【摘要】實驗教學(xué)作為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的重要組成部分，是學(xué)生掌握網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主要途徑。隨著虛擬硬件技術(shù)的發(fā)展和普及，許多院校開始使用虛擬實驗室進(jìn)行實驗教學(xué)。虛擬實驗室既可節(jié)省資源又可突破傳統(tǒng)實驗環(huán)境在時間、空間上的限制，并能利用E-learning的優(yōu)點。然而虛擬實驗室并不能完全替代傳統(tǒng)實驗室，各院校專業(yè)應(yīng)整合可利用潛在資源，建立高性價比、虛實結(jié)合互補的實驗室。

【關(guān)鍵詞】計算機(jī)網(wǎng)絡(luò);虛擬實驗室;虛實結(jié)合;整合資源

【中圖分類號】G420 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【論文編號】1009—8097(2010)09—0143—03

引言

高校的許多非計算機(jī)專業(yè)的培養(yǎng)方案中要求開設(shè)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程，如信息管理管理與信息系統(tǒng)、電子商務(wù)、圖書情報學(xué)等專業(yè)，一些高校還開設(shè)了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)公共選修課[1]。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一門既重理論更重實踐的課程，實驗教學(xué)是幫助學(xué)生理解原理、加深認(rèn)識而達(dá)到學(xué)以致用的必要環(huán)節(jié)。然而眾所周知的是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器一般是比較昂貴的，且更新較快，因此建立完備的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗環(huán)境是比較困難的。一些高校尤其是文科類院校，開設(shè)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的專業(yè)少，出資建設(shè)網(wǎng)絡(luò)實驗室顯然是投資回報率非常低的。所幸近些年來，隨著虛擬硬件的軟件(部分免費)有了顯著的發(fā)展并普及，越來越多的高校利用這一契機(jī)建立了虛擬實驗室，部分還開發(fā)了配套的實驗課程設(shè)計。虛擬實驗室既節(jié)省了資金，又可突破傳統(tǒng)實驗室在時間、空間上的限制，同時還能激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，并可融合E-learning的優(yōu)點[2]。然而虛擬環(huán)境畢竟不能代替真實環(huán)境，部分實驗內(nèi)容必須有真實的設(shè)備為輔方可順利進(jìn)行。為避免出現(xiàn)學(xué)生只會操作軟件、一旦碰到實際問題卻無從下手的情況，必須在利用虛擬實驗室的優(yōu)點的同時配備符合一定要求的真實實驗環(huán)境。

本文首先分析了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實驗教學(xué)的內(nèi)容和要求，總結(jié)了三類實驗室的特點，提出可整合校內(nèi)外資源、網(wǎng)絡(luò)資源，揚長避短建立以虛為主、以實為輔、“虛實結(jié)合”的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗室及課程教學(xué)設(shè)計。

一 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實驗教學(xué)的內(nèi)容及特點

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程講授內(nèi)容的范圍及深度主要包含以下7點:(1)從總體上了解計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念、發(fā)展史、應(yīng)用領(lǐng)域、功能和特點、掌握計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，了解OSI與TCP/IP體系結(jié)構(gòu);(2)掌握數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識，弱化通信技術(shù)理論;(3)掌握局域網(wǎng)絡(luò)、廣域網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識及基本原理，強(qiáng)化簡單的局域網(wǎng)組網(wǎng)方法;(4)掌握網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)的基本知識及網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備的使用，強(qiáng)化交換和路由的概念;(5)掌握TCP/IP協(xié)議各層協(xié)議及其基本工作原理，立足端到端通信;(6)了解網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)的基本知識;(7)了解網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的基本知識，掌握簡單的保護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全方法。

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用繁多、知識面廣連貫性弱，實驗操作能夠幫助學(xué)生加深對網(wǎng)絡(luò)原理的理解，提高應(yīng)用能力，促進(jìn)創(chuàng)新性思維?？蓪⒂嬎銠C(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗分為3種類型:原理驗證型實驗、綜合應(yīng)用型實驗和探索研究型實驗。(1)原理驗證型實驗借助PC機(jī)、網(wǎng)絡(luò)基本設(shè)備、協(xié)議分析儀和流量發(fā)生器等軟件幫助理解復(fù)雜的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工作原理。實驗可以在基本網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行，也可以在仿真實驗環(huán)境下進(jìn)行。目的是幫助學(xué)生提高計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和維護(hù)的技能，為服務(wù)社會做好準(zhǔn)備，同時有助于深入理解網(wǎng)絡(luò)原理。(2)綜合應(yīng)用型實驗應(yīng)在真實網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下由學(xué)生實際操作完成，如設(shè)計并安裝局域網(wǎng)，配置交換機(jī)和路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，配置、應(yīng)用和維護(hù)各種應(yīng)用服務(wù)器，如DNS服務(wù)器、web服務(wù)器、電子郵件服務(wù)器、媒體服務(wù)器等，這類實驗需要有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和服務(wù)器的硬件基礎(chǔ)。(3)探索研究型實驗主要用于發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)新知識、驗證協(xié)議或某種猜想等，這是專家或研究生要從事的工作[3]。

根據(jù)不同的教學(xué)層次，可將實驗內(nèi)容劃分為五大類別:

二 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實驗室的分類

不同的院校及不同專業(yè)對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的定位不同，造成了他們對課程實驗的要求不同。一些專業(yè)的學(xué)生可能今后大部分將直接從事計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)工作，而一些專業(yè)可能更偏重于了解原理懂得操作但不會直接從事相應(yīng)工作。課程要求不同將造成他們所使用的實驗設(shè)備也不同。根據(jù)課程所使用的實驗設(shè)備可將實驗室分成3類:

1 傳統(tǒng)實驗室

實驗設(shè)備就是各大廠商生產(chǎn)的設(shè)備，其中網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括主流的思科、華為、H3C、銳捷等產(chǎn)品，服務(wù)器則可以是IBM、HP、DELL等品牌的。一些高校是自行購置設(shè)備，而不少學(xué)校則是通過與設(shè)備廠商或者是外部培訓(xùn)學(xué)校合作的方式建立實驗室，以達(dá)到節(jié)省資金并提高教學(xué)效果的目的。

真實的實驗環(huán)境是學(xué)生驗證知識、學(xué)習(xí)技能的絕佳環(huán)境，但是設(shè)備昂貴、種類眾多、維護(hù)困難，隨著學(xué)生不斷增多，要達(dá)到人手一套，無論是自行購置還是與外部合作都有較大困難。

2 虛擬實驗室

實驗設(shè)備為軟件虛擬而來。許多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備公司為推廣其產(chǎn)品和技術(shù)，開發(fā)出免費的模擬硬件設(shè)備的軟件以供技術(shù)人員使用。流行的虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有思科公司的Packet tracer和Dynamips、Boson公司的NetSim等，虛擬計算機(jī)硬件的主要有VMware公司的VMware workstation、微軟的Virtual PC等[4]。教育界逐漸將這類軟件引入到計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實驗課程中，并有一些高校自行研發(fā)了具備系統(tǒng)教學(xué)功能的虛擬實驗平臺，如北京郵電大學(xué)研制了Linux操作系統(tǒng)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗系統(tǒng)，浙江大學(xué)計算機(jī)輔助設(shè)計與圖形學(xué)國家重點實驗室開發(fā)了虛擬環(huán)境行為仿真系統(tǒng)等[5]。

虛擬實驗室具有如下主要優(yōu)點:

#61548;軟件即設(shè)備，安裝方便，節(jié)省了購置和管理維護(hù)硬件的成本和時間。

#61548;哪里安裝哪里使用，突破了傳統(tǒng)實驗室在時間、空間上的限制。

#61548;操作簡便，無需擔(dān)心操作失誤、破壞設(shè)備，具有可再生的等能力。

#61548;實現(xiàn)E-learning，網(wǎng)絡(luò)上豐富的學(xué)習(xí)資源、技術(shù)支持，可充分發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，為今后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

在前面列出的5類實驗中，除基礎(chǔ)實驗的識別設(shè)備和制作線纜外，虛擬設(shè)備幾乎可以滿足全部驗證性的實驗要求。但同時也應(yīng)該認(rèn)識到虛擬設(shè)備有其局限性，一般只能虛擬部分類型的設(shè)備，同時許多操作特性兩者不一致，軟件也可能出現(xiàn)小Bug?，F(xiàn)實中的小問題也可能成為阻礙學(xué)生進(jìn)步的絆腳石。

3 “虛實結(jié)合”的實驗室

即既配備真實設(shè)備，也有虛擬的實驗環(huán)境?！疤搶嵔Y(jié)合”的實驗環(huán)境中，其中“實”的部分是一套或多套典型的目前流行的硬件設(shè)備，“虛”的部分包括即可以使用已有的虛擬軟件，也可以自行開發(fā)的虛擬平臺。“虛實結(jié)合”的實驗室需要教師在課程演示中即提供真實的操作又教會學(xué)生在軟件上的操作，使得學(xué)生更能體會虛擬軟件的優(yōu)點，達(dá)到實戰(zhàn)的效果。

三整合各種資源，構(gòu)建“虛實結(jié)合”的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實驗室

將虛擬技術(shù)用于構(gòu)建計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實驗室既是方法和理念的創(chuàng)新，目前已有廣大院校專業(yè)建立了虛擬實驗室。然而這也引起了另一種做法的出現(xiàn)，即認(rèn)為實驗室里使用虛擬硬件可以完全滿足實驗需求，無需再購置任何硬件資源[6]。事實上，通過上文對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)內(nèi)容的分析以及對廣大網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員的實際經(jīng)驗的總結(jié)，可以知道虛擬和現(xiàn)實是存在差異的，虛擬設(shè)備可以用以驗證原理和練習(xí)部分操作命令，但是學(xué)生如果僅僅掌握軟件的使用很可能連基本的網(wǎng)線都不會制作。我們必須本著以“實”為目標(biāo)、“虛”為手段，揚各自的長處，避他們的短處，建立以“虛”為主、以“實”為輔、“虛實結(jié)合”的實驗室[7]。

構(gòu)建“虛實結(jié)合”的實驗室必須要避免“實”的部分的缺點。通過分析可知，與傳統(tǒng)實驗室的“實”不同的是，“虛實結(jié)合”的實驗室只需要少數(shù)幾套硬件網(wǎng)絡(luò)設(shè)備即可，主要用于幫助學(xué)生區(qū)別“虛”和“實”的差別。各院校專業(yè)可充分利用校內(nèi)、外及網(wǎng)絡(luò)上的各種資源以建立高性價比的“虛實結(jié)合”的實驗室。一般情況下，這些潛在的資源包括:

四 “虛實結(jié)合”實驗室的應(yīng)用

1 “虛實結(jié)合”的實驗教學(xué)設(shè)計

各院校專業(yè)可根據(jù)開課的教學(xué)層次、要求，開發(fā)配套的實驗教學(xué)設(shè)計和考核方式。

一種可行的教學(xué)設(shè)計將實驗內(nèi)容分為三個部分:課前基本實驗、課堂實驗和課后發(fā)散實驗。

課前實驗是指在教師在講授完相關(guān)知識點后，進(jìn)行課堂實驗前，先布置一個簡單的實驗供學(xué)生理解原理。實驗提供詳細(xì)的實驗步驟、操作命令及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D等。

課堂實驗是指在計算機(jī)房，教師當(dāng)場布置一個與課前實驗類似當(dāng)難度相對較大的實驗，要求學(xué)生在課堂即完成，可提交實驗結(jié)果文件或當(dāng)場要求學(xué)生操作相關(guān)命令，以檢驗學(xué)生理解原理、掌握命令的程度。課堂實驗可作為學(xué)生實驗課程評分主要部分。如果沒有緊迫感和時間限制很多學(xué)生將不會完成課前實驗，課堂實驗效果也不會理想。這樣方式可以提高學(xué)生的實驗積極性和成就感，避免學(xué)生因為無監(jiān)督而恍然學(xué)過本課程。

發(fā)散實驗有兩方面的內(nèi)容，一是指在實物設(shè)備上進(jìn)行操作，而是指創(chuàng)新性實驗。完成虛擬實驗訓(xùn)練以后，教師設(shè)計具體現(xiàn)實問題，組織學(xué)生再進(jìn)行實際實驗操作。由于有了前面虛擬實驗的基礎(chǔ)，學(xué)員進(jìn)行實物實驗時不能和虛擬實驗完全一樣，所以實物實驗要加大難度，可以事先由教師人為設(shè)置實驗故障，教學(xué)中適時啟發(fā)學(xué)生的思維、巡視檢查學(xué)生的排查故障情況、及時發(fā)現(xiàn)并糾正學(xué)出現(xiàn)的錯誤，最后進(jìn)行實驗總結(jié)。創(chuàng)新性實驗可以是綜合性實驗的全部或者部分。它是在前面三個部分基礎(chǔ)上的又一次的提升，教師提出創(chuàng)新實驗課題，讓學(xué)員充分運用各種資源，進(jìn)行網(wǎng)上討論和實驗設(shè)計，利用課外時間成立實驗小組來開展創(chuàng)新實驗。

2 “虛實結(jié)合”的考核方式

不同院校專業(yè)根據(jù)各自的教學(xué)目的和教學(xué)要求決定考核方式?！疤搶嵔Y(jié)合”的實驗課程考試要求檢驗學(xué)生在虛擬環(huán)境和現(xiàn)實環(huán)境中解決問題的能力，因此考試要求包括虛、實兩部分內(nèi)容，均要求學(xué)生在課堂上規(guī)定的時間內(nèi)完成。

五 結(jié)語

“虛實結(jié)合”的實驗環(huán)境及課程設(shè)計有利于提高實驗教學(xué)質(zhì)量有利于激發(fā)學(xué)生的興趣和積極性，可節(jié)省投入，對培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力有較大的幫助。各院?？筛鶕?jù)掌握的資源條件建立最高性價比的實驗室，并設(shè)計配套的教學(xué)方案和考試方式。同時院校間可加強(qiáng)合作、共享資源，不斷吸收企業(yè)、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的先進(jìn)技術(shù)和教學(xué)經(jīng)驗，推進(jìn)“虛實結(jié)合”的實驗室建設(shè)及教學(xué)模式的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1][3] 田青，邵美科.信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)“計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)的思考與實踐[J].計算機(jī)教育，2009，(4):87-89.

[2] 李冠群，丁友斌.E-learning與《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課程教學(xué)的整合[J].安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2009，9(4):81-83.

[4] 吳俊強(qiáng).構(gòu)建虛實結(jié)合的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實訓(xùn)室[J].實驗室研究與探索，2009，28(11):245-247.

[5] 孫燕蓮，文福安.虛擬實驗教學(xué)的探索與實踐[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2009，19(4):131-132.

[6] 王元娟.基于高校虛擬實驗室發(fā)展若干問題的建議[J].科技信息，2009，(7):130.

[7] 蘭水華，丁麗麗等.“虛實結(jié)合”實驗教學(xué)模式的研究與實踐[J].實驗室科學(xué)，2006，(3):14-16.