽滿的實驗(如實現(xiàn)和測試可靠的UDP傳輸、網(wǎng)站的設(shè)計和搭建、網(wǎng)絡(luò)聊天軟件的設(shè)計和應用等)，讓學生成立實驗興趣小組，學生根據(jù)興趣特長自由組合，通過小組內(nèi)分工協(xié)作，靠團體的力量來完成任務(wù)并參加比賽，根據(jù)任務(wù)完成情況，學生可以獲得學分及物質(zhì)獎勵。

4結(jié)束語

理論與實踐的結(jié)合是“計算機網(wǎng)絡(luò)”課程教學的必然之路，但是結(jié)合的方式應該從目前實際情況出發(fā)，克服存在的困難，注意科學化、合理化、多樣化，使得“計算機網(wǎng)絡(luò)”的實驗教學結(jié)合實際環(huán)境，緊跟計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，不斷更新與進步。

參考文獻

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