高職計算機網(wǎng)絡課程實驗教學改革探究

余　宏，胡曉蓉，李德鑫

（南昌師范高等專科學校信息科學系,南昌330013）

?

高職計算機網(wǎng)絡課程實驗教學改革探究

余宏，胡曉蓉，李德鑫

（南昌師范高等專科學校信息科學系,南昌330013）

摘要：基于當前高校計算機網(wǎng)絡實驗教學中存在的問題，通過構(gòu)建網(wǎng)絡硬件設備與虛擬軟件相結(jié)合的實驗教學環(huán)境、任務驅(qū)動式教學方法的應用及多樣化的實驗任務類型設計三個方面進行計算機網(wǎng)絡實驗教學改革創(chuàng)新。實踐表明，該教學方式教學效果良好，學生的動手實踐能力和對網(wǎng)絡相關(guān)課程的學習興趣得到提升。

關(guān)鍵詞：實驗教學；計算機網(wǎng)絡；實驗環(huán)境；任務驅(qū)動教學

0　引言

《計算機網(wǎng)絡》是計算機相關(guān)專業(yè)的一門重要專業(yè)課，其內(nèi)容涵蓋了網(wǎng)絡的基本概念、網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡協(xié)議工作原理以及網(wǎng)絡應用等相關(guān)知識。大部分《計算機網(wǎng)絡》教材都是以網(wǎng)絡參考模型作為主線進行敘述，內(nèi)容比較抽象，如果采用純理論教學，學生大多感覺難理解，學習興趣不高。《計算機網(wǎng)絡》實驗教學作為教學體系中一重要的教學環(huán)節(jié)，能夠?qū)⒊橄蟮木W(wǎng)絡理論、原理通過實驗設備和實驗手段進行直觀化，便于學生的理解，而且學生的動手實踐能力也在實驗探究過程中得到了鍛煉。為了改善《計算機網(wǎng)絡》課程實驗教學的效果，本文從高職院校人才培養(yǎng)目標和課程特點出發(fā)，對計算機網(wǎng)絡實驗教學的改革進行了有益的探索。

1　《計算機網(wǎng)絡》課程實驗教學存在的問題

《計算機網(wǎng)絡》課程中的網(wǎng)絡原理比較抽象、難理解，同時它又是一門應用性、實踐性要求較高的學科，因此，計算機網(wǎng)絡實驗教學一直受到各個高校的重點關(guān)注，有少數(shù)高校將該門課程的實驗教學列為一門獨立的課程，而大部分學校則是將其作為《計算機網(wǎng)絡》課程內(nèi)教學的一部分。然而，由于各方面的原因，實驗教學效果難于達到課程的預設目標。究其原因，主要有以下問題：

（1）實驗環(huán)境的限制

目前，國內(nèi)一些重點大學資金相對雄厚，建有大規(guī)模設備完善的網(wǎng)絡實驗室，并且設置有開放性實驗室，學生按需預定實驗時間，并配有專業(yè)的實驗老師進行指導，但是國內(nèi)還有相當多的學校由于經(jīng)費和人力物力等方面原因，實驗室的規(guī)模比較小，設備的數(shù)量有限，難以滿足實驗教學需求，特別對一些實踐性、綜合性較強的實驗難以開展，從而在一定程度上影響了教學的效果。

（2）重理論、輕實踐，實驗內(nèi)容不系統(tǒng)

對《計算機網(wǎng)絡》課程，大部分教師依據(jù)教材的安排，以網(wǎng)絡參考模型作為主線進行網(wǎng)絡原理的講授，對原理的應用涉及較少，學生聽起來感覺比較抽象。即使上課有實驗內(nèi)容，也大多是由教師進行實驗演示，用以輔助教師系統(tǒng)地向?qū)W生傳授理論知識，且由于缺乏統(tǒng)一的優(yōu)秀實驗指導教材，造成實驗內(nèi)容不系統(tǒng)，隨意性大。另外，計算機網(wǎng)絡實驗對實驗環(huán)境要求較高，特別對一些較復雜的實驗，往往可能因為實驗環(huán)境的某一個隱性條件未符合要求，導致預先計劃開展的實驗一堂課下來都難以得到實驗結(jié)果,進而影響學生實驗的積極性；而且由于影響到教學進度，致使教師進行實驗教學的意念降低。但這種重理論、輕實驗的教學方式不利于學生動手能力的培養(yǎng)，與高職高專的人才培養(yǎng)目標不一致。

（3）實驗形式比較單一

由于受實驗課時的限制，大部分學校的網(wǎng)絡實驗課會選擇一些難度小、易實現(xiàn)的實驗讓學生進行訓練，而對一些較復雜、難度較大的綜合型實驗則很少涉及。而且在實驗過程中，學生們一般都是按教師事先設定好的實驗方法和步驟進行實驗，進而獲得實驗結(jié)果，撰寫實驗報告。學生只是被動地實驗，缺乏獨立思考，很難培養(yǎng)其實踐探究和創(chuàng)新能力。

2　實驗教學改革探究

本文將從計算機網(wǎng)絡實驗環(huán)境的構(gòu)建、實驗教學方法的改進及實驗內(nèi)容的優(yōu)化等方面進行改革和探究。

2.1實驗環(huán)境的構(gòu)建

在網(wǎng)絡硬件設備上進行實驗可以極大的鍛煉到學生的動手能力，但容易忽視對理論知識的深入理解，特別是一些實驗項目也無法靠硬件設備實現(xiàn)，例如網(wǎng)絡協(xié)議分析等。另外，單純硬件的實驗教學方式還受實驗設備數(shù)量和實驗時間等因素的限制；相反，虛擬軟件的仿真實驗平臺不受時間和空間的限制，學生可以自主安排實驗時間，有利于調(diào)動學生的積極性，培養(yǎng)學生的興趣。因此，采用網(wǎng)絡硬件設備與虛擬軟件相結(jié)合的實驗教學環(huán)境是一種較好的選擇，兩者能夠互為補充。

南昌師范高等專科學校有網(wǎng)絡通信實驗室和綜合布線實驗室兩個網(wǎng)絡硬件實驗室，其中網(wǎng)絡通信實驗室包含五組銳捷網(wǎng)絡設備，共15臺交換機和15臺路由器及30臺PC；在該實驗室主要安排常用的網(wǎng)絡命令練習，交換機、路由基本操作等方面的實驗；而綜合布線實驗室主要承擔雙絞線制作、工程布線方面的實訓任務。在虛擬軟件的實驗環(huán)境方面，主要采用Wireshark軟件和Packet Tracer網(wǎng)絡仿真軟件分別進行網(wǎng)絡協(xié)議分析和網(wǎng)絡設計方面的實驗。Wireshark是一款典型的數(shù)據(jù)包嗅探和分析的軟件，通過從網(wǎng)絡上抓包分析，可以得到相應的協(xié)議數(shù)據(jù)包的信息，如源IP地址、目的IP地址、源端口、目的端口、數(shù)據(jù)包的長度等，通過這類實驗，學生對網(wǎng)絡協(xié)議的報文格式會有更直觀的認識和更深入的理解。Packet Tracer是由Cisco公司發(fā)布的一個輔助學習工具軟件，能模擬各類網(wǎng)絡設備的命令行界面，可以利用它學習Cisco IOS的配置方法；另外，Packet Tracer還可以較直觀地呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡傳輸過程中的處理過程，有助于鍛煉學生的網(wǎng)絡故障排查能力。

2.2實驗教學方法的改革

傳統(tǒng)的實驗教學通常按照“概念-原理-實驗”的方式來組織教學，即先由教師講授理論知識和示范操作步驟，再由學生進行模仿操作。在這種教學模式下，學生是在被動地實驗，難以體會到實驗探究的樂趣。為了切實提高實驗教學的效果，采用“任務-原理-實驗”的任務驅(qū)動式教學法。與傳統(tǒng)的教學方法相比，任務驅(qū)動教學法以學生為中心，有利于調(diào)動學生學習的積極性；以完成任務為主線，更加有利于學生明確自己的實驗目標；以學生實驗探究為主，有利于培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。

“任務-原理-實驗”的任務驅(qū)動式教學法在實施的時候分為以下三個步驟：任務設計、任務實施、任務評價。

（1）任務設計。教師在選擇和設計實驗任務時，應以教學目標為引領(lǐng)，以課程的知識模塊為基礎,不僅要體現(xiàn)對網(wǎng)絡技術(shù)要點的考查，而且應充分體現(xiàn)實驗內(nèi)容的現(xiàn)實應用性特點，以激發(fā)學生的實踐興趣。另外，教師在設計項目任務時應充分考慮學生的認知水平和實驗能力，把握任務的難易程度，如果任務難度過高，學生難以完成，會影響到學生實驗探究的積極性。

（2）任務實施。教師設計出符合學情和教學要求的實驗任務后，將實驗任務布置給學生，然后由學生獨立或是通過分組協(xié)作的方式進行任務的實施。在這一階段，要充分體現(xiàn)學生的主體性，教師只是起引導作用。教師在布置任務時，提出實驗要求，介紹并分析任務中考查的網(wǎng)絡相關(guān)技術(shù)原理及方法，學生通過教師講解內(nèi)容，自己完成相應實驗任務。學生在任務實施過程中如果遇到難題解決不了時，教師要給予引導和示范；同時，教師要跟蹤學生實施任務的進展情況，如果發(fā)現(xiàn)大部分學生進展不下去，可以考慮調(diào)整實驗方案。在任務實施的過程中主要是以學生為主體，讓學生在進行實驗探究的過程中鍛煉動手實踐能力和解決實際問題的能力。

（3）任務評價。學生完成實驗任務后，教師可以通過檢查學生填寫的任務書來檢查學生的完成情況，然后對學生完成任務的情況進行一個綜合性的評估，同時給出學生的考核成績，并對學生存在的普遍問題，未發(fā)現(xiàn)的問題及實際應用作綜合性的講解，這對于學生的知識水平及實踐技能的提升都有重要作用。

2.3實驗教學內(nèi)容的優(yōu)化

基于虛實結(jié)合的實驗環(huán)境和課上與課下結(jié)合的實驗方式，必須結(jié)合高職人才培養(yǎng)目標與課程教學要求，對實驗任務進行創(chuàng)新設計以配套實驗教學的開展。在對實驗任務進行設計時必須以建立知識體系為目標，充分體現(xiàn)以學生為主體、以能力培養(yǎng)為中心、注重理論與實踐的結(jié)合。在實驗教學內(nèi)容的選擇上必須覆蓋OSI參考模型各個層次的關(guān)鍵的技術(shù)原理或重要協(xié)議；實驗任務的設計要有層次性，實驗難度要難易結(jié)合；實驗任務的設計類型應當多樣化。根據(jù)實驗內(nèi)容和難易程度，將實驗類型分為基礎驗證型實驗、設計型實驗和綜合型實驗。具體實驗設計如下：

（1）基礎驗證型實驗。通過基礎性的實驗來驗證計算機網(wǎng)絡的基本原理，并適當增加一些實用的網(wǎng)絡知識，提升學生學習興趣的同時鞏固理論基礎。主要內(nèi)容包括：①直通雙絞線和交叉雙絞線的制作；②常用的網(wǎng)絡命令練習及協(xié)議分析，要求學生掌握常用的網(wǎng)絡命令的使用，如ping、ipconfig、arp、route、tracert、netstat等，并要求在運行命令之前，開啟Wireshark捕獲ICMP等報文并進行分析。③Web應用及協(xié)議分析。實驗主要是從捕獲的報文中選取HTTP報文，分析其中的DNS過程以及TCP 3次握手的連接過程和TCP 4次握手的關(guān)閉過程。針對某個Web應用，學生能看到OSI參考模型中上至應用層協(xié)議（HTTP），下至數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的相關(guān)信息，通過分析后，學生對常見的網(wǎng)絡通信的具體實現(xiàn)過程能有更深的理解。④Web、FTP、DNS、DHCP服務器的配置與使用。

（2）設計型實驗。通過設計型實驗加強學生對重要網(wǎng)絡原理和技術(shù)的理解，提高學生的實踐能力。設計型實驗分為必做部分和選做部分，必做實驗為：①交換機的配置以及VLAN劃分；②路由器的配置以及靜態(tài)路由和動態(tài)路由實驗。③廣域網(wǎng)PPP協(xié)議配置。選做實驗為：①ACL訪問控制列表設計與應用實驗；②NAT網(wǎng)絡地址轉(zhuǎn)換設計與應用應用；③Winsock編程實現(xiàn)基本的TCP/IP客戶端/服務器模型，該實驗要求每個學生將自己的計算機和鄰座的計算機分別作為服務器和客戶機，通過Socket編程實現(xiàn)兩臺計算機通信，使學生對網(wǎng)絡通信實質(zhì)有切身理解。

（3）綜合型實驗。綜合型實驗著重考查學生對相關(guān)知識的融會貫通，通過設計合理的實驗內(nèi)容強化知識間的聯(lián)系，提升學生網(wǎng)絡實際應用的能力，使學生的綜合素質(zhì)得到提高。例如根據(jù)用戶需求，搭建一個功能完備的校園網(wǎng)絡。

3　實驗教學改革的實施效果

南昌師范高等專科學校的計算機網(wǎng)絡實驗教學，在實驗環(huán)境的構(gòu)建、實驗教學方法和實驗任務設計上進行了部分的創(chuàng)新實踐，取得了較好的效果。實驗任務涵蓋了課程中幾乎所有的重要網(wǎng)絡技術(shù)原理，通過這些任務驅(qū)動式的實驗項目的訓練，增強了學生對網(wǎng)絡原理的理解，培養(yǎng)了學生的動手實踐能力和解決問題的能力。

通過后期對學生進行跟蹤和調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學生學習計算機網(wǎng)絡后續(xù)相關(guān)課程的積極性明顯提高，學生在計算機網(wǎng)絡相關(guān)領(lǐng)域的就業(yè)能力增強。但由于受實驗課時等因素的制約，個別實驗項目的實驗效果還有待提高。

參考文獻：

[1]羅逸甫,任務驅(qū)動教學法在高校計算機網(wǎng)絡實驗教學中的運用.信息與電腦(理論版)[J],2013(3).

[2]李玉軍,侯孟書,邢建川,《計算機網(wǎng)絡》實驗教學改革初步探討.實驗科學與技術(shù)[J],2011,8.

[3]林元乖,項目驅(qū)動法在計算機網(wǎng)絡實驗教學中的應用，實驗科學與技術(shù)[J]，2011,8.

[4]王亞麗,張俊娜,應用型《計算機網(wǎng)絡》課程實驗教學改革研究.現(xiàn)代計算機(專業(yè)版) [J], 2012,7.

余宏（1977-），男，碩士，講師，研究方向：數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)字媒體技術(shù)。

胡曉蓉（1961-），男，江西南昌人，本科，副教授，研究方向為軟件技術(shù)

李德鑫（1959-），男，江西南昌人，本科，副教授，研究方向為網(wǎng)絡技術(shù)

Research on the Experimental Teaching for Computer Network

YU Hong，HU Xiao-rong，LI De-xin
(Department of Information Science，Nanchang Teachers' College，Nanchang 330103)

Abstract：On the analysis of the problems which exist currently in the experimental teaching for computer network, introduces the reform measures for experimental teaching for computer network subject, which includes constructing a experimental teaching environment combining network equipment and virtue software, applying task-driving teaching method to experimental teaching and designing the types of experiment task. The practice shows that the experimental teaching mode is very effective, which can help the students to further improve the ability of professional practice and the interest of learning courses related with computer network.

Keywords：Experimental Teaching; Computer Network; Experimental Environment; Task-Driving Teaching Method

收稿日期：2015-12-22修稿日期：2016-03-15

作者簡介：

文章編號：1007-1423（2016）09-0041-04

DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.09.010

基金項目：南昌師范高等專科學校教改項目（No.JG-201305）