計算機網絡課程教學改革

摘要：本文深入地分析了我國和發達國家培養工程師的方法。為了培養合格的計算機網絡工程師，提出了一個通過改革教學內容和采用新的實驗技術的方案，該方案采用引入思科公司的培訓體系來提高學生的實際動手能力。

關鍵詞：計算機網絡；教學改革

2010年，我國教育部制定了《卓越工程師教育培養計劃》，要求為各個專業培養合格的工程技術人才。我國許多高校以此為契機，轉變辦學理念，調整人才培養目標以及改革人才培養機制。部分高校根據實際情況建立實踐基地，并與國內外學校企業合作，讓學生走出校門走出國門，到對應的實際工作崗位進行實際工作能力的培養。

網絡類課程（網絡應用技術、計算機組網技術、網絡設計工程技術基礎）是一類實踐性很強的課程，要求學生既要有理論知識，又要能掌握實際工作能力，解決實際工程問題。如何在現有網絡類課程中，按照卓越計劃的精神，合理安排教學培養學生，打造具有特色的網絡類課程是我們應該思考的問題。

● 國內外的相關研究

工業革命以來，西方發達國家工程師培養主要有兩大類：美國模式和以德、法為代表的歐洲模式。美國著名高等教育學家布魯貝克認為，美國高等教育發展有兩個方向：自由探索科學真理；服務國家社會發展。這兩個發展4yirFqiluFzOVHwVXv+V+w==思路始終指導美國高等教育的發展，而實用主義是這兩種發展思路的交集[1]。

實用主義的三大原則就是：實用即真理，有效即有用；需求導向，服務至上；事實重于假設。美國國家經濟和社會政治，在實用主義的指導下，出現了豐富多彩的多元化發展格局。MIT的工程研究成果，Standford的硅谷淘金以及蘋果公司iPhone、iPad產品的全球熱銷，生動地說明了實用主義的魅力[2]。

與美國模式，培養集管理、金融、工程技術于一身的工程師毛胚不同，德、法模式注重工程實踐動手能力的培養，也就是培養工程師成品[3]。德國的職業教育體系依次是：實科中學、職業學院、職業專科學校、高級專科學校、再到應用科技大學。應用科技大學是德國職業教育的最高層次，可以授予職業教育碩士學位。應用科技大學與傳統研究型大學有同樣的社會地位，選擇哪種類型的大學主要取決于學生的個人自主選擇，而不是學習能力的好壞[4]。

近年來中國的高校也開始注意工程實踐能力的培養，進行了一定程度的嘗試。但是與西方發達國家相比，中國高等教育中的工程教育面臨一些困惑：工程實踐教育改革理念缺乏、工程人才培養模式單一、缺乏科學的長效運行機制[5]。

有些國內高校在實施卓越工程師教育培養中認為：校企合作是培養學生的實際工作能力的有效載體。但是實際情況是，校企合作、實訓教育中存在一定程度的困難。對企業而言，校企合作可能只是公益性行為，收益有限而風險很多，如學生在企業期間的安全問題、生產設備的消耗、學生實習對公司管理和運營的沖擊。因此很多企業并不愿意進行校企合作[6]。

有些高校把理論教學和實踐教學分開，學校進行理論教學，學生在大四時，參加校外培訓，進行工程實踐的學習。這樣造成了理論和實踐的脫節。學習理論的時候由于沒有實踐，對原理就沒有感性認識，談不到真正理解；培訓時，由于功利的影響，局限在工程的細節，也不會再學習理論。

● 課程改革的預期目標

在實施《卓越工程師教育培養計劃》時，我們必須處理好共性要求與特色發展兩者間的關系。根據實際的師資和社會需求，充分體現每個學校的特色。為了培養計算機網絡工程人員，我們根據現有教學計劃，提出以下想法：①將思科的教學體系（教材、技術、實驗、認證）引入我們的計算機網絡類課程中。②針對計算機專業和非計算機專業的學生，分層次教學。③在現有的實驗室條件下，進行實驗教學改革。

我們的目標是改變“教師上課，學生聽講”的單向的教學模式。為計算機專業和非計算機專業的學生提供不同層次的網絡工程實踐的訓練，培養學生主動分析、解決實際工程問題，激發學生學習興趣。更加貼近卓越工程師的培養目標，拓寬學生的就業渠道，提高學生參加工作后的收入。

● 教學改革的內容

1.教學內容的改革

思科公司（Cisco）提供網絡的全套解決方案，其產品在網絡市場上占有很高的市場份額。該公司的網絡技術、特別是網絡設備配置技術是當前網絡技術的主流。如果只學習網絡理論，不學習具體公司的產品，將沒有構建網絡的能力。

思科認證是由該公司針對其產品的網絡規劃和網絡支持推出了工程師資格認證。思科公司主要提供了三個認證等級，它們所代表的專業水平從低到高依次是：初級工程師（CCNA）、資深工程師（CCNP）和網絡專家（CCIE）。同時，思科公司要求其在各國的代理公司必須擁有一定數量的認證工程師，以保證對用戶的服務質量。通過此認證，網絡技術專業人員可以在迅速擴展的網絡技術領域證明自己的相應等級的技術水準。擁有CCIE認證，將意味著在全球范圍內可獲得豐厚的待遇和廣闊的發展空間。

面對這樣的現狀，教學中一方面進行理論知識的講解，如計算機網絡模型、TCP/IP的4層模型以及協議族、IP地址的規劃與設計、路由和交換的原理等；另一方面采用思科的教學體系，向學生教授實際工程中的組網原理、防火墻、路由器和交換機的配置，這有助于提高學生的網絡技術水平和就業競爭力。

我們從學生實際情況出發，采用不同的教學體系。對于非計算機專業的網絡應用課程，在使用現有的教材的基礎上，增加一部分基礎的思科CCNA的教學內容，如路由器的基本配置，配置靜態路由。目標是學生能夠配置局域網，實現簡單網絡間的互聯。

對于計算機專業的計算機組網技術等課程，就直接引入思科的認證教材，如《CCNA學習指南（中文第六版）》（電子工業出版社）。對學生進行系統的思科工程訓練，鼓勵學生參加CCNA、CCNP的考試，成為合格的網絡工程師。

2.實驗技術的改革

由于思科的網絡設備價格昂貴，一般財政資助的實驗室難以配備完整的產品系列。有些CCNP和CCNA實驗必須在中、高型號的設備才能進行。實驗室的設備數量有限，不可能支持1～2班的學生同時進行實驗。基于這些原因，使用模擬器進行實驗成為一個必然的選擇。現有的可以選擇的模擬器如下：思科網絡學院的基于Flash技術的模擬器、Routersim for CCNA and CCNP、Boson Router SImultor、Sybex CCNA Lab和Packet Tracer[7]。

我們對上述這些模擬器進行測試，發現難以模擬真實的網絡環境，不能支持中級以上規模的實驗。經過反復比較，我們決定使用Dynamips模擬器。

在實驗室中，我們在電腦上安裝Dynamips模擬器，加載思科設備的真實IOS，來虛擬相應型號的思科路由器和交換機。虛擬設備的配置和工作原理與真實設備一致，虛擬設備之間和真實設備之間一樣交換數據，輸入和輸出界面完全一致，使得在虛擬設備上進行配置和在真實設備進行配置極其相似。目前已經可以模擬路由器、交換機和防火墻，設備型號覆蓋低端2600，到中端3600和高端7200系列。

我們以兩個計算機專業教學班為例，一共80人，實驗以1個學生為1組。預先在每臺電腦上安裝好模擬器，并把每個實驗做成一個固定的配置文件。CCNA級別的教學需要完成實驗，分別是：①路由器的基本配置；②配置靜態路由；③配置動態路由協議；④配置網絡控制列表；⑤配置網絡地址轉換；⑥實施VLAN；⑦VLAN間的路由；⑧實施STP。

我們以上述的⑤網絡地址轉換為例說明實驗的過程。實驗中，每個學生使用1臺電腦完成實驗。每臺電腦中模擬了3臺3660路由器，分別是R1、R2、R3。網絡拓撲結構是由教師事先設定，學生通過查看連接的信息來確定網絡設備的連接情況。在R2上配置網絡地址轉換，可以用三種方式配置：靜態NAT、動態NAT、PAT。

路由器R2是企業網關，使用動態路由協議使企業內部所有網絡互聯。動態路由協議使用ospf，自治系統號使用0。路由器R2配置代碼如下：

interface e0

ip address 172.16.21.2 255.255.255.0

no shut

ip nat inside

ip access-group 1 in

exit

interface s1

ip address 61.171.11.1 255.255.255.252

no shut

ip nat outside

exit

access-list 1 permit 172.16.0.0 0.0.255.255

access-list 1 permit 192.168.21.0 0.0.0.255

ip nat inside source list 1 interface s1 overload /* 定義使用PAT*/

router ospf 0

network 172.16.0.0 0.0.255.255 area 0

ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 61.171.11.2

我們充分發揮思科公司在網絡工程方面的專業水平，采用理論和網絡工程實例交替進行的教學模式，通過構建新穎的網絡工程教學實驗體系，使學生能有興趣學習專業課程，提高了學生的動手能力，達到培養了不同層次網絡工程師的目的。

參考文獻：

[1]布魯貝克.高等教育哲學[M].王承緒，等.譯.杭州：浙江教育出版社，1986.

[2][5]王世斌，郄海霞，余建星，王杰，潘海生，孫克俐.高等工程教育改革的理念與實踐—以麻省、伯克利、普渡、天大為例[J].高等工程教育研究，2011（11）.

[3]顧建民.培養有競爭力的工程師：德國工程教育改革透視[J].吉林教育科學：高教研究版，2001（2）.

[4][6]陳飛.技術本科卓越工程師培養的生態體系—基于德國經驗的思考[J].職業技術教育，2011（13）.

[7]張鋼，黃小波.思科虛擬實驗平臺的構建[J].實驗室研究與探索，2010（8）.

本文受資助項目：中國計量學院2013年合作辦學教改項目（計算機專業英語教學網絡平臺的建設與研究）；2010年浙江省本科院校實驗教學示范中心項目——計算機網絡通信實驗教學中心；教育部2010年度雙語教學示范課程建設項目（現代邏輯設計課程）（教高函[2010]11號）。