計算機網絡類課程實驗教學研究

姜宏岸 趙啟升 伍俊明

摘要:為了解決計算機網絡類課程普遍存在的實驗教學薄弱、與實際應用脫節(jié)等問題,基于既有助于學生理解和掌握相關理論知識,又能夠讓學生學到實用技能的原則,本文對計算機網絡類課程的體系結構、實驗教學內容的特點和分類、實驗課程的開設和考核方式等進行了研究,提出了計算機網絡類課程實驗教學的實施方法。

關鍵詞:計算機網絡;網絡工程;實驗教學;研究

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

1引言

隨著網絡技術的迅猛發(fā)展及網絡應用系統的普及,網絡人才需求倍增,越來越多的高校開設了網絡工程本科專業(yè)。在網絡工程人才的培養(yǎng)體系中,計算機網絡類課程是其中的主體和關鍵。傳統的計算機網絡類課程普遍存在實驗教學薄弱、與實際應用脫節(jié)的問題,如何開展實驗教學,使實驗教學發(fā)揮出其應有的作用,是計算機網絡類課程教學工作中必須解決的問題。既有助于學生理解和掌握相關理論知識,又能夠讓學生學到實用技能,是網絡工程專業(yè)計算機網絡類課程實驗教學的基本原則。結合近年來網絡工程專業(yè)教學過程中對計算機網絡類課程實驗教學的實踐和認識,我們進行了計算機網絡類課程實驗教學的相關研究。

2網絡工程人才培養(yǎng)目標

網絡工程本科專業(yè)人才的培養(yǎng)目標是培養(yǎng)具有網絡工程專業(yè)寬厚的基礎理論,較廣泛的專業(yè)知識,較好的外語運用能力,較強的動手能力,系統地掌握計算機科學、計算機網絡的基本理論和網絡工程的應用技術,并具有一定創(chuàng)新精神和研究開發(fā)能力的高級技術人才。合格的網絡工程專業(yè)畢業(yè)生應當掌握計算機網絡的基本理論及網絡工程的應用技術,了解網絡協議體系、網絡互聯技術、組網工程、網絡性能評估、網絡管理等相關知識,具有較強的分析問題、處理問題的能力,了解與計算機網絡有關的法規(guī)和信息科學與技術的發(fā)展動態(tài)。能夠從事計算機網絡規(guī)劃設計、研究,網絡運行管理和性能分析、網絡工程設計及維護等工作。

3課程體系結構

網絡工程專業(yè)教學所包含課程的種類較多,明確各門課程間的支撐關系是開展理論教學和實驗教學的前提。對于我國的高校來說,網絡工程本科專業(yè)是一個全新的專業(yè),不同高校在進行網絡工程本科人才培養(yǎng)時所開設的計算機網絡類課程的名稱也不盡相同。根據具體課程的教學內容,把計算機網絡類課程進行分類,分類結果如表1所示。

在表1所示的各類課程中,網絡基礎類課程的教學內容基本固定,是計算機網絡類課程的基礎;網絡技術類課程的教學內容有較大的彈性,其目的主要是為了拓展學生的知識體系;網絡工程類、網絡管理類、網絡安全類和網絡編程類課程則分別針對網絡工程專業(yè)不同的研究和應用方向。以上各類課程所講授的知識既有區(qū)別又存在一定的支撐關系,各類課程間的關系如圖1所示。

從圖1中可以看到,網絡基礎類課程是其他各類課程的基礎;網絡管理類課程需要從網絡工程類課程中得到知識點的支撐;同樣,網絡安全類課程需要從網絡編程類課程中得到知識點的支撐;而網絡管理與網絡安全類課程間又存在相互補充的情況,例如:安全管理是網絡管理的基本功能之一,網絡安全又與具體的網絡管理方式密切相關。

明確了計算機網絡類課程間的相互關系,就可以更好地制定專業(yè)培養(yǎng)計劃,在教學中根據各門課程的支撐關系,按順序開展理論教學和實驗教學,得到更好的教學效果。

4實驗教學內容的特點和分類

4.1實驗教學內容的特點

通過研究計算機網絡類課程的體系結構可以發(fā)現,計算機網絡類課程的方向和種類較多,涉及到的實驗教學內容則更為繁雜。計算機網絡類課程的實驗教學有以下特點:

(1) 實驗方式不同。計算機網絡類課程實驗教學的開展有多種形式,包括:演示類實驗,例如網絡設備認知實驗;操作類實驗,例如物理線纜制作與設備連接實驗;設計類實驗,例如網絡協議編程實驗;綜合類實驗,將以上幾種方式結合起來進行的復雜實驗。

(2) 實驗設備不同。計算機網絡類課程的不同實驗需要使用不同的實驗設備,例如:網絡應用系統編程類實驗只需要網絡環(huán)境內的計算機;網絡操作系統配置實驗則需要性能更好的服務器;而某些網絡管理和網絡安全類實驗需要在三層交換機、路由器、防火墻等核心網絡設備上進行操作。實驗設備的不同除了需要學生學習和掌握不同設備的使用方法外,還對實驗教學過程中的設備使用方式提出了新的要求,例如,網絡編程類實驗可以采取每名學生一臺計算機的方式進行,而某些網絡管理和網絡安全類實驗需要多名學生以小組的形式進行實驗。

(3) 實驗的復雜程度不同。由于計算機網絡類實驗的實驗方式和實驗設備差別較大,因此實驗的復雜程度也存在較大差別。某些實驗只需進行相對簡單的操作,例如網絡常用命令的使用實驗、雙絞線的制作等;某些實驗需要在深入研究網絡協議的基礎上,在核心網絡設備上進行實驗,例如防火墻和IDS的配置實驗。

4.2實驗教學內容的分類

經過分析可以發(fā)現,計算機網絡類課程的實驗具有實驗方式不同、實驗設備種類繁多和實驗的復雜程度差別較大的特點,因此需要對實驗進行分類,以便在實驗教學過程中選取合適的實驗內容。這里把計算機網絡各類課程的實驗分為基本和提高兩大類,如表2所示。

由于網絡基礎類課程主要講解計算機網絡的基本理論知識,因此這類課程的實驗內容較少,且都屬于基本類實驗。網絡技術類課程的教學內容多為新型網絡或熱點技術,因此這類課程的實驗內容沒有在表中給出。實驗分類的基本原則是:把每類課程中與重點教學內容對應、具有代表性、實際應用中較為廣泛的實驗內容列為基本類實驗;把每類課程中難度較大、涉及的技術和設備專業(yè)性較強的實驗內容歸入提高類實驗。需要說明的是,表2中所給出的分類只是一種參考形式,不同高校在組織教學時可以根據各自的培養(yǎng)方向、師資特點、實驗室條件等進行相應的調整。

5實驗的開設和考核方式

5.1網絡實驗的特點

傳統的實驗教學只包括課堂實驗方式。隨著高校教學的發(fā)展,原有的教學方式已經不能滿足計算機網絡實驗教學的需要。首先,某些計算機網絡的理論知識較難理解,不同學生對于理論知識和實驗技能的掌握有著較大差別,如果僅限于規(guī)定時間的課內實驗教學,則會出現部分學生通過做實驗達到了幫助理解理論知識和掌握實用技能的目的,而另一部分學生沒有完成實驗的情況;其次,有些計算機網絡類實驗,如交換機、路由器、防火墻等網絡設備的配置,需要在精密、昂貴的網絡設備上進行操作,由于價格等方面的原因,交換機、路由器等網絡設備不可能做到人手一臺,需要分組使用,這樣同一組學生中,有的學生操作較多,得到了較多的實驗機會,而有些學生操作較少,沒有達到實驗目的。基于以上原因,在計算機網絡類課程的實驗教學中,不應僅限于課內實驗,應該對原有的方法進行改革。

5.2實驗的開設方式

課內實驗教學與課后開放實驗相結合的實驗開設方式是提高計算機網絡類實驗教學質量的有效方法。表2中的基本類實驗是各類課程中的重點實驗,要求學生能夠熟練掌握,適合采用課內實驗的方式進行;對于提高類實驗,可以根據具體的培養(yǎng)方向和實驗室條件,采用課外開放實驗的方式進行。

對于基本類實驗中某些難度較大或重點的實驗,可以采取以課內實驗為主,以課后開放實驗為輔的方式進行。

采用這種方法時,計算機網絡類實驗教學包括以下步驟:

(1) 教師在課內實驗中通過提問、檢查等方法了解學生對實驗內容和相關知識的掌握情況,關鍵是學生在實驗過程中存在的主要問題

(2) 教師在下一次的課堂教學中糾正和總結實驗中存在的問題,并在課后通過預約的方式與學生和實驗室管理人員共同確定開放實驗的時間、人數和實驗內容

(3) 預約過的學生在指定的時間內完成課外的開放實驗,教師進行相應的檢查和指導

另外,在階段性教學結束和考前復習等教學階段,可以安排針對特定知識點,面向全體學生的開放實驗。這樣可以使學生更好地掌握實驗技能,提高實驗教學效果。

5.3實驗的考核方式

在實驗成績考核方面,可以規(guī)定學生在完成每門課程中的課內基本類實驗的基礎上,以開放實驗的方式選作規(guī)定數量的提高類實驗,即基本類實驗為必修實驗,提高類實驗為選修實驗。學生的實驗成績由必修實驗和選修實驗兩部分構成。這樣既可以保證學生完成必需的實驗,又為學有余力的學生提供更多的實驗機會。這種實驗的考核方式既保證了實驗教學的質量,又能夠客觀地反映學生的實驗能力。

6結論

網絡工程人才培養(yǎng)基于幫助學生理解掌握理論知識和能夠讓學生學到切實可用的網絡實用技能這兩個原則。理清計算機網絡類課程的體系結構,合理地選取實驗項目并分配到相應的教學環(huán)節(jié)中,將對提高教學效果和培養(yǎng)學生的動手能力起到重要作用,既有利于學生對課堂所學知識的掌握,又可以提高學生在就業(yè)中的競爭力。課內實驗教學與課后開放實驗相結合的實驗教學和考核方式可以解決實驗過程中實驗課時和實驗設備受限的問題,經過改革后的計算機網絡類課程實驗教學方式能夠有效地提高實驗教學的效果。

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