網絡課程群綜合實驗教學平臺的構建與實施

　　摘要[請作者補充中文關鍵詞以及英文摘要和關鍵詞。]：從南京師范大學省級計算機實驗教學示范中心建設項目出發(fā)，較系統地論述計算機網絡原理以及相關課程的教學內容，提出“網絡主導、課程協同、情景教學、綜合應用”的網絡課程群模式，詳細地規(guī)劃了網絡課程群的實驗體系、實驗組織、實驗設備和環(huán)境的建設方案，以期建立符合計算機網絡教學和人才培養(yǎng)需求的高質量、高效率和高水平的綜合性平臺。
　　關鍵詞：計算機網絡；網絡課程體系；實踐教學；教學方法
　　
　　目前多數高校中，實驗室建設大都沿用與課程綁定的實驗內容，各課程以漸進方式進行教學實驗，這樣的實驗環(huán)境難以滿足學生對應用體系的構建和實驗，實驗室建設難以呈現規(guī)模性效應[1-2]。針對這種情況，很多高校在實驗室建設改革中提出了“課程群”和“專業(yè)知識體系”建設模式，取得了良好的效果。但計算機網絡類課程跨通信、計算機、信息安全、密碼學等多門學科，因此在“課程群”和“專業(yè)知識體系”建設上還處于探索期，并沒有形成教學和實驗上的共識。為此，在江蘇省計算機教學示范中心建設中，我們提出了“網絡主導、課程協同、情景教學、綜合應用”的網絡課程群建設探索模式，設計網絡課程群的綜合實驗室，以期建立符合計算機網絡教學和人才培養(yǎng)需求的高質量、高效率和高水平的綜合性平臺。
　　1網絡課程群的總體規(guī)劃與目標
　　幾年來，我校結合專業(yè)培養(yǎng)目標、專業(yè)方向和實驗內容進行研討、梳理和整合，明確了網絡課程群的
　　主要課程和相關實驗內容，在規(guī)劃設計中體現以下建設思路和目標：
　　1)“網絡主導、課程協同”的共享性平臺。強調以網絡基礎為主線，以課程群為協同，資源共享的實驗室建設思路。它是一個共享性平臺，體現在硬件設備資源的共享、軟件和課件資源的共享、師生教研的共享以及校內與校外的共享。網絡環(huán)境是對學生開放的，學生對網絡環(huán)境拓撲構造可隨需求變更；每門課程的實驗內容也可根據需求搭建；網絡設備隨技術進步升級更新。
　　2)“情景教學、綜合應用”的綜合性平臺。強調以綜合性和應用性，每一種應用都有對應的情景模擬、實景驗證和實踐測試。它是一個綜合性平臺，體現在課程內容的綜合、實驗框架體系的綜合、系統環(huán)境和構建模式的綜合以及軟件資源和教學方法綜合，隨著學習積累和實踐能力的提高，學生的實踐方案可根據能力不斷地擴展。
　　網絡課程群建設目標：網絡課程群綜合實驗教學平臺將成為體驗平臺、實驗平臺、研究平臺、開放平臺和可拓展的平臺，為教學、科研和服務社會提供一個優(yōu)良的環(huán)境。
　　2網絡課程群的課程實驗體系
　　2.1內容分析
　　教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會編制的《高等學校計算機科學與技術專業(yè)人才專業(yè)能力構成與培養(yǎng)》中關于計算機網絡原理課程提出[1]：
　　計算機網絡原理是計算機專業(yè)的必修核心專業(yè)基礎課，該課程的后續(xù)課程為網絡工程、網絡應用編程、互聯網應用與維護、網絡安全、TCP/IP協議分析與實現、無線網絡與移動計算、網絡性能分析與評價和協議工程等課程。該課程與這些后續(xù)課程一同形成整個計算機網絡課程群。并要求通過學習學生具備如下能力：具有一定的計算機網絡系統構建、維護和管理以及網絡應用開發(fā)能力，具有網絡協議分析和設計、計算機網絡系統分析和設計、網絡設備的設計和開發(fā)能力。
　　目前，我校開設的計算機網絡課程群包括：計算機網絡[3]、計算機信息安全、密碼學和網絡協議編程等課程。非計算機專業(yè)課程相關的課程有：組網技術、計算機網絡維護以及計算機網絡操作系統等。基于上述指導性意見和本校的實際情況，我們希望通過一系列課程訓練達到培養(yǎng)學生的系統知識，形成學生的計算機網絡系統的設計、實現、使用和維護能力。通過提煉主要的課程內容和實驗項目，達成了以網絡建構為基礎，網絡方案設計、網絡安全設計和網絡配置管理為能力培養(yǎng)主線，提升能力為目標的網絡課程群實驗系列。圖1列出了網絡課程群的相關課程和實驗項目。
　　圖1網絡課程群的實驗項目與課程關系
　　網絡課程群具有這樣的特點：課程內容涉及眾多的概念、原理、協議和技術，這些內容以錯綜復雜的方式彼此交織在一起[1]。網絡課程群有很多的教學策略：以層次功能為主線，在計算機網絡原理課程中采用層次結構模型分別闡述概念；在計算機信息安全課程中采用模塊化方式，將安全威脅因素歸類分述，再綜合應用在解決方案中；在網絡協議編程課程中，針對常用的TCP/IP協議以及應用層關鍵協議分析，從細節(jié)上實現對網絡系統運行機制的理解。
　　為了優(yōu)化資源和提取共性，在網絡課程群的實驗內容分析基礎上，提出網絡課程群實驗室建設思路：網絡課程群集中在一個實驗環(huán)境中，增加設備集約化和共享性，有利于各種工程環(huán)境實現；課程采取套餐式項目模塊選擇，每門課程的實驗內容采取“項目N+模塊M”的菜單式選擇，針對不同教學對象要求作選擇，增加了實驗的靈活性。
　　2.2實驗課程體系
　　為了應對網絡課程群的廣度和復雜度，設計了針對課程知識點的模塊化實驗項目[4-8]，采用網絡體系結構的分層次方式來組織實驗內容，滿足專業(yè)技術知識點多面廣、課程任務量大、學生層次多的教學需求，統一規(guī)劃和通盤考慮實驗項目的實驗課程體系。
　　實驗課程體系是基于網絡體系結構和課程性質而設置的，如圖2所示。實驗課程體系的縱向具有上下相互依賴關系，下層是上層學習的基礎，它在實驗上的逐步遞進，有利于學生由淺入深，幫助學生建立網絡應用框架和掌握應用開發(fā)體系的建構。
　　網絡基礎層是用網線將計算機、網絡交換機、路由器等組織成的計算機網絡環(huán)境，初期目標實現從原理到構建的認知，它也是網絡其他應用的基礎。
　　在網絡基礎層之上，每個層次都包含有“安全”內容，這是本實驗體系中著重強調的，這是在不斷地迭代深化，引導學生注意網絡技術與安全技術密不可分，在建立網絡的同時，安全策略也必須加以考慮和設置，從而增強學生的網絡安全意識。
　　在專用技術層上，體現了專業(yè)方向上的差異，信息安全方向在密碼技術和信息安全防護技術上將實施更多的專項實驗，對于其他專業(yè)方向強調網絡編程技術，但在這個層次上可以進行適當滲透，以利于學生專業(yè)方向上的拓展。
　　
　　
　　圖2網絡課程群的實驗課程體系
　　
　　
　　
　　創(chuàng)新設計層是專門為大學生創(chuàng)新活動、第二課堂等設計的，它積累了歷屆同學的創(chuàng)新設計作品，激勵后續(xù)的同學努力學習，創(chuàng)新研究和設計。
　　3網絡課程群的實驗室平臺架構
　　3.1硬件環(huán)境設計和部署
　　網絡課程群的實驗室平臺是實施網絡課程群實驗的主體，實驗課程體系最終要落實在實驗裝備上，實驗平臺架構上充分兼顧學生動手、實驗管理與實驗演示的多種需求。為此，我們將網絡課程群的實驗平臺劃分為4個子平臺，如圖3所示。
　　實驗平臺是構建和實施項目實驗和管理內容的實體，每個平臺實體由相關的網絡硬件和軟件組合而成，實驗中，經過組合變化選擇各種層次的實驗。
　　實驗室設備結構拓撲如圖4所示。有共享服務器設備和獨立的網絡設備組成，獨立的網絡設備有8套，每套設備設有1臺路由器、1臺3層交換機、2臺2層交換機、1臺無線節(jié)點和6臺PC計算機，每套設備供4～6人小組配合使用，除此之外，共享設
　　
　　圖3網絡課程群的組合實驗平臺
　　備由服務器、控制器和分組控制器組成，形成8組共享的軟件平臺服務環(huán)境。每套網絡設備容易擴展和交叉使用，可構成多種子網的拓撲結構，可滿足實現局域網、廣域網和多種路由算法的實驗。
　　
　　網絡課程群的硬件平臺構建上獨立與組合相得益彰，實驗環(huán)境將個人與整體有機組合，將網絡設備架構在2米×3.2米的大型網絡墻面上，方便教師的示教和學生自己動手創(chuàng)新組網操作，開放式的機架結構設計為網絡實驗拓展建立了基礎。
　　
　　
　　圖4網絡課程群實驗室硬件平臺的拓撲結構
　　
　　3.2軟件環(huán)境設計和部署
　　網絡課程群的實驗模塊圍繞教學內容安排，既要重視課程內容原理實驗，又要突出網絡實驗中的工程型和實踐性。實驗內容的組織做到由易到難、從簡單
　　
　　到復雜，循序漸進地安排實驗項目，使學生通過驗證、綜合和設計實驗獲得對原理知識的內化，并掌握一定的網絡應用基本技能，掌握系統性的網絡知識和提高實際應用能力。表1列出了網絡課程群的主要實驗項目。
　　
　　網絡課程群綜合實驗教學平臺建設方案是省級示范教學中心項目的工作之一，我們提出的“網絡為主、課程協同、情景教學、綜合應用”的實驗建設思路將加強網絡課程間的聯系，拉近各門課程之間距離，有效地實現教學上的循序漸進和內容上遞進組織；這將在開放的網絡環(huán)境中激發(fā)學生的學習興趣，提升其網絡系統的概念，增強其解決實際問題的能力；也將提高實驗室管理的信息化水平，在資源整合、
　　實驗教學、實驗輔導、實驗管理和實驗報告等各項管理環(huán)節(jié)得到改善，以滿足信息技術發(fā)展對網絡技術的需求。
　　網絡課程群綜合實驗教學平臺是我們對實踐教學的改革，我們將進一步加強對實際教學效果的監(jiān)測和對人才培養(yǎng)狀況的追蹤，不斷地完善實踐教學平臺，以滿足社會對人才培養(yǎng)的需求。
　　注：本文得到南京師范大學計算機軟件技術基礎教學團隊的資助。
　　
　　參考文獻[規(guī)范格式并增加文中標注。]：
　　[1] 教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會. 高等學校計算機科學與技術專業(yè)人才專業(yè)能力構成與培養(yǎng)[M]. 北京：機械工業(yè)