基于 “卓越計劃”的計算機網絡實驗教學改革研究

林盛鑫 黃丁香 鐘惠球 康麗

(1.東莞理工學院 電子工程學院，廣東東莞 523808;2.東莞理工學院 學報編輯部，廣東東莞 523808;3.東莞理工學院 資產后勤管理處，廣東東莞 523808)

“卓越工程師教育培養計劃” (簡稱“卓越計劃”)，旨在通過教育和行業、高校和企業的密切合作，以實際工程為背景，以工程技術為主線，著力提高學生的工程意識、工程素質和工程實踐能力，培養造就一大批創新能力強、適應企業發展需要的多種類型優秀工程師。對促進高等教育面向社會需求培養人才，全面提高工程教育人才培養質量具有十分重要的示范和引導作用［1］。實驗教學環節是能否實現“卓越計劃”中本科應用型人才培養目標的關鍵，實驗不僅是對理論的驗證，還是對動手能力、分析問題和解決問題等能力的培養［2］。本文針對目前計算機網絡課程在實驗教學環節存在的問題，對實驗教學內容、方法及實踐方面提出改善的方案來提高學生的積極性和實踐能力。

1 計算機網絡課程在實驗教學環節存在的問題

1.1 實驗環境制約實驗教學質量

網絡實驗設備為專業設備，建立完備的計算機網絡實驗室，資金投資較大，計算機網絡課程是一門不斷高速發展的交叉性應用型課程［3］，更新速度快，新理論、新技術、新標準、新服務層出不窮，給該課程教學工作帶來了很大的難度，由于計算機網絡實驗內容，一般需要兩臺以上的計算機共同實現，如一臺計算機做服務器，和一臺計算機做客戶機。有的還需要幾臺服務器和多臺客戶機，導致計算機嚴重不足，以致實驗開出多數為驗證實驗，難以培養學生的動手能力以及獨立思考問題、解決問題的能力。

1.2 實驗教學方法單一，學生難以掌握理論知識

傳統實驗教學以教師為中心，學生根據實驗內容照葫蘆畫瓢，雖然做了實驗，但沒有把理論知識應用于實踐操作中，比較抽象的理論知識得不到實驗驗證，難以掌握較抽象的網絡技術，無法提高學生的積極性，綜合實踐能力也得不到提高。

2 計算機網絡課程在實驗教學環節改革研究

2.1 建立虛擬網絡實驗環境，采用網絡仿真輔助教學方法

通過虛擬網絡實驗環境，從根本上解決了傳統實驗教學實驗設備缺乏、設備數量不足的問題。還提供了真實的演示效果，避免了實驗時人為對計算機硬件設備造成的損壞。虛擬網絡實驗環境主要采用虛擬機技術，通過安裝虛擬機軟件，可以在一臺物理計算機上模擬出一臺或多臺虛擬的計算機，像真正的計算機那樣可以安裝操作系統、安裝應用程序、訪問網絡資源等等。目前已在計算機網絡課程教學與實驗中得到了普遍應用，建立虛擬機和構建虛擬網絡的工具軟件主要有微軟公司的Virtual PC2007和VM-ware公司的Vmware Workstation。如采用VMware Workstation來完成計算機網絡課程中“局域網組網實驗”，即無需考慮網絡設備以及網絡設備的連接問題，就可以通過虛擬網絡組件把虛擬機器同真實的物理網絡連接起來，其原理是在一臺計算機上通過安裝VMware Workstation軟件，同時運行多個虛擬機，為每個虛擬機設置一個獨立的IP地址，來虛擬多臺計算機，進而搭建“局域網組網實驗”的虛擬環境，主要分為兩個步驟:

1)建立虛擬機。建立虛擬機最常用的方法是用VMware Workstation向導建立虛擬機和用備份文件建立虛擬機兩種。在實驗教學中，老師用VMware Workstation向導建立虛擬機，啟動向導進行有關參數的設置，對硬盤進行分區和格式化，安裝操作系統等操作。然后備份VMware Workstation用來記錄虛擬機的信息的兩個文件，一個是配置文件，記錄虛擬機的硬件資料如內存、硬盤、網卡、聲卡的類型大小等信息;另一個是磁盤文件，記錄在虛擬機上安裝的操作系統、存儲的文件等信息。

學生就可以用這兩個備份文件快速建立虛擬機，但需要修改計算機名和IP地址，否則不能聯網。

2)構建虛擬網絡。采用Vmware Workstation組建虛擬網絡時，主要應用了以下幾個虛擬設備:

VMnet0:VMware用于虛擬橋接網絡下的虛擬交換機;

VMnet1:VMware用于虛擬Host－Only網絡下的虛擬交換機;

VMnet8:VMware用于虛擬NAT網絡下的虛擬交換機;

VMware Network Adapter VMnet1:Host用于與Host－Only虛擬網絡進行通信的虛擬網卡;

VMware Network Adapter VMnet8:Host用于與NAT虛擬網絡進行通信的虛擬網卡;

目前虛擬機支持三種類型的網絡，分別是bridged(橋接模式)、NAT(網絡地址轉換模式)和Host－only(主機模式)如圖1至圖3所示。

圖1 橋接模式

圖2 NAIT模式

圖3 Host-only

1)使用bridged模式的虛擬系統就像是局域網中的一臺獨立的主機，與宿主計算機平等的存在于網絡中，虛擬系統與宿主計算機以及宿主計算機所在網絡的其他計算機都可以相互訪問。如圖1所示，主機Host與Virtual machine A、Virtual machine B可以相互訪問。

2)使用NAT網絡模式的虛擬系統，借助NAT功能，不需要進行任何其他的配置，就可以通過宿主機器所在的網絡來訪問外網。由于該模式下的虛擬系統的TCP/IP配置是由VMnet8(NAT)虛擬網絡的DHCP服務器提供，無法手動更改，因此虛擬系統無法和本局域網中的其他真實主機進行通訊。如圖2所示，在NAT device下的虛擬系統可以通過主機聯接外網，同時相互之間可以通信。在使用該網絡模式時，需要主機開啟VMDHCP和VMDAT服務。

3)使用host－only網絡模式的虛擬系統，是一個與外界隔絕的網絡，其TCP/IP配置信息 (如IP地址、網關地址、DNS服務器等)，都由該網絡模式下的虛擬DHCP服務器來動態分配，因此虛擬系統內部之間可以相互通信，但虛擬系統和真實的網絡被隔離開，兩者無法通信，一般在某些特殊的網絡調試環境中使用。如圖3所示，僅主機 (Host－only)模式是在主機上建立了一個獨立的私有網絡，外部網絡和虛擬機不能通訊。

通過理解以上VMware Workstation所提供的虛擬設備及其使用方法，根據計算機聯網的原理，進行局域網網絡組建操作。采用這種虛擬的仿真教學環境進行輔助教學，能夠增進學生對網絡體系和網絡協議的理解，能夠更新“實驗設備”型號與種類，適應計算機網絡課程更新速度快的特點。

2.2 合理組織實驗內容，轉變指導方式

1)實驗環節是對理論知識學習環節補充和形象化的過程［4］，因遵循由易到難、由簡單到綜合、由注重傳授基本方法和技能到注重創新能力培養的特點，合理設計實驗內容，處理好實驗教學與理論教學的關系，以及處理好基礎性實驗、驗證性實驗與綜合性實驗的關系。實驗教學內容既需要包括相關教學知識點，還需要包括提高學生的積極性以及對學生獨立思考與創新能力的培養。

2)改變傳統的以教師“一對多”的指導方式，開展以學生為主體的學習與實驗，針對不同的教學內容，通過建立實驗小組，明確小組的任務，如每一個實驗小組負責一個實驗內容，進行分工合作。在實驗環境下，讓負責該實驗內容的小組參與指導其它同學的工作，讓學生來演示實驗操作，講解實驗內容以及學習心得，而不是知識灌輸的對象，而教師即成為實驗教學中的協助者和解決問題的指導者，使學生真正成為學習過程中的主體，有效地調動學生的主動性和積極性，以任務方式驅動學生主動學習，對實驗內容有進一步的加深理解，有利于培養學生的表達能力，有利于培養學生分析問題和解決問題的能力，有利于培養學生的團隊精神和合作能力。

3 結語

根據“卓越計劃”對學生的培養要求，對計算機網絡課程實驗教學環節提出改革的研究，提高學生對計算機網絡課程學習的積極性，鼓勵學生遇到問題自己思考和解決，培養學生獨立分析問題和解決問題等綜合能力，允許學生在完成基本要求的基礎上，自由發揮，深入擴展，培養學生創新能力。實現“卓越計劃”中提出的“培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才”的目標。

［1］林健.談實施“卓越工程師培養計劃”引發的若干變革［J］.中國高等教育，2010，17:30－32.

［2］吳征遠.計算機網絡課程改革研究與探索［J］.赤峰學院學報，2011，27(8):216－218.

［3］郭頂龍.對計算機網絡課程教學改革的思考［J］.考試周刊，2011，46:11.

［4］劉振恒，李冬云，張姝.基于應用型人才培養的計算機網絡課程教學方法研究［J］.廣西教育，2010(4):98－99.

［5］王紀鳳，王世剛，尚玉蓮，等.計算機網絡課程教學中的虛擬機技術應用［J］.中國現代教育裝備，2011(1):42－43.