“計算機網絡”實驗課程的教學探討

琚生根，陳 黎，周 剛，王相國

（四川大學計算機學院，四川成都 610065）

“計算機網絡”課程是大學計算機本專科專業必須開設的一門專業必修課程，與計算機專業的許多課程不同.它需要軟件和硬件的結合，需要計算機技術和通信技術的一致和結合，需要理論和應用的緊密結合，需要課堂和實驗室的互補結合。計算機網絡實驗在計算機網絡教學中占有十分重要的位置，它是計算機網絡教學的一個重要的、必不可少的環節，是貫穿整個計算機網絡教學的靈魂所在，此環節質量的好壞直接影響到計算機網絡教學的質量和效果［1－4］。

1 目前高校計算機網絡實驗課程存在的問題

目前計算機網絡課程都分為理論教學和實驗教學2個部分。理論教學部分的教學內容，很多高校都進行了多方探索，已經有成熟的教學方法以及教材，同時也在不斷地引進國外先進的網絡課程的教材，使得理論教學部分更加完善。而計算機網絡的實驗教學，無論從教材還是從實驗方面，相比理論教學都顯得很薄弱。目前高校的計算機網絡實驗課程存在以下的問題。

（1）缺乏與理論教學配套的實驗教材。一本好的實驗教材能夠有效地彌補理論教學中存在的不足，學生可以通過實驗更加深入地了解網絡協議的工作原理。目前市面有不少的實驗教材，這些教材普遍存在的問題是沒有和目前高校的計算機網絡課程的理論教材有效地結合，同時實驗內容單一，能夠提供給教師參考借鑒的內容很少。

（2）缺乏對實驗教學的重視。計算機網絡課程的教學安排是理論課時占大部分，而實驗課時卻很少，教師把更多的精力放在了理論教學，而忽視了實驗教學［5］。實驗教學的學時也限制了學生，學生在學習過程中缺乏足夠的時間接觸網絡設備，完成一些創新性的網絡實驗，更多的是一種被動接受教師的實驗演示，使學生對網絡的理論學習感到抽象和空洞，難以理解和掌握，更難以在實際中有效地使用理論知識，教學效果不佳。

（3）缺乏配套的網絡實驗室。網絡實驗室不是簡單的在操作系統上安裝某個開發環境就能完成，它需要多方面環境和網絡工具以及設備才能完成，如果沒有相應的實驗設備、實驗場所，計算機網絡實踐教學根本無從談起。為此必須組建一個“計算機網絡”專業實驗室，以改變學生學習“計算機網絡”課程常常陷于“紙上談兵”的境地。“計算機網絡”專業實驗室是保障專業實驗的重要條件，專業的實驗室和普通的機房是不能比擬的。專業網絡實驗室能夠從網絡原理、網絡建構、網絡應用以及網絡開發等方面準備各類實驗，同時允許學生完全自主地在主機上進行各種工具的安裝以及使用。目前很多高校的機房都安裝有“看門狗”類的管理軟件，不允許學生安裝任何軟件以保證系統的穩定和安全，但是這種做法對于網絡專業實驗室來說是非常不利的，限制了實驗過程中學生的自主創造力。

2 計算機網絡實驗室的搭建

我院建設網絡實驗室的目的，就是為了能讓學生在一個比較真實的網絡實驗環境中，深刻理解各種協議的實際運用，靈活自主地運用所需知識搭建各種網絡環境。我院的網絡教學實驗平臺主要從下面4個方面考慮：

（1）共有300m2的網絡實驗室，擁有交換機、路由器、服務器等網絡設備12組，可以開展各種網絡實驗。

（2）實驗室配套有多種不同的模擬軟件，利用模擬軟件，虛實結合，提高效率和實驗效果。例如：Cisco的Packet Tracer、Ethereal，華為公司的虛擬機等。學生可以在虛擬軟件上先熟悉一些網絡設備的配置，然后再到真實的設備上進行驗證，這樣的有效結合可以達到理想的實驗效果。

（3）網絡實驗室的環境必須是一個全開放的環境，使學生在網絡實驗環境下可以安裝任意的網絡軟件以及進行任意的網絡配置，最大限度地給學生自主設計的權利。

（4）在實驗室內配置投影儀，可以方便教師對網線的制作，以及交換機、路由器配置等內容進行講解和現場演示，使講課、參觀、演示、實驗等均在實驗室內進行，既為教師授課提供了方便，又加深了學生的印象，提高了教學效果。

我院網絡教學實驗平臺的網絡拓撲結構圖如圖1所示。

網絡實驗是分成實驗小組協同完成的，1 個實驗小組包括1臺交換機、4臺計算機以及網絡實驗對應的一套網絡設備。教師固定安排的實驗，學生可以在自己的實驗組內部完成，同時多個實驗小組可以合成一個大網絡，完成更加復雜的實驗［5－8］。

圖1 網絡教學實驗平臺的拓撲結構

3 “計算機網絡”實驗課程的設計

《計算機網絡——自頂向下方法》是由James F.Kurose和Keith W.Rose教授編著的一本優秀的教材。我院從2002年的第一版開始使用該書作為本科教學的理論教材，已經整整10年。這本書的重點在“協議”分析，為此，全書的內容都圍繞著各層的各類協議進行了詳細的闡述和分析，同時也注重網絡應用程序的開發。該教材的新版增加了一套實用的Ethereal實驗，通過實驗，學生可以觀察網絡協議的運行過程和產生的結果。雖然新版教材增加了Ethereal的協議分析實驗，但是網絡實驗更多的是需要學生發揮其主動性，自己完成一些創造性的實驗。我們將教材中的協議分析實驗結合起來，設計了適合我院自身特點的網絡實驗。計算機網絡課程的實驗課時設置為20學時，一共安排了10個小實驗。本院本科的計算機網絡課程的內容為教材的前5章內容，因此網絡實驗課程不涉及網絡安全相關內容［9－10］。網絡實驗既包括硬件實驗也包括軟件開發實驗，既包括基礎實驗也包括探索性、綜合性的實驗。表1為計算機網絡課程開設的實驗課程安排。

在實驗安排中，基礎實驗是整個實驗課程的核心和關鍵，例如網絡基礎實驗，雖然是學生熟悉網絡命令的實驗，但是經過長期的教學我們發現，雖然學生都知道這些命令，但是在網絡出現故障的時候，學生無法靈活有效地使用這些網絡命令，同時無法根據命令的反饋結果對網絡的故障進行分析。因此在設置這個實驗的時候，我們不僅要求學生會使用命令，同時我們會設置不同的場景幫助學生進行分析。在ping命令的實驗中，我們會要求學生在設置默認網關和不設置默認網關的情況下，分別測試局域網的IP 地址和外網IP地址，以及有效的IP 地址和無效IP地址的情況下所得到的不同的反饋結果，這樣才能和具體的實際情況有效地結合起來，讓學生不僅感覺實用，同時也能夠解決具體的實際問題。

我院的目標定位是培養學生具備高層次的網絡知識，除了計算機網絡實驗中基礎的實驗以外，我們還安排了5個綜合實驗，希望學生能夠將所學的基礎知識進行整合，而不是只能完成照本宣科的實驗［11－12］。學生在經過2年多的大學學習以后，已經掌握了一些程序設計語言，但對如何將程序設計語言有效地和具體實踐相結合，他們仍然感覺很茫然。因此，我們選擇了2個網絡編程的綜合實驗，同時通過協議分析實驗，讓學生掌握了不同協議的工作原理。

4 結束語

我院的“計算機網絡”的教學目的是培養學生具備高級層次的網絡技能。對于“計算機網絡”課程來說，理論教學和實驗教學都是同等重要，但日常的教學中，教師把更多的精力放在了理論教學，而忽略了實驗教學。實驗教學的欠缺導致學生無法深入理解理論知識，面對實際中的網絡問題力不從心。本文中針對我院的實際情況，提出了一些探索性的建議，這些探索性的建議已經應用在我院的計算機網絡課程的實驗教學中，并取得了一定的效果。

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