模塊化、專業化的計算機網絡實驗教學體系的探索

李 楠 孫鳳茹 李玉龍 張華衛

(1蘭州交通大學計算機與科學技術國家級實驗教學示范中心，蘭州 730070；2蘭州城市學院城市經濟與旅游文化學院，甘肅 蘭州 730070；3蘭州交通大學電子與信息工程學院，蘭州 730070）

1 引言

信息化的社會與計算機網絡技術的飛速發展是密不可分的，同時，社會的信息化也需要一大批動手能力強，且熟練掌握計算機網絡知識以及相關工程技術的專業技術人才。現在我國高校紛紛開設了計算機網絡課程, 來滿足社會發展的需求。計算機網絡課程作為蘭州交通大學電信學院軟件工程專業、計算機科學與技術專業等信息類本科生的必修課，是信息類專業的專業基礎課和核心課程之一，同時也是我校非信息類本科生的選修課程，2008年，我校的計算機網絡課程列入甘肅省精品課程，自2009年開始，計算機網絡課程已經列為計算機類專業碩士研究生入學考試的必考科目。

計算機網絡課程由于具有學科交叉、理論知識抽象、實踐性強的特點，與其相配套的實驗課程是不可缺少的教學環節。在實際的教學過程中，經常出現的問題有：實踐環節與理論教學相脫節，實驗課時偏少，實驗教學一刀切，實驗內容沒有大項目引領，缺乏實用性、創新性等問題，導致部分學生對專業課的學習興趣不夠濃厚，從一定程度上影響了對大學生的綜合素質和創新能力的培養[1-3]。因此，如何以人才培養體系整體出發，建立以能力培養為主線分層次、多模塊、相互銜接的科學系統的實驗教學體系，是當前實驗教學工作者必須要考慮的問題[4-5]。

2 設計層次化、遞進式的實驗教學模塊

2.1 確立各專業的實驗教學計劃以及合理的實驗教學內容

由于不同專業對人才的培養目標不相同，計算機網絡相關課程的專業定位也不相同，比如，在計算機科學與技術專業的課程設置中，這類課程是專業基礎課和專業核心課，而在經管類專業中則是選修課。因此各專業依據各自的人才培養目標，制定的實驗教學計劃也是不同的。

計算機科學與技術專業的實驗教學應注重掌握計算機網絡體系結構、局域網、互聯網、典型網絡應用及IPv6等較深層次的理論知識，熟悉交換機、路由器等網絡設備的使用及配置方法，掌握局域網和互聯網的工程化設計、組建技術以及相關的網管技術，以適應網絡時代對信息技術人才的需求；軟件工程專業和信息管理專業的實驗教學應該使學生掌握網絡的基礎理論知識，注重計算機網絡的程序設計，進而熟練掌握各種計算機網絡相關的應用服務。物聯網專業依托計算機科學與技術學科，網絡實驗教學目的介于以上兩個信息類專業之間。而非信息類專業的實驗教學目的在于使學生能夠通過網絡獲取、加工、發布信息，培養學生的實際應用能力。針對各專業的計算機網絡實驗教學計劃的不同，設計合理的實驗教學內容。

2.2 制定層次化、遞進式的實驗教學模塊

計算機網絡實驗教學的目標是提高學生科學實驗素質, 培養學生創新和工程實踐能力。首先組織全校的計算機網絡相關課程的任課教師以及相關研究領域的專家，共同探討梳理計算機網絡實驗課的實驗項目，淡化專業界限，將不同專業、不同課程的實驗項目進行統一理順、整合，將每個實驗劃分到具體的模塊中，然后按照實驗的教學目的進行層次化劃分，所有的實驗可分為基礎驗證性實驗、設計性實驗、綜合性實驗和創新性實驗四個層次[6-7]，每個實驗模塊內的實驗項目由此排列，并且根據模塊類別進行由易到難地排序，使各類實驗項目之間緊密銜接，形成一個遞進式的、逐步引導學生掌握理論知識的實驗項目教學體系，從而有利于培養“厚基礎、寬口徑”的計算機網絡專業人才[8]。

目前我校開設的與計算機網絡相關的課程有網絡原理與工程技術實驗、計算機網絡實驗、TCP/IP協議與網絡設計、網絡信息安全、計算機網絡技術與應用，對這些課程的實驗項目進行優化處理，打通傳統基礎驗證性實驗的分支，將項目引領、任務驅動式的教學理念貫穿其中[8]，以“機房小型局域網的設計與構建”、“中型企業網絡的建設”等項目模塊為依托安排實驗項目，歸納了局域網組建、網絡應用、網絡協議分析與編程、網絡互連、網絡安全、工程實踐、網絡新技術七個模塊，每個模塊中除了必做實驗項目外，還包含了一定數量的選作實驗項目，旨在提高學生們分析問題和解決問題的能力。

2.3 網絡硬件設備與虛擬軟件相結合的實驗教學環境

傳統的計算機網絡實驗教學通常會采用單一的實驗教學模式，即硬件教學模式或者軟件教學模式。單純硬件的實驗教學方式使學生們的動手能力確實得到了極大的鍛煉，但是往往忽視了對理論知識的加深理解，尤其一些實驗項目也無法靠硬件設備實現，比如FTP的協議分析、DNS服務器的安裝和配置等。而純軟件的教學效果正好相反。我校的計算機網絡實驗室，隸屬于國家級計算機科學與技術實驗教學示范中心，每年完成實驗任務130余萬人時數，擁有銳捷、H3C等獨立的實驗設備及6組銳捷集成實驗機柜，并且配有銳捷公司的協議分析軟件（PATS）及華為路由器模擬軟件（HWLYQMN）。教學過程中，針對不同類型的實驗項目，選用不同的軟硬件設備。基礎驗證性實驗和設計性實驗選用硬件方式，使同學們較容易地掌握相應的理論知識；綜合性實驗以及創新性實驗，由于需要深入地對實驗項目進行剖析以及實踐，則選用軟硬件結合的方式。

3 模塊化、遞進式的實驗教學體系的確立

根據歸納整理好的實驗教學內容，針對前面提出的七個實驗教學模塊，設計相應的基礎驗證性實驗、設計性實驗、開放性實驗和創新性實驗，實驗內容由淺入深，兼顧各個專業達到提高學生動手的能力以及分析解決實際問題的目的。具體如圖1所示。

圖1 模塊化的實驗教學體系框圖

在實驗教學研究過程中，隨著教學觀念的更新，可以實施對實驗教學模塊的完善，以適應時代發展對人才培養的需要；每個模塊中的具體實驗項目也可以根據實際情況進行調整更換，構成切合實際的實驗教學體系的模塊化結構。

4 實施模塊化、遞進式實驗教學體系的具體措施

在實驗教學過程中，不能急于求成，應該循序漸進地轉變教學觀念，合理設置實驗教學內容，改革教學方法和教學手段，建立滿足培養人才需求的模塊化遞進式的實驗教學體系。

1）轉變教學觀念,激發學生參與實驗項目的興趣。以往舊的教學觀念認為理論重于實踐，往往一門課程中理論教學的課時占到90%左右，學生將多數時間花在對理論知識的理解上，最終完成相應的理論考試。現在應該轉變舊的觀念，重視實驗教學，不再依附于理論教學，形成實驗教學和理論教學統籌協調的理念和氛圍，加大實驗課教學課時，獨立開設實驗課，專業化的教學計劃，模塊化的教學內容，使實驗課程真正實現對學生的操作能力與創新意識培養的教學目的；在全校范圍召開實驗項目宣講會，由高年級的學生介紹親身參與實驗項目的心得體會，完成的項目實物作品展示，可以激發在場學生參與實驗項目的熱情，增強了創新意識，可以更加有效地提升學生的實踐技能。

2）實驗教學方法與手段的改革。傳統的實驗教學通常按照“概念-理論-實驗項目”的方式來組織教學，為了讓學生更加深刻地理解實驗內容，可以采用“案例-理論-概念”的案例驅動教學法，案例就是對一個具體的情景加以描述，案例教學的最大特點是它的真實性.由于教學內容是具體的實例，加之采用是形象、直觀、生動的形式.給人以身臨其境之感，易于學習和理解。教師于教學中扮演著設計者和激勵者的角色，在課堂上和學生一起討論思考，學生可以全身心的投入到共同探討問題的過程中，進一步地提高了學生的創新精神和實際解決問題的能力。

例如，可以通過如下的案例引入到“RIP路由協議配置”實驗中去：某大學有兩個校區辦學，每個校區分別有一臺路由器連接兩個子網，需要將兩臺路由器通過物理鏈路互聯并進行一定的配置，以實現分散的校園網各個子網之間的通信。通過案例描述，可以講兩臺路由器通過快速以太網端口連接在一起，每個路由器上設置2個Loopback端口模擬子網，在所有端口運行RIP路由協議，就能夠實現所有子網間的互通，實驗拓撲圖如圖2所示。

圖2 校園區域網絡拓撲圖

以上的案例涉及到的僅是一個情景，根據實際案例的復雜程度的不同，案例中可以包含多個情景。

3）加強實驗教學隊伍建設。首先改變觀念，實驗教學隊伍建設與理論教學隊伍建設同等重要，實行同等條件下的同級別待遇，使實驗室的專職教師更加專心地投入到實驗教學中；其次，目前實驗教學隊伍知識結構不合理，高職稱、高學歷的人員不足，技術性教師偏少，為了適應培養創新人才的實驗教學目標，一定要優化教學隊伍，選擇有創新科研項目的教授直接從事創新實驗項目的開發，及時將研究成果轉化為相對應的實驗課題，保證實驗教學內容的前瞻性和先進性；同時加強對實驗室專職教師的培訓，不斷提升他們的業務水平；另外，積極探索知識講授和探索研究相結合的教學模式，鼓勵學生參加各類創新性的比賽，學生不但可以獲得基礎實驗技能的訓練，還可以最大限度地挖掘內在的科研潛力，最終實現培養實踐能力和創新能力兼備的人才的目標。

4）注重實驗項目考核的規范性。科學規范的實驗考核體系是合理評價學生實驗成績的重要依據[9]。模塊化、專業化的實驗教學體系中將實驗分為四類：基礎驗證性實驗、設計性實驗、開放性實驗和創新性實驗，不同類別的實驗制定相應的評分細則，注重評分細則的科學性和可操作性。基礎驗證性實驗和設計性實驗，主要是要求學生掌握理論知識以及相關的技術，因此，每學期期末要組織實踐考試，試題從不斷更新變化的題庫中進行選取，最終實驗成績等于平時成績（50%）與實踐考試成績（50%）兩者之和；開放性實驗和創新性實驗，每學期組織一次交流會，由專家評委小組根據學生的設計報告、答辯報告、實物演示、技術難易程度、實際應用價值以及學生答辯中的臨場發揮等因素綜合考慮核定成績，通過答辯，培養了學生的表達能力和應變能力，促進了學生之間的相互交流，開闊了學生的視野，進一步提高了學生的工程實踐水平。

5 結 語

模塊化、專業化的實驗教學體系是結合我校開設計算機網絡相關課程專業的實際情況，進行大量的教學調研逐步形成的，經過近一個學期的運行，教學效果良好。在實驗教學中，始終堅持“以學生為本”的理念，提供更多的機會給學生，在實驗過程中手腦結合，不斷積累實踐經驗，從而可以自主地分析問題和解決問題。學生們普遍對這種改進后的教學體系表示認可，一致認為在專業實踐能力、創新性思維以及團隊協作意識等方面均得到了進一步的提升，為今后在社會中成為創新型技術人才打下了堅實的基礎。

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[5]余小瀅.創新人才培養與實踐教學改革［J］.實驗技術與管理，2010，27（5）：30-32.

[6]愈海英.模塊化遞進式計算機網絡實驗教學體系之構建[J].教育教學研究，2012，8（10）：111-113.

[7]趙友.層次化和模塊化相結合的計算機實踐教學體系改革方案[J].課程教育研究，2014（20）：41-42.

[8]錢潔，房健民，陳志宏.生物技術專業綜合性和設計性實驗教學改革與實踐[J].實驗室研究與探索，2014（1），219-222，236.

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