電子類專業計算機網絡課程實踐教學體系

　　摘要[請作者補充英文摘要和關鍵詞。]：針對電子類專業人才對網絡技術的新需求，以該專業的網絡應用為背景，從培養具有創新精神的電子類應用型人才角度出發，提出一個電子類專業計算機網絡課程的實踐教學體系，以提高教學效果和學生的綜合應用能力。
　　關鍵詞：計算機網絡；電子類專業；實踐教學體系；應用型人才
　　
　　
　　計算機網絡課程是計算機、網絡、通信專業培養方案中的核心課程[1]。隨著網絡技術的迅猛發展，計算機網絡課程的綜合性和學科交叉性越來越強，其應用幾乎滲透到各個行業。各高校理工科、電子類專業和文科類專業也都相繼開設了這門課程，大學生計算機等級三級考試就有計算機網絡技術的考試科目。對不同專業知識背景的學生來說，計算機網絡課程的教學方法和內容是不同的，而電子類專業的計算機網絡課程教學更應有自己的專業特色。本文基于我校電子類專業本科生計算機網絡教學中的實際經驗，對實踐教學這個環節進行了探討，并提出了一些具體建議。
　　1網絡技術的新發展趨勢
　　在計算機網絡技術迅速發展、計算機網絡應用空前活躍的大背景下，電子、電器產品也在向網絡化、智能化方向發展。基于TCP/IP協議的應用不斷增多，網絡技術已越來越成為電子行業滿足實際需求的關鍵支撐，主要表現為以下幾大方面：
　　1.1測控技術網絡化是現代測控技術的發展趨勢
　　網絡技術已越來越成為測控技術滿足實際需求的關鍵支撐。以Internet為代表的計算機網絡迅速發展，相關技術日益完善，產生了基于網絡環境的智能測控新領域。工業現場測控網絡、遠程數據采集與控制、高檔測量儀器設備資源的遠程實時調用、遠程設備故障診斷、四表(電、水、燃氣、熱能等)的自動抄
　　表遠傳、網絡化分布式智能測控等已成為國內外研究的熱點。與此同時，高性能、高可靠性、低成本的網關、路由器、中繼器及網絡接口芯片等網絡互聯設備的不斷進步，又方便了Internet、不同類型測控網絡、企業網絡間的互聯[2]。
　　1.2互聯網與消費電子創新融合
　　隨著電子信息技術的不斷發展，通信產品、計算機產品、消費類電子產品向3C融合發展的勢頭十分迅猛。種類繁多的數字化、網絡化、智能化的消費類電子產品還在不斷涌現，3G手機、多媒體數字家庭電腦、數字電視、網絡電視等電子產品就已經走進了普通消費者的生活之中。去年起，康佳、TCL、長虹等宣布停產部分非互聯網電視，將互聯網功能定為電視的標準配置[3]。家庭網絡技術也是將來的發展趨勢，家庭電器上網不再是一種夢想。
　　1.3物聯網——又一次信息產業浪潮
　　物聯網技術迅猛發展，可以使世界上所有的物體都可以通過因特網主動進行交換。從技術上講，物聯網首先是一個傳感網絡，即以二維碼、RFID、傳感器為主，實現“物”的識別。其次是傳輸網絡，即通過現有的互聯網、廣電網絡、通信網絡或未來的NGN網絡，實現數據的傳輸與計算。物聯網用途廣泛，遍及智能交通、智能電網、智能家居、智能消防、工業監測、家庭醫療等多個領域[4-5]。
　　2電子類計算機網絡課程教學的問題
　　2.1純理論教學方式與實際應用脫節
　　在教學型大學和新升格的本科院校中，有些院校由于實驗條件的限制，計算機網絡課程的教學采用純理論教學方式。主要注重網絡的模型、分層思想及各層協議，理論性強、抽象，內容側重基本原理，教師講授困難，學生對真實的網絡環境又缺乏了解，沒有實際動手的機會；而計算機網絡技術發展迅速、內容更新快，又具有很強的實踐性。這樣整個教學過程枯燥乏味，給學生的感覺是理論與實際嚴重脫節。
　　2.2實踐教學與專業課程結合不緊密
　　在教學過程中，很多高校開設的網絡課程實驗大部分采用基于局域網的網絡操作系統的配置與管理，內容比較單一，與課上的理論內容關系不夠密切，沒有讓學生從應用的角度理解每層協議，完成對各層協議的驗證，學生無法形成一個完整的內容體系，以后進行項目開發的潛力不夠。局域網組網與配置只是網絡技術的一部分，與電子類專業學生今后從事畢業設計、項目開發的關系不密切，不能很好地適應學科及專業方向的調整。
　　3計算機網絡實驗涉及的內容
　　目前，從實踐的角度，計算機網絡課程的內容基本上可以分為以下幾大類，如圖1所示。
　　圖1計算機網絡實驗內容分類
　　3.1簡單網絡配置與管理實驗
　　安裝網絡操作系統(Windows或Linux環境)和進行簡單的網絡配置與管理。實驗內容包括網線的制作、局域網組網入門、用戶管理、文件共享和安全性；搭建各種應用服務器及其應用，如DNS服務器、Web服務器、FTP服務器、郵件服務器等。
　　3.2網絡工程類實驗
　　學會交換機和路由器的配置與管理。通過網絡硬件設備或使用模擬實驗軟件組建中小型的網絡。建立網絡硬件實驗室需要投入大量的設備與資金，在一般的高校很難做到，所以可以考慮采用仿真軟件，如利用Cisco官方模擬器Packet Tracer、網絡協議分析器Ethereal、網絡模擬軟件OPENET等。
　　3.3網絡協議類實驗
　　在深入學習網絡協議的基礎上，通過編程實現一些基本的協議和服務，這就需要學生具備扎實的網絡基礎知識，并且精通編程語言。實驗內容包括應用層協議分析和編程，重點在于理解協議的概念、應用和編制簡單的網絡協議，實現簡單網絡應用。
　　對于計算機或網絡專業，有些學校會專門開設協議類和網絡編程的課程，網絡專業還有專門的路由與交換和其他相關課程。對電子類專業教師來說，如何在有限的網絡課程里傳授給學生更多實用的知識，成為關鍵所在。
　　當然，興趣是最好的老師。將來的電子產品很多要與網絡相連，應該讓學生了解計算機網絡在電子類專業中的地位和作用。沒有一定的網絡基礎，技術就會落伍，產品就會被淘汰。通過這樣的方式激發學生的學習熱情，增強教學雙方的互動性。
　　4構建多層次實驗教學體系
　　從電子專業新需求的角度考慮，學生學習計算機網絡課程，除了應理解計算機網絡的模型和層次結構外，還應該注重對協議的理解與應用，特別是TCP/IP協議、數據包的傳送，包括它的封裝和拆裝。按照這種思路，我們結合多年的教學經驗，從電子類專業應用型本科人才培養目標的角度，對實踐教學目標進行了重新定位，改變以往所有電子類專業單一的計算機網絡實踐教學培養模式，對實驗項目進行了分析和篩選，構建了一個適合于電子類專業的多層次實驗教學體系，如圖2所示。通過演示實驗、實際操作和彈性實踐方式來適應課程本身的發展變化，突出能力培養和實用技能，體現應用型本科的特色。由于課程實踐學時的限制，可以按照實踐體系設計驗證型、設計型、創新型等不同層次的實驗內容，采用理論課演示實驗、課內實驗、課外自選實驗、課外興趣小組、競賽和學生科研項目等彈性實踐方式。學生可根據興趣，在指定范圍內自主選題，完成實驗項目。
　　圖2電子類專業計算機網絡實踐教學體系
　　第一層次是網絡基本技能訓練，主要是使學生掌握常用的網絡工具和建立、配置網絡。我們選取其中與電子類最相關、最基本的內容，如局域網組網入門、DNS服務器、Web服務器的配置，讓學生掌握一些最基本的網絡知識，包括直連線、交叉線的使用；ping、ipconfig、tracert等基本網絡命令的使用；網絡是否連通以及簡單的網絡故障排除和基本的網絡服務等。這些屬于驗證型實驗，也是以后做嵌入式開發與電器產品上網必須用到的基本技能。
　　
　　第二層次是網絡協議類實驗，主要從網絡軟件分析和應用角度引導學生將網絡原理知識和實際網絡結合起來，鼓勵學生根據所學網絡協議分析和設計網絡程序，加深對網絡協議的體會和理解，同時培養學生的實際動手能力和編程能力。這部分內容對學生編程能力的要求較高，但為了與電子類專業基于TCP/IP協議應用的新需求和應用性人才培養目標相適應，可以采用逐步推進的教學方式。
　　在驗證型實驗中，要求學生學會網絡監測軟件(如Sniffer)的使用，通過對網絡捕獲得到的數據包進行分析和相應的探討，分析Ethernet幀、IP分組和TCP協議的格式，了解ARP廣播和ARP應答，以及TCP三次握手的實際過程。這些實驗一方面避免了理論教學講到協議格式時候的枯燥乏味，通過對ARP廣播、ARP應答和建立TCP三次握手過程時網絡數據的實際跟蹤，激發學生的學習興趣，為后面的軟件編程打好基礎；另一方面也為電子專業學生從實際產品與網絡連接進行調試提供了一種調試方法和監測工具。
　　在設計類實驗中，我們在協議分析的基礎上開設了Ethernet幀封裝與解析、IP數據包的捕獲與解析、Socket通信等軟件編程實驗[6]，解決數據從應用層傳輸層 網絡層數據鏈路層物理層的封裝和拆裝過程的問題。這部分內容主要要求學生掌握網絡環境中軟件編程的基本方法，通過實際網絡編程的訓練，使學生加深對網絡協議與實現方法的理解，逐步提高網絡軟件編程能力。
　　在創新類實驗中，我們通過嵌入式TCP/IP協議的分析、單片機或嵌入式應用系統TCP/IP協議的移植和應用開發[7]，引導學生將網絡知識具體應用到實際電子產品中去，培養學生產品與科研開發的能力，這可以通過學校的學生科研項目或畢業設計等環節加以實施。
　　第三層次是網絡工程管理類實驗。我們可以通過使用Cisco官方模擬器Packet Tracer、網絡模擬軟件組建中小型網絡，幫助學生理解網絡的基本架構。通過簡單交換機和路由器的配置，完成靜態路由和動態路由RIP協議的配置、VLAN的配置，理解網絡層里提到的路由表和路由協議以及它們的工作過程、VLAN的作用。在理論講解的時候，特別是在網絡層講到路由表和路由協議(靜態路由和動態路由等)的時候，學生會覺得很抽象，無所適從，而教師可以通過課堂的演示講解解決這個問題，使教學生動形象。對有余力的學生，可以給他們提供實驗方法和實驗步驟，讓學生課外時間在自己的PC機上模擬軟件練習，完成網絡設備(如路由器、交換機)最基本的配置和管理。另外，Packet Tracer支持跟蹤數據包，并能實時分析數據包的結構，這些對學生理解數據包的封裝也很有幫助。
　　我們的優勢在于，學院內部的網絡工程專業和思科網絡學院擁有能夠開設路由與交換、網絡綜合模擬所有實驗的設備，還擁有學生開放實驗室和網絡創新實驗室。我們可以帶學生參觀思科網絡綜合實驗室，認識課本上講述到的交換機和路由器以及綜合布線系統，包括機房的機柜、配線架、實際的物理連線以及網絡拓撲，增加學生的感性認識。有興趣的學生可以在熟練掌握利用Packet Tracer網絡模擬軟件所做的實驗后，申請進入學院網絡工程專業的開放實驗室，進行實際網絡設備的配置和實際操作。當然，動手能力強的同學，也可以參加思科網絡競賽輔導，如果成績突出，可以參加每年一度的思科網絡大賽。這也是我們選擇思科Packet Tracer作為網絡模擬軟件的目的所在。
　　經過第一輪的實踐教學初步嘗試，學生普遍反映比原來單純的理論學習效果好。原來抽象、乏味的理論，現在通過課堂內的實踐教學，大大提高了學生的學習興趣和學習主動性，加深了其對網絡深層次的理解。實踐教學還能夠引導學生課余學習的方向，如學生競賽、畢業設計和學生科研，都牽涉到非常實用的內容。當然，該實踐教學體系受到實踐學時的限制，還有待進一步完善和改進。
　　5結語
　　與實際相結合、注重實踐、突出能力訓練的實踐教學，可以更充分地調動學生學習的積極性，在一定程度上提高教學效果和學生的綜合應用能力。另外，通過加強提高學生自學、創新和動手能力的課程內容和實踐環節，也可以大大提高學生的學習興趣，給優秀學生提供創新的空間。
　　計算機網絡課程實踐教學體系隨網絡技術的發展而發展。建設有特色的電子類專業實踐教學體系，需要一定的教學積累、實踐經驗和創新思想。本文對該課程實踐教學體系提出了探討，希望與其他院校交流切磋，取長補短，更加緊密地結合實際，及時更新實驗教學內容和技術，不斷提高教學質量，培養出更多的高素質電子類專業人才。
　　
　　參考文獻:
　　[1] Andrew S Tanenbaum. 計算機網絡[M]. 4版.