基于Cisco Packet Tracer的計算機網絡實驗教學模式構建

王玉龍

摘要：本文從教育技術學專業“計算機網絡”課程實踐教學中存在的問題出發，依據協作學習和混合學習的核心理念，構建了基于Cisco Packet Tracer的計算機網絡實驗教學模式，詳細分析了各環節的活動流程設計，并對其應用效果進行了分析，以期能夠為計算機網絡實驗教學提供有意義的借鑒。

關鍵詞：Cisco Packet Tracer；虛擬實驗；教學模式

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2015）24-0114-03

Cisco Packet Tracer概述

Cisco Packet Tracer是由Cisco公司發布的一款計算機網絡虛擬實驗仿真軟件。[1]學習者既可以在該軟件的圖形用戶界面上直接使用拖拽功能建立網絡拓撲，也可以在與真實設備幾乎完全一致的配置界面中配置設備參數，測試網絡聯通性，并通過軟件模擬，使用戶觀察到數據包在網絡中的詳細處理過程及網絡實時運行情況。同時，該軟件可以通過“活動向導”創建網絡方案，對學習者進行網絡技能考核。該軟件不僅可以提供多種型號的網絡互連設備、線材，支持多種網絡協議的模擬、演示，而且能夠逼真再現多種物理布線環境，進而完成計算機網絡課程教學中的多個實驗項目，為教學提供有效的支持。

計算機網絡課程在實驗教學中存在的問題

1.課時有限

計算機網絡課程是教育技術學專業的基礎課，具有很強的實踐性和應用性。該課程不僅注重培養學生的網絡規劃、組建、維護能力及提高學生的問題意識、動手能力，而且要求學生能夠有效地遷移所學知識，解決實踐中的問題。然而，由于近年來不斷壓縮課內學時，計算機網絡課程的實驗課課時逐漸減少，導致實驗教學難以有效開展。

2.實驗環境封閉

在計算機網絡實驗課中，學生需要按照自己的規劃選擇網絡設備、傳輸媒體、連接端口，自由組網、自主配置網絡參數、自行測試并優化調整。因此，一個相對自由、靈活、開放的實驗環境是教學的必要條件。然而，當前的實驗室在建設方面封閉、固化；在管理方面規范、嚴格。這就很難滿足計算機網絡實驗教學的開放性需求，從而導致很多實驗項目只能通過教師講解和演示等理論化的教學方式開展。

3.實驗完成率較低

首先，教育技術學屬于交叉性學科，該專業學生的計算機基礎相對于理工科的學生來說較薄弱，又由于選修的課程不足，部分學生很難完成復雜的綜合性、設計性網絡實驗項目。其次，由于缺乏有效的自主學習工具和渠道，學生很難在課前充分地為實驗做準備。再次，受課時限制，大部分學生很難在課上充分地理解并掌握實驗理論內容。因此，從實際教學來看，有一定比例的學生無法在課堂的有限時間內完成實驗。

4.應用環境難以構建

計算機網絡的實踐性和應用性較強，但在現有固化、靜態的實驗條件下，教師很難構建計算機網絡錯綜復雜的各類實際應用環境，以及呈現常見的網絡問題情境。因此，學生只能在理想化、標準化的應用情境下開展實驗，而這種教學環境不利于培養學生的實踐能力、動手能力及解決問題的能力。

5.實驗能力難以評價

實驗教學是計算機網絡教學的重要環節，而對實驗能力的有效評價一直是難以解決的問題。目前的評價手段一般有三種：一是評閱實驗報告，二是考查學生當堂實驗的完成情況，三是將二者綜合起來進行考查。這三種評價手段實施效率較低，且對實驗能力評價是否有效還有待商榷。

基于Cisco Packet Tracer的計算機網絡實驗教學模式構建

針對上述問題，筆者借鑒協作學習及混合學習的核心學習策略，對計算機網絡課程的實驗教學手段、工具平臺、活動設計和操作模式進行了深入探索，提煉出基于Cisco Packet Tracer的實驗教學模式，如下圖所示。

該模式將社交工具和網絡平臺作為協作學習的學習環境，并運用Cisco Packet Tracer搭建仿真實驗平臺，以微課為資源載體，開展線上、線下，課內、課外相結合的混合式協作學習。[2]該模式共有九個教學活動流程，延伸至課前、課中和課后三個階段，涵蓋實驗輔導、實驗操作、實驗評價等實驗教學的完整環節。同時，每個活動流程都有相應的工具、平臺和媒體提供教學支持。

課前，教師梳理實驗任務、要求及各類材料，并將其統一放至學校的BB（Black Board）教學平臺，學生可自行下載，并明確實驗任務及要求。同時，教師將實驗的基本原理和關鍵操作步驟制作成微課，學生可以隨時、隨地登錄BB平臺自主學習。在自主學習的過程中，教師通過QQ群和微信群引導學生的協作學習過程，對典型、共性問題進行分析解答，并將常見問題進行整理提煉，作為后續的學習資源發布至BB教學平臺。此外，各學習小組也可以借助QQ群和微信群開展組內和組間的協作學習，分享學習經驗和技巧，就相關問題互動交流。

課中，學生根據實驗任務及要求，利用Cisco Packet Tracer自主設計實驗方案，進行實驗操作。Cisco Packet Tracer模擬了與真實設備和真實環境幾乎一致的配置界面及應用場景，學生根據自主設計的實驗方案，通過鼠標點選、拖拽等簡易操作在“實時模式”下自主選擇實驗設備，構建實驗環境，配置網絡參數，并可切換至“模擬模式”下實時觀察數據包在網絡中的詳細處理過程及網絡實時運行情況；同時，Cisco Packet Tracer還提供了網絡技能的評估工具。[3]教師可通過“活動向導”功能，圍繞實驗的核心內容，設置考核點，并將其融入詳細的網絡方案中，發布給指定學生，對其進行網絡技能考核。學生可按要求對給定方案進行配置操作，系統將對學生配置與教師設定的標準化方案進行自動比較，并評定相應分數。

課后，學生不僅可以調出在課堂上保存的網絡拓撲圖繼續實驗操作，撰寫實驗報告，而且可以利用Cisco Packet Tracer無限次再現或重構實驗設計，對自己的課堂實驗操作進行優化、總結和反思。部分當堂未完成實驗的學生，也可以在課后繼續嘗試，完成相關實驗內容，同時還可通過課程平臺查詢相關疑難解答，或借助QQ、微信獲得教師或同學的幫助。

實驗總評由學生的當堂實驗表現和實驗報告共同決定。其中，學生的當堂實驗成績由Cisco Packet Tracer的“活動向導”模塊提供的考核評估功能自動評定。對實驗報告的評價可采用學生組間互評、教師評價相結合的方式靈活處理，最大限度地凸顯評價的客觀性、公正性及有效性，進而激發學生學習積極性并促進其辨別、批判、總結、反思等自主學習能力的有效發展。

教學效果簡析

1.有效拓展了實驗教學時空

Cisco Packet Tracer無須網絡支持，學生可以隨時、隨地進行實驗。因而，基于Cisco Packet Tracer的教學模式突破了教學場地和時間等物理性的限制，拓展了計算機網絡實驗教學的時空，緩解了實驗學時不足的現實難題，使實驗教學開展得更為扎實、有效，最終使實驗教學效率得到大幅度提高。

2.課堂實驗完成率大幅提高，“學困生”漸進發展

課前，學生不僅可以確切地了解實驗任務和要求，而且部分基礎較為薄弱的學生還可以通過微課反復學習、查缺補漏，從而大大地提升了當堂實驗的完成率。同時，Cisco Packet Tracer也為學生提供了更為充足的試誤時間和空間，學生可以不斷地嘗試操作、調整、優化。因此，“學困生”的學習壓力有所緩解，學習挫敗感顯著降低，并能夠自主、自覺地投入到學習中，進入漸進發展的良性循環。

3.學生自主學習的能力和意識顯著提升

教師通過BB平臺，以微課形式為學生自主學習提供了有效的資源支持。學生在課前可通過微課進行釋疑、解難，在課中可依據微課實時調整實驗方案，在課后可借助微課進行總結、反思。同時，在課外環節，教師可以有意識地引導學生利用QQ群、微信和課程博客進行分享、答疑、交流與互動，并引導學生圍繞實驗設計與實驗操作的具體問題開展更有目的性、聚焦性的協作學習。這種基于問題和需求的協作學習能夠有效地激發學生學習的主動性，久而久之，學生的自主學習意識和能力就會得以形成和發展。

4.學生的問題解決能力得到有效提高

培養學生問題解決能力最為有效的方法就是將學生置于真實的問題情境之中，促使其感受、體驗和嘗試。Cisco Packet Tracer可以逼真地模擬多種復雜的網絡應用環境，再現真實的網絡應用和網絡故障，并為學生提供無限次嘗試的機會，使學生在不斷的探索、嘗試中尋找最佳的問題解決方案。同時，在此過程中學生能夠及時獲得反饋，觀察到網絡的實時運行狀況。

5.實驗評價更為高效、精準、多元

Cisco Packet Tracer通過“活動向導”提供了一種有效的網絡技能評價手段。教師可以從繁重的實驗報告評閱及低效的當堂實驗觀察中解脫出來，并將主要精力集中于考核方案設計及考核要點設置，而系統則可以根據教師設計的考核方案及考核要點實現自動評價。同時，教師可根據不同學生的能力基礎，有針對性地設計多種考核方案，實現更為精準的多元化、差異化評價。

存在的問題與展望

1.Cisco Packet Tracer系統尚存在不足

Cisco Packet Tracer系統的服務對象主要還是面向初學者，雖然它能逼真地模擬大部分的網絡設備及其配置與應用環境，并直觀地演示網絡工作過程，但對于幾類常見的網絡服務，如web、dns、ftp、dhcp等，目前還只能演示其基本工作原理，具體的配置界面、操作方式與真實環境還有較大差異。

2.虛擬實驗如何與真實實驗相融合尚待探索

虛擬實驗雖然具有高效益、低損耗、易管理、可重復、直觀性等顯著優勢，但還只是一個相對理想化、標準化的實驗環境，只能判斷其某些既定行為是否發生，卻無法完全預設真實環境下的全部可能性，特別是對網絡設備的物理故障及由自然因素造成的一系列實時性、突發性問題顯得無能為力。因此，虛擬實驗無法完全取代真實實驗。如何充分發揮虛擬實驗和真實實驗各自的優勢，實現二者的有效互補和融合，在不失客觀性的情況下提高實驗效益，還有待于進一步探索。

參考文獻：

[1]cisco networking academy. cisco packet tracer[EB/OL].https：//www.netacad.com/web/about-us/cisco-packet-tracer.

[2]彭紹東.從面對面的協作學習、計算機支持的協作學習到混合式協作學習[J].電化教育研究，2010（8）：42-50.

[3]吳剛.Cisco Packet Tracer在網絡教學中的特殊應用[J].計算機時代，2011（4）：50-55.