淺析現(xiàn)代教育技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

山東協(xié)和學(xué)院 劉莉

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題，提高創(chuàng)新能力，進(jìn)行傳統(tǒng)教學(xué)模式改革的重要途徑。伴隨著全國(guó)信息化建設(shè)大潮，數(shù)字校園建設(shè)也得以穩(wěn)步推進(jìn)：以計(jì)算機(jī)、多媒體、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、模擬仿真技術(shù)為主基調(diào)的現(xiàn)代教育模式得以提速并實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，如何將這種現(xiàn)代教育模式完全融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)之中成為促進(jìn)素質(zhì)教育深入發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)中有關(guān)交換機(jī)和路由器的實(shí)驗(yàn)是配合《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》、《數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》、《交換與路由技術(shù)》等課程教學(xué)而專門(mén)開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選取是現(xiàn)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域比較有代表性的專題科目，實(shí)驗(yàn)的目的就是更好地理解教材中“網(wǎng)絡(luò)組件”、“數(shù)據(jù)包在各層的流動(dòng)”，“路由”、“交換”等網(wǎng)絡(luò)經(jīng)典概念的含義。我校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程、物聯(lián)網(wǎng)工程、電子信息工程等專業(yè)都開(kāi)設(shè)了這幾門(mén)專業(yè)核心課程。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)任務(wù)通俗講就是使得學(xué)生擁有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中IP地址整體規(guī)劃能力，熟練掌握交換機(jī)、路由器的配置方法，針對(duì)用戶的各種需求整合配置相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。學(xué)生通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的學(xué)習(xí)可以進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和理解計(jì)算機(jī)相關(guān)體系結(jié)構(gòu)，并針對(duì)華為、思科等國(guó)內(nèi)外大型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商的產(chǎn)品應(yīng)用案例進(jìn)行學(xué)習(xí)，提高學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)從業(yè)范疇的動(dòng)手能力，促進(jìn)就業(yè)率的提升。

一、高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

近年來(lái)，隨著我國(guó)教育事業(yè)迅速提升，各高校的招生規(guī)模不斷擴(kuò)大，大學(xué)里面學(xué)生的保有量日趨增大，院校緩慢充實(shí)的硬件資源與快速擴(kuò)招的生源相形成強(qiáng)烈的反差和不對(duì)等，而硬件資源中最明顯的短板就是高校實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)：僧多粥少是最典型的寫(xiě)照，幾個(gè)人才分得一臺(tái)機(jī)子做實(shí)驗(yàn)。即使是這樣的情況，還存在設(shè)備型號(hào)老化、軟硬件方面的配置不夠合理等現(xiàn)象存在，從而嚴(yán)重阻礙學(xué)生動(dòng)手能力的提升，對(duì)教材中理論觀點(diǎn)的認(rèn)知程度也因?yàn)閷W(xué)生無(wú)法“親自上手”驗(yàn)證觀點(diǎn)而大打折扣，無(wú)法滿足教學(xué)所需，具體存在的問(wèn)題如下：

1.出于使用安全和方便維護(hù)，很多學(xué)校實(shí)驗(yàn)PC的BIOS 都設(shè)置了密碼，硬盤(pán)也有相對(duì)應(yīng)的保護(hù)卡，操作系統(tǒng)屏蔽了控制面板等系統(tǒng)組件，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上根本無(wú)法進(jìn)行BIOS 的設(shè)置以及對(duì)OS系統(tǒng)組件和應(yīng)用軟件的安裝調(diào)試。

2.由于上機(jī)課會(huì)經(jīng)常做一些比如磁盤(pán)分區(qū)、邏輯格式化、安裝操作系統(tǒng)等類型的試驗(yàn)，理論上來(lái)講，會(huì)在一定程度上對(duì)硬件設(shè)備折舊或損耗。因此，很多授課教師為了規(guī)避這種狀況，類似實(shí)驗(yàn)課基本上都采用 “純口述”方式的課堂教學(xué)。

3. 高校當(dāng)前機(jī)房建設(shè)規(guī)劃及試驗(yàn)設(shè)備采購(gòu)步伐相比生源的“爆炸增長(zhǎng)”嚴(yán)重脫節(jié)，無(wú)法滿足學(xué)生實(shí)驗(yàn)課時(shí)的實(shí)際所需，不能進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)。

4.實(shí)驗(yàn)環(huán)境相關(guān)物理?xiàng)l件欠缺，導(dǎo)致很多系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)（各種類型操作系統(tǒng)的安裝）和網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)（網(wǎng)絡(luò)設(shè)備攻防安全策略及數(shù)據(jù)抓包分析）無(wú)法正常演練，這樣一來(lái)學(xué)生只能在課堂上獲取干癟的理論知識(shí)，或者是僅僅嘗試一些入門(mén)操作，網(wǎng)絡(luò)知識(shí)學(xué)習(xí)效果大打折扣，動(dòng)手能力就更不必說(shuō)。針對(duì)以上存在的這些問(wèn)題、參照當(dāng)前IT發(fā)展的形勢(shì)，完全可以將多媒體技術(shù)和計(jì)算機(jī)虛擬化技術(shù)應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，在實(shí)際硬件資源嚴(yán)重不足的情況下確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作保質(zhì)（實(shí)驗(yàn)效果）保量（實(shí)驗(yàn)課時(shí)）正常開(kāi)展。

二、利用多媒體課件專業(yè)制作平臺(tái)豐富和增強(qiáng)教材實(shí)驗(yàn)科目實(shí)操階段的教學(xué)手段

依據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)，主講教師將當(dāng)堂實(shí)驗(yàn)課制作成課件后提前加載到“超星學(xué)習(xí)通”應(yīng)用平臺(tái)中，這樣隸屬于該教師平臺(tái)賬號(hào)下的學(xué)生用戶在正式實(shí)驗(yàn)課之前即可以通過(guò)課件觀摩相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：包含音視頻素材的課件可“聲圖并茂”地呈現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)儀器的全方位功效及使用介紹，同時(shí)還提供儀器各細(xì)節(jié)的高清圖片，接著短視頻講解各個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的操作步驟。各步驟間會(huì)留有長(zhǎng)短不一的時(shí)間間隔，便于學(xué)生理解吃透課件中傳遞出的理論要點(diǎn)。當(dāng)然了，根據(jù)實(shí)際情況，我們亦可邊看多媒體課件邊“同步上手”，真實(shí)操作。課件不僅動(dòng)（視頻）靜（圖片）結(jié)合，更有授課老師娓娓道來(lái)的旁白，可謂生動(dòng)形象地展示了各實(shí)驗(yàn)操作步驟要領(lǐng)。

在實(shí)驗(yàn)課正式講授過(guò)程中，為統(tǒng)一學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，可要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)之前依據(jù)老師加載在“超星學(xué)習(xí)通”中的課件為參照標(biāo)準(zhǔn)，提前熟練掌握課件中的實(shí)驗(yàn)步驟，切實(shí)領(lǐng)會(huì)各步驟要驗(yàn)證的試驗(yàn)觀點(diǎn)。當(dāng)學(xué)生在真正的“物理實(shí)驗(yàn)”過(guò)程中遇到的問(wèn)題上報(bào)后，授課老師可以借助平臺(tái)工具，通過(guò)分析抽取學(xué)生共性問(wèn)題進(jìn)行有針對(duì)性集中講解，避免實(shí)驗(yàn)過(guò)程中因個(gè)人操作不當(dāng)?shù)确菍?shí)驗(yàn)故障因素而拖累整個(gè)實(shí)驗(yàn)課進(jìn)度的情況出現(xiàn)。

三、將虛擬化技術(shù)應(yīng)用在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)中

由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)有時(shí)規(guī)模較大，搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境需要用到的設(shè)備較多，如PC及相應(yīng)單機(jī)操作系統(tǒng)、服務(wù)器及相應(yīng)服務(wù)器操作系統(tǒng)、單片機(jī)、交換機(jī)、路由器、防火墻等，相應(yīng)地就需要匹配面積較大的實(shí)驗(yàn)室，高校實(shí)際的機(jī)房實(shí)驗(yàn)環(huán)境以及硬件設(shè)施都很難滿足網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課要求，大大降低了學(xué)習(xí)效率，即使勉強(qiáng)做通網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)，效果也不會(huì)太好。而虛擬化技術(shù)則可以有效解決實(shí)驗(yàn)室硬件條件不達(dá)標(biāo)的難題，將為數(shù)不多的物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行多次完整克隆，滿足多人同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。在搭建的虛擬環(huán)境中，學(xué)生可以通過(guò)一臺(tái)電腦的虛擬系統(tǒng),身臨其境地完成多個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，不僅為學(xué)生完成多個(gè)實(shí)驗(yàn)增加了上手操作的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，對(duì)高校管理部門(mén)而言，也有效提高了有限硬件設(shè)備的綜合利用率，大大緩解校方教育硬件設(shè)施嚴(yán)重不足的窘迫局面，達(dá)到學(xué)生和學(xué)校雙贏的目的。

另外，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中涉及交換機(jī)、路由器、防火墻的調(diào)試配置問(wèn)題，可引入一些實(shí)用性和針對(duì)性較強(qiáng)的模擬軟件，最典型的就是思科的PacketTracer、GNS3，華為的eNSP， 尤其是GNS3這款應(yīng)用軟件,甚至可以灌入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的IOS來(lái)逼真模擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置過(guò)程，學(xué)生在GNS3環(huán)境下得到的使用體驗(yàn)完全可以媲美真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。不但能夠?yàn)閷W(xué)校節(jié)約大量的建設(shè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的成本，還能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和動(dòng)手能力，可謂一舉多得。比如，“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中， VLAN 劃分、跨VLAN間通訊及相關(guān)交換機(jī)配置的實(shí)驗(yàn)時(shí)，因?yàn)樵搶?shí)驗(yàn)不但要有二層交換機(jī)，還需要三層交換機(jī)或路由器等三層設(shè)備的支持才能展開(kāi)實(shí)驗(yàn)，所以學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的整體成本十分昂貴，出于資金壓力，高校也無(wú)法為學(xué)生配置人手一套的實(shí)驗(yàn)設(shè)備硬件。此種情形，通過(guò)虛擬化技術(shù)，在各虛擬主機(jī)中運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模擬軟件，搭建相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)案例拓?fù)洳⑦M(jìn)行各組件的相關(guān)命令配置，從而完成交換機(jī)仿真配置實(shí)驗(yàn)順利展開(kāi)。

除此之外，學(xué)生動(dòng)手能力層次不齊，有的不能在課上按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，有的是實(shí)驗(yàn)沒(méi)有達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，這種情況在實(shí)際的物理實(shí)驗(yàn)條件下很難進(jìn)行處理，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室無(wú)法給你保留實(shí)驗(yàn)進(jìn)度或配置現(xiàn)場(chǎng)，但在虛擬環(huán)境中這種情況根本不是問(wèn)題，因?yàn)樘摂M系統(tǒng)只是主系統(tǒng)中的一個(gè)文件，每個(gè)人都有屬于自己的文件，根據(jù)自己的意愿隨意使用和管理，相互之間不會(huì)造成任何干擾，上次實(shí)驗(yàn)結(jié)果在下次上課的時(shí)候會(huì)完整保存下來(lái)，學(xué)生完全可以繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，無(wú)需重頭再來(lái)。這樣一來(lái)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)度不一的問(wèn)題就可以迎刃而解了。

對(duì)于虛擬環(huán)境中實(shí)施的一系列操作，其實(shí)和現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是一樣的，包括命令執(zhí)行后的系統(tǒng)的回饋、命令輸入錯(cuò)誤提示、實(shí)驗(yàn)案例的最終運(yùn)行效果等。對(duì)于實(shí)驗(yàn)室硬件設(shè)施這方面，高校無(wú)需投入過(guò)多的資金，便可以對(duì)原有的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備進(jìn)行更新和改進(jìn)，為學(xué)生打造一個(gè)良好、實(shí)用的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，避免由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備短缺或?qū)嶒?yàn)室面積不足而對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效果造成不良影響，也不會(huì)額外增加設(shè)備的養(yǎng)護(hù)和維修費(fèi)用。同時(shí)虛擬化技術(shù)的合理使用，可以讓學(xué)生在一臺(tái)物理電腦上進(jìn)行多項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)，在安裝調(diào)試這些應(yīng)用平臺(tái)的過(guò)程中，學(xué)生可以充分掌握不同工具的不同使用方法，將理論知識(shí)更好的應(yīng)用到實(shí)踐當(dāng)中，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情的同時(shí)保證了較高的學(xué)習(xí)效率。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，眼下諸多高校受限于資金壓力，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在很多問(wèn)題：有的是設(shè)備數(shù)量不足，有的是設(shè)備種類不全、還有的就是設(shè)備的配置參數(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于當(dāng)下的要求，凡此種種，嚴(yán)重影響了教學(xué)質(zhì)量。而將現(xiàn)代化教育技術(shù)（高清畫(huà)面結(jié)合音視頻一體的幻燈教案、虛擬化系統(tǒng)、專業(yè)模擬軟件平臺(tái)）應(yīng)用到高校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不僅可以有效解決實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足、種類不全的問(wèn)題，同時(shí)也能變向擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)空間，豐富實(shí)驗(yàn)案例，線性控制實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，從而打造良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，保證學(xué)生實(shí)驗(yàn)課的數(shù)量和質(zhì)量，在提升學(xué)生計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)能力的同時(shí)增強(qiáng)其綜合素質(zhì)，由此可見(jiàn)，現(xiàn)代化教育技術(shù)對(duì)于高校的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)來(lái)說(shuō)極具推廣價(jià)值。