開放式計算機網絡實驗教學探索

王 浩，武 凌，王松濤，周豐杰

(1. 安徽財經大學 管理科學與工程學院，安徽 蚌埠 233030；2. 安徽電子信息職業技術學院 計算機科學系，安徽 蚌埠 233030)

高等教育的首要任務是培養出具有創新精神和實踐能力的專門人才，而實踐能力又主要包括基本實踐能力和創造性能力.基本實踐能力體現在實踐技能和操作技能.創造實驗能力主要體現在實驗的總體設計、實驗方向、實驗方案、發現問題、解決問題和綜合性分析等方面.所以，實驗教學是高等教育中不可或缺的組成部分.《計算機網絡》是一門理論和實踐并重的綜合專業課程.其中實驗教學不僅能夠幫助學生深刻理解理論知識，并且能夠幫助學生運用所學知識解決實際問題.

1 計算機網絡實驗教學存在的若干問題

1.1 實驗設備匱乏

目前，很多高校都有網絡實驗室，但是由于網絡技術迅猛發展、技術日新月異、產品種類繁多、更新換代頻繁，只有很少資金雄厚的高校能跟的上網絡的發展步伐，部分高校擁有的設備只能夠完成基礎類的網絡實驗，甚至一些高校完全依靠模擬器來完成網絡實驗.這使得學生的實踐能力和創新能力的鍛煉受到很大的限制.

1.2 實驗教學課時不足

很多高校的課程規劃中《計算機網絡》這門課的總課時通常在72～108之間，除去理論部分所用的課時，實驗教學課時所剩無幾，而網絡實驗又需占用很多時間，以思科公司網絡學院的 CCNA認證的教學課時安排來看，一共設置了120課時的實驗教學安排.可見，目前很多高校的計算機網絡實驗只能開設一些簡單的、驗證性的實驗，對一些需要大量時間的設計性實驗、綜合性實驗無法開設，導致學生只會簡單的重復性驗證操作，缺乏對學生創造性能力的培養，導致學生所學的理論與實踐脫節，不能夠學以致用.

1.3 實驗教學方式落后

長期以來，教師都認為做實驗一定要去實驗室，隨著辦學規模不斷擴大，學生人數與日俱增，傳統的實驗室由于缺乏師資以及設備，已經無法滿足日益增加的實驗課時和實驗環境需求.同時，傳統的教學過程是以“教”為主，實驗教師提供實驗項目、實驗步驟、實驗目的等內容，教學過程主要以演示方式為主，缺乏互動，無法提起學生實踐和創新的熱情.

1.4 實驗教師缺乏實踐經驗

目前，很多高校教師都是直接從高校的博士或者碩士畢業生中招聘，很大一部分教師缺乏實踐經驗，沒有參與過大中型網絡的建設和維護工作，這必定導致教師缺乏對網絡的感性認識和實踐能力，容易造成理論教學與實踐教學脫節的情況.

2 開放式的計算機網絡實驗教學模式

實驗環節是計算機網絡這門專業課程的一個重要組成部分，如果單單依靠學生在實驗室完成相關實驗來掌握必要的知識那是非常困難的.因此，我們學院從 2006年對計算機網絡實驗教學部分開始改革.經過將近 5年的發展，實現了實驗室 24小時全天候開放，實驗教師可以通過網絡指導小組或者單個學生完成在實驗課中未完成的實驗，并引導學生深入地學習，完成一些綜合性、設計性的實驗.同時，開放的實驗平臺也能夠為本校部分教師提供科研項目的實驗環境，幫助他們完成科研項目.另外，利用開放的實驗環境開展計算機網絡專業資格認證考試培訓，幫助一些對網絡有濃厚興趣的學生獲得了相關認證證書.

2.1 開放式實驗教學平臺構建

開放式的實驗教學平臺是能夠滿足學生在任何時間、任何地點都能夠進行實驗，并且能夠得到實驗教師的指導或者查看相關實驗資料的.我們從3個方面構建開放式的實驗教學平臺.

第一，我院共有300 m2的網絡實驗室，擁有交換機、路由器、服務器、防火墻等網絡設備36組，可以開展路由、交換、語音、安全等相關網絡實驗.這些設備是構建開放式實驗教學平臺不可或缺的基礎.

第二，利用模擬軟件，虛實結合，提高實驗效率和實驗效果.隨著模擬技術的不斷完善，現在已有很多優秀的網絡實驗模擬軟件，如：思科公司的 Packet Tracer、UC Berkeley開發的 NS2、Boson公司開發的 Boson Netsim.利用它們可以在沒有真實網絡環境的時候也能夠進行實驗，并且在實驗準備階段，可以利用模擬軟件搭建實驗拓撲圖，讓學生有直觀的認識，課后也可以利用模擬軟件復習鞏固課堂上所學的知識，完成一些大型的綜合性、設計性的實驗.對一些剛接觸網絡實驗的學生，可以利用模擬軟件認識網絡設備的構造，模擬設備之間的鏈接，防止學生因為誤操作損壞實驗設備.所以，配合模擬軟件的使用，突破了時間空間的限制，緩解了實驗室的壓力，達到理想的實驗效果.

第三，架設遠程網絡實驗系統.隨著網絡的普及，在互聯網上開展網絡實驗的條件已經成熟.通過遠程網絡實驗系統不僅可以提高實驗設備的利用率，而且讓學生和教師不再受時間和地域的限制，只要可以連接到互聯網，通過預約登記就可以在實驗設備空閑時進行實驗，操作過程由網關程序控制，無需實驗教師監督管理.學生通過遠程網絡實驗系統登錄到真實的網絡設備中進行實驗，避免了模擬器的部分功能不完善，造成有些實驗無法完成的問題.學生在進行實驗前，需要進行遠程網絡實驗系統的認證，只有通過認證才可以進行下一步實驗，并且在整個實驗過程是完全被監控記錄的，一旦出現異常，能夠快速地進行排查[1].

2.2 開放式實驗教學的改革

計算機網絡技術發展迅猛，如何能夠保證學生適應社會需求，這與計算機網絡實驗教學過程講授的知識密不可分，因此，以開放式實驗教學平臺為基礎的實驗教學方法改革是勢在必行的.改革的內容主要包括實驗教學大綱的修訂、實驗內容的設計和實驗指導書的編寫.

首先，在實驗教學大綱中，增加了設計性和綜合性實驗所占比重，分別將設計性和綜合性實驗提高到 12課時和10課時，將驗證性實驗的課時壓縮到10課時，同時為了提高學生的創新能力、緊跟社會需求，增加了IPv6、信息安全、語音、無線網絡等開放實驗.其次，實驗內容主要以 5種形式存在：操作性實驗、驗證性實驗、綜合性實驗、設計性實驗和創新性實驗.最后，為了適合開放的實驗教學模式，對實驗指導書進行修訂，采用了漸進式的實驗教學模式，在實驗指導書的前一部分多以驗證性實驗為主，并且實驗目的、實驗步驟和配置命令詳盡.這一部分主要幫助學生盡快熟悉操作環境、實驗設備和配置命令，通過這一環節讓學生對計算機網絡有個感性的認識.經過一段時間的驗證性實驗后，可以進行設計性和綜合性的網絡實驗，在這一部分會給出具體的實驗要求，對一些重點、難點會給出必要的提示，不再有具體的實驗步驟.學生會根據要求自行設計網絡拓撲，選擇相應的網絡設備并按照網絡拓撲接連，再進行配置、測試，最終達到實驗目的完成實驗.這一類型的實驗通常需要時間都比較長，所以在實驗課后需要利用模擬器或者遠程網絡實驗平臺來完成這類實驗.通過設計性、綜合性實驗練習后，學生可以對自己感興趣的網絡問題進行研究性實驗，在這一過程中，實驗指導書只提供相關理論指導，供學生在實驗過程中參考.

2.3 教師實踐能力的提高

教師是知識的提供方，教師的授課能力高低和掌握知識的多少能夠直接影響到教學效果的好壞.想要學好計算機網絡這門課程需要很多網絡設備，而且這些設備通常價格不菲，一方面教師沒有經濟能力購買這些設備，另一方面很多單位的網絡設備是不允許不相關的人員接觸，這使得教師很難有實踐的機會，對網絡缺乏感性認識，從而在授課的過程中也很難把問題講明白.這就要求教授計算機網絡這門課的教師在學習理論知識的同時，還要積極參加實踐活動.我院通常采取以下3種方法：一是給教師積極創造條件，讓他們參觀網絡建設比較好的企事業單位，使得他們對大型網絡有感性的認識；二是讓教師走出去，到相關的單位去工作學習，讓他們獲得更多的動手機會，了解網絡發展的最新方向，學習新設備、新工具的使用，提高實踐能力；三是讓教師參與校園網的建設和維護工作，提高組建和管理網絡的能力.

通過對開放式計算機網絡實驗教學的研究，解決了傳統教學模式下存在的實驗設備缺乏、實驗項目單一、實驗教師實踐能力不高等若干問題，培養了學生的動手能力，提高了學生對計算機網絡創新性學習的能力.

[1] 顏凱,楊寧,李育強.思科網絡技術學院教程CCNP2遠程接入[M].北京:人民郵電出版社,2005:43.