張萬(wàn)禮，路紅梅，宋啟祥，房愛(ài)東，楊小瑩

宿州學(xué)院信息工程學(xué)院，安徽宿州,234000

基于工程教育的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

張萬(wàn)禮，路紅梅，宋啟祥，房愛(ài)東，楊小瑩

宿州學(xué)院信息工程學(xué)院，安徽宿州,234000

針對(duì)我國(guó)應(yīng)用型高校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題，研究了如何進(jìn)行基于工程教育模式的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。首先通過(guò)構(gòu)建一體化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，在校內(nèi)實(shí)施單元實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)，在校企合作基地進(jìn)行實(shí)踐，解決理論與實(shí)踐環(huán)節(jié)的孤立化問(wèn)題；然后結(jié)合當(dāng)代工程應(yīng)用的實(shí)際，制定符合要求的創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使學(xué)生能夠適應(yīng)當(dāng)代工程實(shí)踐工作的需要；采用真實(shí)實(shí)驗(yàn)為主、虛擬實(shí)驗(yàn)為輔的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為學(xué)生提供更廣闊的實(shí)驗(yàn)空間；最后通過(guò)成立開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室和科技活動(dòng)小組，實(shí)現(xiàn)分組實(shí)驗(yàn)、基本實(shí)驗(yàn)和自主實(shí)驗(yàn)結(jié)合以及撰寫課程論幾種方式激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)；工程教育；教學(xué)體系；虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

工程教育目的是把學(xué)生培養(yǎng)成為滿足社會(huì)需要的工程人才[1]，著力培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)、加強(qiáng)工程訓(xùn)練和提高工程實(shí)踐能力，以滿足工作崗位的要求。在我國(guó)本科院校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，缺乏對(duì)學(xué)生工程能力的培養(yǎng)[2-3]。因此，課程體系教學(xué)與產(chǎn)業(yè)需求聯(lián)系不緊密，教學(xué)實(shí)踐有悖工程化原則[4]。

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了大量的研究。林元乖提出建立立體化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和創(chuàng)新型的實(shí)驗(yàn)環(huán)境[5]；杜興勇等提出對(duì)不同層次的學(xué)生采用不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行教學(xué)，以克服傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的不足[6]；王盛邦等提出面向應(yīng)用的綜合案例型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[7]。這些研究均未將工程教育思想貫穿到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，針對(duì)此問(wèn)題，本文提出基于工程教育的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和工程實(shí)踐能力。

1 創(chuàng)建一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)教學(xué)體系的工程化

以“工程教育”為背景的人才培養(yǎng)方案要求將工程意識(shí)和工程技術(shù)能力培養(yǎng)貫穿整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程，使學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)，提高工程意識(shí)和工程實(shí)踐能力。而目前理論與實(shí)踐環(huán)節(jié)孤立化，針對(duì)這一局面，建立“一體化”實(shí)踐教學(xué)體系，如圖1所示。

在校內(nèi)實(shí)施第一階段，即教學(xué)過(guò)程中實(shí)施的單元實(shí)驗(yàn)以及綜合實(shí)驗(yàn)，課程結(jié)束以課程設(shè)計(jì)方式進(jìn)行考核，然后進(jìn)入第二階段——基地實(shí)踐階段，將學(xué)生送入校企合作企業(yè)，學(xué)生把理論與企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，將所學(xué)內(nèi)容真正用到實(shí)踐中。本階段需要學(xué)生到企業(yè)進(jìn)行實(shí)踐，充分發(fā)揮校外實(shí)訓(xùn)基地的作用，在企業(yè)工程師的指導(dǎo)下參與真實(shí)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)。在真實(shí)環(huán)境中，培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和職業(yè)素質(zhì)，讓其盡快成長(zhǎng)為社會(huì)所需要的工程應(yīng)用人才。這一教學(xué)過(guò)程，學(xué)生真正將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際中，達(dá)到工程化教育的目的。第三個(gè)階段，將所學(xué)內(nèi)容用到畢業(yè)設(shè)計(jì)中，綜合各項(xiàng)知識(shí)，結(jié)合基地實(shí)踐，進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)。 新教學(xué)體系實(shí)現(xiàn)了單元實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)、基地實(shí)踐以及畢業(yè)設(shè)計(jì)的一體化，有效解決了實(shí)踐環(huán)節(jié)孤立化的問(wèn)題，提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

2 創(chuàng)新改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的工程化

創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容，讓其貼近當(dāng)代工程應(yīng)用的實(shí)際。根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱要求以及已有的實(shí)驗(yàn)條件，創(chuàng)新可行性的教學(xué)內(nèi)容。設(shè)置必做與選做兩類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，將理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)操作結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的靈活性、多層次性和科學(xué)化，使學(xué)生畢業(yè)后能夠適應(yīng)當(dāng)代工程實(shí)踐工作的需要。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)主要是讓學(xué)生通過(guò)實(shí)際的動(dòng)手操作，深化對(duì)理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方式，提高動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。在多年的教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目側(cè)重硬件的學(xué)習(xí)與鍛煉。創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)融入系統(tǒng)的工程教育理念，相對(duì)一般實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，具有更高的挑戰(zhàn)性。創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚝芎玫卣{(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)能力，實(shí)現(xiàn)工程化教育對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的要求。

表1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

本文將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為設(shè)計(jì)型、驗(yàn)證型、綜合型和創(chuàng)新型。設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)包括路由器、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置：廣域網(wǎng)以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等屬于驗(yàn)證型；局域網(wǎng)等屬于能力提高型實(shí)驗(yàn)，將其歸化為綜合型實(shí)驗(yàn)；因特網(wǎng)模擬實(shí)驗(yàn)等屬于創(chuàng)新型，如表1所示。設(shè)計(jì)型和創(chuàng)新型有利于素質(zhì)的培養(yǎng)。因此，在設(shè)計(jì)型和綜合型的基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性。實(shí)驗(yàn)類型的個(gè)性化，能夠提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的吸引力。

3 創(chuàng)新改進(jìn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

遵循以真實(shí)實(shí)驗(yàn)為主、虛擬實(shí)驗(yàn)為輔的原則，開(kāi)發(fā)利用虛擬實(shí)驗(yàn)室，結(jié)合各自的優(yōu)勢(shì)，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生在實(shí)際、科研和創(chuàng)新方面的能力得到有效提高，有助于案例教學(xué)、工程項(xiàng)目化教學(xué)等“工程化”教學(xué)方式的開(kāi)展。

虛擬實(shí)驗(yàn)室的體系結(jié)構(gòu)采用B/S (瀏覽器/服務(wù)器)模式，如圖2所示。安裝一個(gè)客戶端瀏覽器，通過(guò)圖形用戶界面輸入客戶的信息要求，提交給服務(wù)器或在客戶本地處理，實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)，本地瀏覽器上運(yùn)行虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件系統(tǒng)，利用其驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果。聊天客戶端軟件：向服務(wù)器發(fā)出連接請(qǐng)求，請(qǐng)求成功后，發(fā)送數(shù)據(jù)信息到服務(wù)器進(jìn)行處理，處理結(jié)果傳給已連接的客戶端。服務(wù)器端：具有控制、用戶管理和通訊接口等功能，客戶瀏覽器被用戶訪問(wèn)，是網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的核心。聊天服務(wù)器為每個(gè)連接請(qǐng)求成功的用戶創(chuàng)建一個(gè)線程，在關(guān)閉連接之前，一直由其負(fù)責(zé)客戶的通信工作。后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)：存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、結(jié)果、虛擬儀器等模擬信息以及用戶信息，由虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)調(diào)用，供教師檢查。

圖2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)圖

如圖3所示，真實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)操作的交互性和系統(tǒng)的開(kāi)放性。

學(xué)生可以到虛擬實(shí)驗(yàn)中尋找在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中遇到問(wèn)題的答案，用虛擬實(shí)驗(yàn)中的經(jīng)驗(yàn)解決真實(shí)實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題，然后再進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可在兩種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)之間，根據(jù)實(shí)際情況隨意穿梭。虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)相輔相承，相互促進(jìn)，為學(xué)生提供了更廣闊的實(shí)驗(yàn)空間。學(xué)生從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)到完成，都是自主的。教師只起輔助作用，負(fù)責(zé)指導(dǎo)、答疑、監(jiān)控和評(píng)價(jià)學(xué)生。

4 激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力

成立開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室和科技活動(dòng)小組，讓學(xué)生自主地開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，使實(shí)驗(yàn)室真正成為滿足不同層次教學(xué)需要、面向?qū)W生開(kāi)放的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)驗(yàn)基地和人才培養(yǎng)基地，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和就業(yè)創(chuàng)業(yè)能力，進(jìn)而達(dá)到工程化教育的目的。

實(shí)行分組實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)合作能力。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的部分實(shí)驗(yàn)不是一個(gè)人能夠單獨(dú)完成的[8]，在實(shí)際教學(xué)中，讓學(xué)生自主分組共同完成同一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生不僅僅掌握了知識(shí)，更重要的是鍛煉了他們的團(tuán)隊(duì)精神和協(xié)調(diào)能力。

基本實(shí)驗(yàn)和自主實(shí)驗(yàn)結(jié)合，教學(xué)中不局限于給學(xué)生提供要掌握的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)還可以給學(xué)有余力的學(xué)生一些自主學(xué)習(xí)項(xiàng)目，鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。撰寫課程論文，掌握發(fā)展動(dòng)態(tài)。在實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束時(shí)，給學(xué)生布置關(guān)于了解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)一項(xiàng)新技術(shù)的論文，并談?wù)勛约簩?duì)于本課程的認(rèn)識(shí)。教學(xué)實(shí)踐證明，論文的撰寫不僅能夠加深學(xué)生對(duì)課程的認(rèn)識(shí)，同時(shí)還能培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)未來(lái)工作需要的能力和素質(zhì)。

5 結(jié)束語(yǔ)

為了提高應(yīng)用型高校網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)工程化思想，急需對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革。根據(jù)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，構(gòu)建一體化的教學(xué)體系，制定符合實(shí)際的創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，采用虛擬環(huán)境和真實(shí)環(huán)境相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，能夠有效提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，從而使網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果得到了很大的提高。有效培養(yǎng)了學(xué)生的技能、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)造能力以及學(xué)生的綜合素質(zhì)，體現(xiàn)了應(yīng)用型高校工程化教育的辦學(xué)思想。

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2013-08-16

安徽省高等學(xué)校省級(jí)教學(xué)研究項(xiàng)目“以應(yīng)用能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)方法研究”(2008jxm518)；宿州學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目“應(yīng)用型高校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新教學(xué)研究”(szxyjyxm201111)；安徽省高等學(xué)校省級(jí)教學(xué)研究項(xiàng)目“地方本科高?！吭接?jì)劃’教學(xué)質(zhì)量保障體系的構(gòu)建”(2012jyxm540)；安徽省教育廳質(zhì)量工程項(xiàng)目“注重CAD能力培養(yǎng)的化工專業(yè)實(shí)踐教學(xué)研究”(20101077)；宿州學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目“操作系統(tǒng)雙語(yǔ)教學(xué)的研究”(SZXYJYXM20110)；安徽省高等學(xué)校省級(jí)教學(xué)研究項(xiàng)目“CAD應(yīng)用能力培養(yǎng)”(20101077)。

張萬(wàn)禮(1977-)，安徽宿州人，碩士，講師，主要研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)。

10.3969/j.issn.1673-2006.2014.01.034

G642.0

A

1673-2006(2014)01-0118-03

(責(zé)任編輯劉小陽(yáng))