整合資源構(gòu)建“虛實(shí)結(jié)合”的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)室

【摘要】實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的重要組成部分，是學(xué)生掌握網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主要途徑。隨著虛擬硬件技術(shù)的發(fā)展和普及，許多院校開始使用虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。虛擬實(shí)驗(yàn)室既可節(jié)省資源又可突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境在時(shí)間、空間上的限制，并能利用E-learning的優(yōu)點(diǎn)。然而虛擬實(shí)驗(yàn)室并不能完全替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，各院校專業(yè)應(yīng)整合可利用潛在資源，建立高性價(jià)比、虛實(shí)結(jié)合互補(bǔ)的實(shí)驗(yàn)室。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò);虛擬實(shí)驗(yàn)室;虛實(shí)結(jié)合;整合資源

【中圖分類號(hào)】G420 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【論文編號(hào)】1009—8097(2010)09—0143—03

引言

高校的許多非計(jì)算機(jī)專業(yè)的培養(yǎng)方案中要求開設(shè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程，如信息管理管理與信息系統(tǒng)、電子商務(wù)、圖書情報(bào)學(xué)等專業(yè)，一些高校還開設(shè)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)公共選修課[1]。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一門既重理論更重實(shí)踐的課程，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是幫助學(xué)生理解原理、加深認(rèn)識(shí)而達(dá)到學(xué)以致用的必要環(huán)節(jié)。然而眾所周知的是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器一般是比較昂貴的，且更新較快，因此建立完備的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境是比較困難的。一些高校尤其是文科類院校，開設(shè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的專業(yè)少，出資建設(shè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室顯然是投資回報(bào)率非常低的。所幸近些年來，隨著虛擬硬件的軟件(部分免費(fèi))有了顯著的發(fā)展并普及，越來越多的高校利用這一契機(jī)建立了虛擬實(shí)驗(yàn)室，部分還開發(fā)了配套的實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)。虛擬實(shí)驗(yàn)室既節(jié)省了資金，又可突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室在時(shí)間、空間上的限制，同時(shí)還能激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，并可融合E-learning的優(yōu)點(diǎn)[2]。然而虛擬環(huán)境畢竟不能代替真實(shí)環(huán)境，部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容必須有真實(shí)的設(shè)備為輔方可順利進(jìn)行。為避免出現(xiàn)學(xué)生只會(huì)操作軟件、一旦碰到實(shí)際問題卻無從下手的情況，必須在利用虛擬實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)配備符合一定要求的真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

本文首先分析了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容和要求，總結(jié)了三類實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)，提出可整合校內(nèi)外資源、網(wǎng)絡(luò)資源，揚(yáng)長避短建立以虛為主、以實(shí)為輔、“虛實(shí)結(jié)合”的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室及課程教學(xué)設(shè)計(jì)。

一 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容及特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程講授內(nèi)容的范圍及深度主要包含以下7點(diǎn):(1)從總體上了解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念、發(fā)展史、應(yīng)用領(lǐng)域、功能和特點(diǎn)、掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，了解OSI與TCP/IP體系結(jié)構(gòu);(2)掌握數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)，弱化通信技術(shù)理論;(3)掌握局域網(wǎng)絡(luò)、廣域網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識(shí)及基本原理，強(qiáng)化簡單的局域網(wǎng)組網(wǎng)方法;(4)掌握網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)的基本知識(shí)及網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備的使用，強(qiáng)化交換和路由的概念;(5)掌握TCP/IP協(xié)議各層協(xié)議及其基本工作原理，立足端到端通信;(6)了解網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)的基本知識(shí);(7)了解網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的基本知識(shí)，掌握簡單的保護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全方法。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用繁多、知識(shí)面廣連貫性弱，實(shí)驗(yàn)操作能夠幫助學(xué)生加深對(duì)網(wǎng)絡(luò)原理的理解，提高應(yīng)用能力，促進(jìn)創(chuàng)新性思維。可將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)分為3種類型:原理驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)、綜合應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)和探索研究型實(shí)驗(yàn)。(1)原理驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)借助PC機(jī)、網(wǎng)絡(luò)基本設(shè)備、協(xié)議分析儀和流量發(fā)生器等軟件幫助理解復(fù)雜的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工作原理。實(shí)驗(yàn)可以在基本網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行，也可以在仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境下進(jìn)行。目的是幫助學(xué)生提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和維護(hù)的技能，為服務(wù)社會(huì)做好準(zhǔn)備，同時(shí)有助于深入理解網(wǎng)絡(luò)原理。(2)綜合應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)應(yīng)在真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下由學(xué)生實(shí)際操作完成，如設(shè)計(jì)并安裝局域網(wǎng)，配置交換機(jī)和路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，配置、應(yīng)用和維護(hù)各種應(yīng)用服務(wù)器，如DNS服務(wù)器、web服務(wù)器、電子郵件服務(wù)器、媒體服務(wù)器等，這類實(shí)驗(yàn)需要有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和服務(wù)器的硬件基礎(chǔ)。(3)探索研究型實(shí)驗(yàn)主要用于發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)新知識(shí)、驗(yàn)證協(xié)議或某種猜想等，這是專家或研究生要從事的工作[3]。

根據(jù)不同的教學(xué)層次，可將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容劃分為五大類別:

二 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)室的分類

不同的院校及不同專業(yè)對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的定位不同，造成了他們對(duì)課程實(shí)驗(yàn)的要求不同。一些專業(yè)的學(xué)生可能今后大部分將直接從事計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)工作，而一些專業(yè)可能更偏重于了解原理懂得操作但不會(huì)直接從事相應(yīng)工作。課程要求不同將造成他們所使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備也不同。根據(jù)課程所使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備可將實(shí)驗(yàn)室分成3類:

1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室

實(shí)驗(yàn)設(shè)備就是各大廠商生產(chǎn)的設(shè)備，其中網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括主流的思科、華為、H3C、銳捷等產(chǎn)品，服務(wù)器則可以是IBM、HP、DELL等品牌的。一些高校是自行購置設(shè)備，而不少學(xué)校則是通過與設(shè)備廠商或者是外部培訓(xùn)學(xué)校合作的方式建立實(shí)驗(yàn)室，以達(dá)到節(jié)省資金并提高教學(xué)效果的目的。

真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境是學(xué)生驗(yàn)證知識(shí)、學(xué)習(xí)技能的絕佳環(huán)境，但是設(shè)備昂貴、種類眾多、維護(hù)困難，隨著學(xué)生不斷增多，要達(dá)到人手一套，無論是自行購置還是與外部合作都有較大困難。

2 虛擬實(shí)驗(yàn)室

實(shí)驗(yàn)設(shè)備為軟件虛擬而來。許多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備公司為推廣其產(chǎn)品和技術(shù)，開發(fā)出免費(fèi)的模擬硬件設(shè)備的軟件以供技術(shù)人員使用。流行的虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有思科公司的Packet tracer和Dynamips、Boson公司的NetSim等，虛擬計(jì)算機(jī)硬件的主要有VMware公司的VMware workstation、微軟的Virtual PC等[4]。教育界逐漸將這類軟件引入到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)課程中，并有一些高校自行研發(fā)了具備系統(tǒng)教學(xué)功能的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如北京郵電大學(xué)研制了Linux操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了虛擬環(huán)境行為仿真系統(tǒng)等[5]。

虛擬實(shí)驗(yàn)室具有如下主要優(yōu)點(diǎn):

#61548;軟件即設(shè)備，安裝方便，節(jié)省了購置和管理維護(hù)硬件的成本和時(shí)間。

#61548;哪里安裝哪里使用，突破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室在時(shí)間、空間上的限制。

#61548;操作簡便，無需擔(dān)心操作失誤、破壞設(shè)備，具有可再生的等能力。

#61548;實(shí)現(xiàn)E-learning，網(wǎng)絡(luò)上豐富的學(xué)習(xí)資源、技術(shù)支持，可充分發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，為今后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

在前面列出的5類實(shí)驗(yàn)中，除基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的識(shí)別設(shè)備和制作線纜外，虛擬設(shè)備幾乎可以滿足全部驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)要求。但同時(shí)也應(yīng)該認(rèn)識(shí)到虛擬設(shè)備有其局限性，一般只能虛擬部分類型的設(shè)備，同時(shí)許多操作特性兩者不一致，軟件也可能出現(xiàn)小Bug。現(xiàn)實(shí)中的小問題也可能成為阻礙學(xué)生進(jìn)步的絆腳石。

3 “虛實(shí)結(jié)合”的實(shí)驗(yàn)室

即既配備真實(shí)設(shè)備，也有虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。“虛實(shí)結(jié)合”的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，其中“實(shí)”的部分是一套或多套典型的目前流行的硬件設(shè)備，“虛”的部分包括即可以使用已有的虛擬軟件，也可以自行開發(fā)的虛擬平臺(tái)。“虛實(shí)結(jié)合”的實(shí)驗(yàn)室需要教師在課程演示中即提供真實(shí)的操作又教會(huì)學(xué)生在軟件上的操作，使得學(xué)生更能體會(huì)虛擬軟件的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到實(shí)戰(zhàn)的效果。

三整合各種資源，構(gòu)建“虛實(shí)結(jié)合”的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)室

將虛擬技術(shù)用于構(gòu)建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)室既是方法和理念的創(chuàng)新，目前已有廣大院校專業(yè)建立了虛擬實(shí)驗(yàn)室。然而這也引起了另一種做法的出現(xiàn)，即認(rèn)為實(shí)驗(yàn)室里使用虛擬硬件可以完全滿足實(shí)驗(yàn)需求，無需再購置任何硬件資源[6]。事實(shí)上，通過上文對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的分析以及對(duì)廣大網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，可以知道虛擬和現(xiàn)實(shí)是存在差異的，虛擬設(shè)備可以用以驗(yàn)證原理和練習(xí)部分操作命令，但是學(xué)生如果僅僅掌握軟件的使用很可能連基本的網(wǎng)線都不會(huì)制作。我們必須本著以“實(shí)”為目標(biāo)、“虛”為手段，揚(yáng)各自的長處，避他們的短處，建立以“虛”為主、以“實(shí)”為輔、“虛實(shí)結(jié)合”的實(shí)驗(yàn)室[7]。

構(gòu)建“虛實(shí)結(jié)合”的實(shí)驗(yàn)室必須要避免“實(shí)”的部分的缺點(diǎn)。通過分析可知，與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的“實(shí)”不同的是，“虛實(shí)結(jié)合”的實(shí)驗(yàn)室只需要少數(shù)幾套硬件網(wǎng)絡(luò)設(shè)備即可，主要用于幫助學(xué)生區(qū)別“虛”和“實(shí)”的差別。各院校專業(yè)可充分利用校內(nèi)、外及網(wǎng)絡(luò)上的各種資源以建立高性價(jià)比的“虛實(shí)結(jié)合”的實(shí)驗(yàn)室。一般情況下，這些潛在的資源包括:

四 “虛實(shí)結(jié)合”實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用

1 “虛實(shí)結(jié)合”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

各院校專業(yè)可根據(jù)開課的教學(xué)層次、要求，開發(fā)配套的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)和考核方式。

一種可行的教學(xué)設(shè)計(jì)將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為三個(gè)部分:課前基本實(shí)驗(yàn)、課堂實(shí)驗(yàn)和課后發(fā)散實(shí)驗(yàn)。

課前實(shí)驗(yàn)是指在教師在講授完相關(guān)知識(shí)點(diǎn)后，進(jìn)行課堂實(shí)驗(yàn)前，先布置一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)供學(xué)生理解原理。實(shí)驗(yàn)提供詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟、操作命令及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D等。

課堂實(shí)驗(yàn)是指在計(jì)算機(jī)房，教師當(dāng)場(chǎng)布置一個(gè)與課前實(shí)驗(yàn)類似當(dāng)難度相對(duì)較大的實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生在課堂即完成，可提交實(shí)驗(yàn)結(jié)果文件或當(dāng)場(chǎng)要求學(xué)生操作相關(guān)命令，以檢驗(yàn)學(xué)生理解原理、掌握命令的程度。課堂實(shí)驗(yàn)可作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)課程評(píng)分主要部分。如果沒有緊迫感和時(shí)間限制很多學(xué)生將不會(huì)完成課前實(shí)驗(yàn)，課堂實(shí)驗(yàn)效果也不會(huì)理想。這樣方式可以提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性和成就感，避免學(xué)生因?yàn)闊o監(jiān)督而恍然學(xué)過本課程。

發(fā)散實(shí)驗(yàn)有兩方面的內(nèi)容，一是指在實(shí)物設(shè)備上進(jìn)行操作，而是指創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。完成虛擬實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練以后，教師設(shè)計(jì)具體現(xiàn)實(shí)問題，組織學(xué)生再進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作。由于有了前面虛擬實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，學(xué)員進(jìn)行實(shí)物實(shí)驗(yàn)時(shí)不能和虛擬實(shí)驗(yàn)完全一樣，所以實(shí)物實(shí)驗(yàn)要加大難度，可以事先由教師人為設(shè)置實(shí)驗(yàn)故障，教學(xué)中適時(shí)啟發(fā)學(xué)生的思維、巡視檢查學(xué)生的排查故障情況、及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正學(xué)出現(xiàn)的錯(cuò)誤，最后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)總結(jié)。創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)可以是綜合性實(shí)驗(yàn)的全部或者部分。它是在前面三個(gè)部分基礎(chǔ)上的又一次的提升，教師提出創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課題，讓學(xué)員充分運(yùn)用各種資源，進(jìn)行網(wǎng)上討論和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，利用課外時(shí)間成立實(shí)驗(yàn)小組來開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。

2 “虛實(shí)結(jié)合”的考核方式

不同院校專業(yè)根據(jù)各自的教學(xué)目的和教學(xué)要求決定考核方式。“虛實(shí)結(jié)合”的實(shí)驗(yàn)課程考試要求檢驗(yàn)學(xué)生在虛擬環(huán)境和現(xiàn)實(shí)環(huán)境中解決問題的能力，因此考試要求包括虛、實(shí)兩部分內(nèi)容，均要求學(xué)生在課堂上規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成。

五 結(jié)語

“虛實(shí)結(jié)合”的實(shí)驗(yàn)環(huán)境及課程設(shè)計(jì)有利于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量有利于激發(fā)學(xué)生的興趣和積極性，可節(jié)省投入，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力有較大的幫助。各院校可根據(jù)掌握的資源條件建立最高性價(jià)比的實(shí)驗(yàn)室，并設(shè)計(jì)配套的教學(xué)方案和考試方式。同時(shí)院校間可加強(qiáng)合作、共享資源，不斷吸收企業(yè)、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的先進(jìn)技術(shù)和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，推進(jìn)“虛實(shí)結(jié)合”的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)及教學(xué)模式的發(fā)展。

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