摘 要：計算機網(wǎng)絡實驗的課程體系的建立必須符合實驗教學課程體系整體要求，體現(xiàn)通識基礎、技術應用和專業(yè)技術多層次的特性，滿足多層次學生的不同需求，在計算機網(wǎng)絡應用和計算機網(wǎng)絡原理等課程的理論基礎上，不斷完善符合時代要求、緊跟網(wǎng)絡技術發(fā)展的實驗課程內(nèi)容。本文介紹了我中心在此方面的探索經(jīng)驗。

關鍵詞：計算機；網(wǎng)絡實驗；課程體系

中圖分類號：G642 文獻標識碼：B

為了滿足學生對計算機網(wǎng)絡技術學習的多層次需求，適應計算機網(wǎng)絡系列課程教學改革，探索能夠體現(xiàn)計算機網(wǎng)絡技術發(fā)展現(xiàn)狀的實驗課程體系意義重大。以計算機學科實驗課程體系為依托，計算機網(wǎng)絡實驗應采用多層次的實驗教學模式，建立通識基礎、技術應用和專業(yè)技術多層次的網(wǎng)絡實驗課程體系。

1網(wǎng)絡實驗課程體系的基礎

計算機網(wǎng)絡實驗課程不是孤立的，必須和計算機教學課程體系以及其實驗體系緊密結(jié)合[1]。計算機學科是實踐性很強的學科，是以學科理論為基礎強調(diào)在理論指導下實踐的學科。為了滿足各層次學生學習的需要[2]，從層次劃分上來講基本包含通識基礎、技術應用和專業(yè)技術三個層次。以清華大學計算機實驗教學課程體系為例，包括三個層次(如圖1)：通識基礎類實驗課程、技術應用類實驗課程和專業(yè)技術類實驗課程。從實驗課程的內(nèi)容看，在各種類別的實驗課程中都包含基本型、綜合型和研究創(chuàng)新型實驗項目。

通識基礎類實驗為全校各專業(yè)的學生打下了堅實的計算機應用基礎，我們又將其細分為應用專題系列實驗和公共基礎系列實驗。應用專題系列實驗面向基礎相對薄弱的學生，目的是補基礎，提高通用工具的應用技能；公共基礎系列實驗面向全校學生，目的是為各自專業(yè)學習奠定計算機應用的基礎，按照各專業(yè)學生對計算機工具的不同程度的需求，開設不同的實驗，將計算機工具充分地融合到其專業(yè)研究中，使計算機成為其科研、創(chuàng)新過程中不可或缺的工具。

技術應用類實驗的對象主體是理工類專業(yè)和所有需要計算機輔助的其他專業(yè)的學生，根據(jù)不同專業(yè)的需要，我們將其分為兩大系列：軟件技術應用系列實驗和硬件技術應用系列實驗。這些課程直接為相關專業(yè)學生服務，提高學生利用“人類通用智慧工具”分析和解決問題的能力，將計算機科學與技術融入到各自專業(yè)中，進而提升學生的綜合素質(zhì)和研究創(chuàng)新能力。

專業(yè)技術類實驗面向包括計算機系在內(nèi)的信息學院本科生，同時包括有突出計算機實驗能力和興趣的其他專業(yè)學生。計算機專業(yè)技術實驗包括必修和選修環(huán)節(jié)，目標是能夠?qū)W生培養(yǎng)成為合格的研究者和工程師，有突出的創(chuàng)新能力和意識。

計算機網(wǎng)絡實驗課程的設立是以計算機理論課程為基礎的，是在理論基礎上的理性實踐。以清華大學計算機網(wǎng)絡實驗課程為例，通識基礎類實驗中的理論基礎課是“計算機網(wǎng)絡技術及應用基礎”，技術應用類實驗中的理論基礎課是“計算機網(wǎng)絡”，專業(yè)技術類實驗中的理論基礎課是“計算機網(wǎng)絡原理”。由于通識基礎類和技術應用類實驗主要是面向全校各專業(yè)學生的，對其理論先修課要求比較少，這里不贅述。對于專業(yè)技術類實驗，計算機網(wǎng)絡實驗是必修課程[3]，其理論先修課有比較嚴格的要求(如圖2所示)。

2計算機網(wǎng)絡實驗課程體系

以計算機網(wǎng)絡理論課程為基礎，對應計算機學科實驗教學課程體系，計算機網(wǎng)絡實驗課程在層次上也劃分為通識基礎、技術應用和專業(yè)技術類三個層次(如圖3所示)，以滿足全校不同專業(yè)對計算機網(wǎng)絡技術的多層次需求。

在各層次計算機實驗課程中，都包含基礎型、綜合型和研究創(chuàng)新型三種實驗類型，實驗的設置具體情況如表1~3所列。

計算機網(wǎng)絡專題訓練是在計算機網(wǎng)絡原理實驗基礎上的提高，實驗全部屬于研究創(chuàng)新型實驗，實驗項目主要包括滑動窗口設計與實現(xiàn)、RIP設計與實現(xiàn)、FTP設計與實現(xiàn)等，所有實驗均需要學生根據(jù)RFC編寫程序，利用我們設計實現(xiàn)的專用實驗系統(tǒng)對實現(xiàn)的程序進行驗證。其他實驗課程中實驗項目的設置不是本文的重點，這里不再贅述。

3計算機網(wǎng)絡實驗創(chuàng)新

由于計算機技術發(fā)展迅速，知識更新快，因此我們一直在強調(diào)所有計算機實驗課程必須每年都增加部分可選實驗或新內(nèi)容，以便緊跟計算機技術的快速發(fā)展，擴大選擇空間。學生也可以更多地根據(jù)興趣來選擇實驗內(nèi)容，使實驗個性化。尤其針對面向計算機專業(yè)學生的實驗教學，最需要的是將國際最前沿的計算機技術引入到實驗教學中，讓同學們能夠了解、學習前沿技術，同時盡可能在實踐中得到提高。計算機網(wǎng)絡相關技術的發(fā)展正是計算機技術發(fā)展的一個代表，這就促使我們不斷總結(jié)實驗教學經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡實驗所存在的問題，并注重科研成果迅速向?qū)嶒炥D(zhuǎn)化，來解決實驗管理困難、實驗設備落后等難題。

總結(jié)國內(nèi)外以往的計算機網(wǎng)絡實驗教學，特別是專用技術類實驗教學，主要存在以下幾個不足：

1) 由于缺乏軟硬件支撐環(huán)境，通常會設計一些模擬實驗來代替實際的網(wǎng)絡實驗。這樣做的缺點是學生缺乏對真實網(wǎng)絡環(huán)境的感性認識和理解，模擬實驗中的一些難以避免的假象會影響學生對真實網(wǎng)絡和協(xié)議的理解。

2) 由于常用的操作系統(tǒng)只提供應用層的網(wǎng)絡編程接口，學生只能做網(wǎng)絡應用實驗?；诰W(wǎng)絡編程接口的應用層實驗雖然能夠鍛煉學生網(wǎng)絡編程的能力，但卻不容易幫助學生理解底層協(xié)議的原理和工作流程，進而忽視計算機網(wǎng)絡原理的核心內(nèi)容和教學目標。

3) 缺乏網(wǎng)絡核心協(xié)議的實驗。由于經(jīng)費和規(guī)模的限制，很難保證每個學生都能單獨分配到一臺交換機和路由器。然而理解網(wǎng)絡核心協(xié)議，例如BGP和OSPF，需要能夠進行組網(wǎng)實驗。大量學生同時進行網(wǎng)絡核心協(xié)議的實驗受到了很大的限制。

4) 網(wǎng)絡實驗的管理和維護非常困難。做網(wǎng)絡實驗的學生多、實驗項目多。通常在每次實驗之前，實驗管理人員

和助教需要花費大量的時間調(diào)整網(wǎng)絡來滿足實驗要求。

我們充分利用清華大學計算機網(wǎng)絡學科在國內(nèi)的領先優(yōu)勢和CERNET網(wǎng)絡中心位于清華的有利條件，努力先進的科研成果轉(zhuǎn)化為先進的實驗教學資源。經(jīng)過兩年的努力，在榮獲國家科技進步二等獎的“IPv6核心路由器”成果的基礎上研究開發(fā)出了支持全協(xié)議棧自動測試的計算機網(wǎng)絡實驗系統(tǒng)NetRiver。

計算機網(wǎng)絡實驗系統(tǒng)NetRiver包括客戶端、測試服務器和管理服務器三個組成部分，提供可控真實的全協(xié)議棧網(wǎng)絡實驗環(huán)境、支持實驗代碼編輯、編譯和調(diào)試的集成編譯環(huán)境、可視化的協(xié)議報文捕捉與行為分析、面向因材施教的多層次實驗手段、基于腳本語言的可擴展的實驗描述和執(zhí)行、基于協(xié)調(diào)測試法的自動實驗測試和功能豐富的實驗管理平臺。

利用NetRiver網(wǎng)絡實驗系統(tǒng)，學生可以方便地完成網(wǎng)絡協(xié)議編程、調(diào)試、可視化執(zhí)行和自動測試。在此平臺上，學生無需關心系統(tǒng)對實驗的影響，能夠直接編寫和測試協(xié)議相關的核心內(nèi)容。完全解決了以往計算機網(wǎng)絡實驗中存在的困難，使學生增強了感性認識；深入理解網(wǎng)絡原理；大大提高網(wǎng)絡實驗興趣；充分調(diào)動積極性，極大地提高了動手能力。從而實現(xiàn)了準確對應知識點、有限時間內(nèi)完成、公平有效的實驗評價、因材施教等實驗教學目標。

目前，計算機網(wǎng)絡原理實驗以及計算機網(wǎng)絡專題訓練所開設的實驗都是在此平臺上開發(fā)、設立的。

4總結(jié)

計算機網(wǎng)絡實驗的課程體系的建立必須符合實驗教學課程體系整體要求，體現(xiàn)通識基礎、技術應用和專業(yè)技術多層次的特性，滿足多層次學生的不同需求。由于計算機技術發(fā)展迅速，知識更新快，計算機網(wǎng)絡實驗技術需要不斷完善，因此需要依靠科研力量，注重將科研成果快速轉(zhuǎn)化到實驗中，以保證計算機網(wǎng)絡實驗符合時代要求、緊跟網(wǎng)絡技術發(fā)展。

參考文獻：

[1] 全成斌，楊士強，趙有健. 計算機工程實踐教學的改革與探索[J]. 計算機教育，2008，(4):100-102.

[2] 李赫男，陳松喬. 計算機網(wǎng)絡實驗課程體系的設計[J]. 湖南第一師范學報，2007，(4):32-34.

[3] 計算機系教學辦公室. 清華大學計算機科學與技術專業(yè)培養(yǎng)方案與課程設置[EB/OL]. http://www.cs.tsinghua.edu.cn/ teaching/courses.htm.