網絡工程專業計算機網絡實驗教學的設計與實施

朱立才, 耿 珍, 黃津津

(鹽城師范學院 信息工程學院, 江蘇 鹽城 224002)

網絡工程專業計算機網絡實驗教學的設計與實施

朱立才, 耿 珍, 黃津津

(鹽城師范學院 信息工程學院, 江蘇 鹽城 224002)

計算機網絡實驗教學是計算機網絡教學的一個重要組成部分。針對網絡工程專業計算機網絡實驗教學中存在的問題,圍繞計算機網絡教學的目標,提出分層設計實驗教學內容的方法,并對教學內容的實施進行了詳細的闡述。實踐結果表明,該實驗教學的改革取得了顯著的成效。

網絡工程； 實驗教學； 計算機網絡

根據中國互聯網絡信息中心(CNNIC)發布的第38次《中國互聯網絡發展狀況統計報告》[1],截至2016年6月,我國網民規模達7.10億,上半年新增網民2 132萬人,增長率為3.1%。我國互聯網普及率達到51.7%。目前我國絕大部分本科院校理工科專業都開設了計算機網絡課程,教育部還曾將計算機網絡作為計算機相關專業碩士研究生入學考試的科目之一[2-4]。然而,計算機網絡是一門多學科交叉課程,涉及的概念抽象、名詞眾多、原理復雜,加之協議不斷升級、新技術不斷涌現、知識點不斷增加,導致教學難度大,是一門公認的難教難學課程[5-7]。針對計算機網絡工程專業,計算機網絡的教學有其特殊的內涵和要求,實驗教學有不同于其他專業的特點,但在實施過程中,這樣的區別并不是太明顯。

1 計算機網絡實驗教學現狀

實驗教學與理論教學是計算機網絡課程相輔相成的2個部分,理論指導實踐,實踐加深對理論的理解。國內不少院校在網絡工程專業計算機網絡實驗教學方面做了不少有益的探索和嘗試,包括實驗環境建設、師資隊伍建設、教學內容設計、教學方法改革,并取得了一定的成效[8-10]。但對網絡工程專業而言,計算機網絡實驗教學仍然存在一些不足。

1.1 實驗教學內容設計不合理

實驗教學內容的設計與其他專業并無明顯差異。有的將網絡工程專業的計算機網絡實驗課看成一門純技能課,重點培養學生的網絡設備配置和系統服務配置能力。學生需掌握大量的工具軟件和硬件設備。其結果是,雖然學生勉強完成實驗,也不能完全加深對所學理論的理解和運用。有的將計算機網絡實驗課程變成協議分析課程,突出學生的協議分析能力,而忽視了學生網絡的基本網絡素養。有的則強調面面俱到,教學內容與其他課程產生過多重疊,如路由器與交換機配置、常用服務的配置等。

1.2 實驗層次劃分不明顯

由于學生學習能力、興趣愛好、專業基礎等的差異,在教學內容設計上要體現分類指導原則。在保證基本教學內容的同時,要設計一些探索性、研究性實驗。目前部分院校在實驗教學內容設計上追求“新而全”,實驗層次的劃分不明顯、內容顯得雜亂,加重了學生的學習負擔,影響了學生的個性發展。

1.3 師資力量的匱乏

由于長期以來對實驗教學師資培養的不重視,實驗師資的建設一直落后于理論師資的建設。不少院校缺少專職的實驗教學隊伍,即使配備了專職實驗教師,也往往由于經費等原因導致從事實驗教學的教師教學水平不高,缺少基本的工程實踐能力,影響教學效果。計算機網絡實驗教學的教師應具有以下的基本能力:網絡規劃、設計和實施能力；協議的分析和設計能力；網絡編程能力；不同操作系統下各種服務的配置能力；常用網絡設備的配置和排錯能力；網絡性能的分析能力。由此可見,對計算機網絡實驗教師的能力要求是全面的、系統的。

1.4 實驗教學考核評價不合理

在計算機網絡教學實施過程中,理論與實踐是密不可分的2個方面。然而,部分院校將實驗教學作為理論教學的輔助,沒有對實驗教學單獨進行考核,有的只是將實驗考核納入理論考核之中,導致學生只重視理論知識的學習,而忽視了實踐能力和工程能力的培養,出現高分低能的現象。

2 計算機網絡實驗教學內容設計

2.1 計算機網絡實驗教學內容設計的基本思考

要進行計算機網絡實驗教學內容的設計,首先要理解該課程教學的目的和目標。通過多年的計算機網絡教學實踐,結合網絡工程專業特點,考慮學生的具體情況，我院計算機網絡實驗教學圍繞3個目標進行。一是培養學生基本的網絡實踐能力。通過設計一些貼近實際應用、體現網絡技術的發展教學內容,切實提高學生的網絡技能,以此激發學生的學習興趣，使學生具有基本的網絡認知、網絡配置和網絡的使用能力。二是加深對抽象概念和理論的理解。如分層、封裝、擁塞、滑動窗口、認證、數字簽名、路由等，通過實驗使學生明晰網絡的運行機制,掌握網絡的關鍵技術。三是激發學生的探究精神。通過設計探索型、創新型實驗,培養學習的創新思維,激發學生的創新潛能,為學生今后從事網絡的學習和研究提供方法指導。

2.2 計算機網絡實驗教學內容的設計

根據計算機網絡課程的教學目標,將網絡工程專業的計算機網絡實驗教學內容分為4類:網絡基礎類,通過該類實驗強化學生對網絡的認知能力,激發學生的學習熱情；網絡配置類,通過實驗,使學生具有基本的網絡規劃、設計和配置能力；原理驗證類,通過該類實驗加深學生對網絡基本概念和基本原理的理解；綜合探究類,通過該組實驗培養學生的探究精神、激發學生的創新潛能。實驗教學內容具體安排如表1所示。

表1 計算機網絡實驗教學模塊

表1(續)

3 計算機網絡實驗教學實施

3.1 計算機網絡實驗教學實施的基本原則

(1) 課內課外相結合的原則。計算機網絡實驗教學中涉及的內容非常豐富,不可能也沒有必要全部在課堂教學中實施。可將一些與計算機網絡教學目標聯系密切的內容安排在課堂教學中進行,而將一些對網絡的復雜規劃、設計、運維的內容，以及對網絡運行機制作深層次探索的內容放在課后進行。課堂教學要解決的問題是讓學生掌握學習和研究網絡的基本方法,為今后學習新的網絡原理和技術打下良好的基礎。

(2) 分類教學原則。由于學生的接受能力不同,未來的發展方向不同,有必要對學生實施分類指導、因材施教。在保證基本教學內容的前提下,開設若干選做實施，通過教師的引導,鼓勵學生自己構建團隊進行探索，這有利于培養學生的探索精神、激發學生的創新意識和創新潛能,也有利于培養學生的團隊協作精神。

(3) 獨立實驗與綜合實驗有機結合的原則。綜合實驗與獨立實驗之間應該是松耦合關系,否則學生前一個實驗的失敗將直接影響后面的實驗,導致學生學習興趣下降,最終達不到良好的教學效果。但綜合實驗能培養學生綜合運用網絡的能力,使學生從總體把握計算機網絡體系。所以在設計獨立實驗時要進行全局考慮,使獨立實驗與綜合實驗無縫集成。

(4) 強化過程考核原則。考試不是課程學習的目的,但它是一種引導學生學習的有效手段。不能用最后的考試評價一個學生,要強化過程考核，引導學生做好每一個實驗。

3.2 實驗教學實施過程中要考慮的問題

(1) 簡化實驗環境配置。復雜的實驗環境增加了學生的學習負擔,分散了學生的聚集能力。實驗環境的配置既要能夠滿足基本的實驗需求,也要使配置盡量簡化。既要能夠完成分立實驗,也要能夠完成綜合實驗。要便于學生從全局上把握計算機網絡的主要實驗,培養學生全局觀念。通過多年的實踐,我們使用VMware Workstation軟件構建一個實驗用小型局域網,在這種環境下可進行所有的網絡實驗。具體拓撲圖見圖1。

圖1 計算機網絡實驗拓撲圖

圖中的設備分為3個虛擬局域網,在Serv2上增加3塊網卡。將Serv1和Serv2的網卡1規劃為LAN1,將PC1和Serv2網卡2規劃為LAN2,將Serv2的網卡3規劃為LAN3。主機:Cpu i5, 內存8 GB,硬盤1T,操作系統Windows7。虛擬客戶機:內存1 GB,硬盤50 GB,機操作系統Windows XP,安裝有數據包分析軟件。虛擬服務器:內存2 GB,硬盤100 GB,操作系統Windows 2003。

(2) 利用主機實施教學過程。為使學生將精力集中于對網絡基本概念和原理的理解上,在實驗過程中,盡量不要涉及到過多的具體網絡設備(如路由器、交換機、防火墻等),盡量使用主機的環境。關于具體網絡設備的內容會在其他課程中詳細討論,如“路由與交換技術”“計算機網絡系統集成”等,而本門課程的相關實驗內容都可以在Windows環境下通過對系統的配置來實現。

(3) 讓學生充分理解分層和封裝的思想。分層和封裝是計算機網絡中最基本,也是最重要的概念。但不少學生很難掌握這2個基本概念,甚至學完網絡課程后,也不能理解網絡的工作原理與過程。在解理這2個概念時,一定要聯系C語言中的結構體和函數的思想。可以通過演示實驗進行直觀形象的展示。

4 結語

計算機網絡實驗教學對學生掌握計算機網絡的基本概念和基本原理有不可低估的作用。本文從計算機網絡實驗教學存在的問題出發,詳細介紹了計算機網絡實驗教學的基本原則以及內容設計,并對計算機網絡實驗教學實施過程中要考慮的問題進行了探討。該項改革經過3年多的實踐,取得了明顯的成效,激發了學生的學習興趣,提升了學生的自主學習能力。

References)

[1] 中國互聯網信息中心.第38次中國互聯網發展狀況統計報告 [EB/OL]. 2016-08-03. http:// www.cnnic.com.cn/hlwfzyj/hlwxzbg/hlwtjbg/ 201608/ P020160803367337470363.pdf.

[2] 琚生根,陳黎,周剛,等.“計算機網絡”實驗課程的教學探討[J].實驗技術與管理,2013, 30(4):159-165.

[3] 湯海林.以學生為中心的計算機網絡實驗教學研究[J].實驗科學與技術,2015, 13(4):50-52.

[4] 陳壽宏.電子信息類專業計算機網絡實驗教學改革研究[J].高校實驗室工作研究, 2013(1):18-19.

[5] 丁美榮,陳壹華.基于設計型學習的計算機網絡實驗教學研究[J].計算機教育, 2011(1):47-51.

[6] 王小妹,王建萍,張爽,等.計算機網絡實驗教學改革的系統性研究[J].實驗技術與管理, 2015,32(1):209-211.

[7] 鞏永旺,徐秀芳,劉穎.計算機網絡實驗教學體系建設模型[J].計算機教育, 2011(5):91-94.

[8] 堯剛華.基于應用型人才培養的獨立學院計算機網絡實驗教學改革研究[J].教育現代化, 2015(5B):32-35.

[9] 劉艷芳,張力軍,焦福菊.面向創新能力培養的計算機網絡實驗教學[J].實驗技術與管理,2014,31(4):28-31

[10] 陳潮, 靳慧云.CDIO視野下的計算機網絡實驗教學探索與實踐[J].計算機時代, 2016(5):81-83.

Design and implementation of computer network experimental teaching in network engineering specialty

Zhu Licai, Geng Zhen, Huang Jinjin

(School of Information Engineering, Yancheng Teachers University, Yancheng 224002, China)

The computer network experimental teaching is an important part of computer network teaching. Aiming at the problems existing in experimental teaching of network engineering specialty and the goal of computer network teaching, this paper proposes the method of designing the experiment content with different hierarchical ways. The results show that the experimental teaching reform has achieved remarkable results.

network engineering; experimental teaching; computer network

10.16791/j.cnki.sjg.2017.05.040

2017-01-06 修改日期：2017-01-12

江蘇省科技廳中小學實驗教學智能化服務系統的研發(BY2016066—05)；江蘇省教育廳基于計算思維的大學生信息素養培養策略研究(2015JSJG526)

朱立才(1969—),男,江蘇鹽城,碩士,副教授,主要從事計算機網絡相關課程的教學,研究方向為無線網絡技術、物聯網技術.

E-mail：yctc_cai@126.com

G642.0

B

1002-4956(2017)5-0161-04