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(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學的設(shè)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(wǎng)絡(luò)實驗教學是計算機網(wǎng)絡(luò)教學的一個重要組成部分。針對網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學中存在的問題,圍繞計算機網(wǎng)絡(luò)教學的目標,提出分層設(shè)計實驗教學內(nèi)容的方法,并對教學內(nèi)容的實施進行了詳細的闡述。實踐結(jié)果表明,該實驗教學的改革取得了顯著的成效。

網(wǎng)絡(luò)工程； 實驗教學； 計算機網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心(CNNIC)發(fā)布的第38次《中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展狀況統(tǒng)計報告》[1],截至2016年6月,我國網(wǎng)民規(guī)模達7.10億,上半年新增網(wǎng)民2 132萬人,增長率為3.1%。我國互聯(lián)網(wǎng)普及率達到51.7%。目前我國絕大部分本科院校理工科專業(yè)都開設(shè)了計算機網(wǎng)絡(luò)課程,教育部還曾將計算機網(wǎng)絡(luò)作為計算機相關(guān)專業(yè)碩士研究生入學考試的科目之一[2-4]。然而,計算機網(wǎng)絡(luò)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(xié)議不斷升級、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)、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(wǎng)絡(luò)工程專業(yè),計算機網(wǎng)絡(luò)的教學有其特殊的內(nèi)涵和要求,實驗教學有不同于其他專業(yè)的特點,但在實施過程中,這樣的區(qū)別并不是太明顯。

1 計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學現(xiàn)狀

實驗教學與理論教學是計算機網(wǎng)絡(luò)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(nèi)不少院校在網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學方面做了不少有益的探索和嘗試,包括實驗環(huán)境建設(shè)、師資隊伍建設(shè)、教學內(nèi)容設(shè)計、教學方法改革,并取得了一定的成效[8-10]。但對網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)而言,計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學仍然存在一些不足。

1.1 實驗教學內(nèi)容設(shè)計不合理

實驗教學內(nèi)容的設(shè)計與其他專業(yè)并無明顯差異。有的將網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗課看成一門純技能課,重點培養(yǎng)學生的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置和系統(tǒng)服務(wù)配置能力。學生需掌握大量的工具軟件和硬件設(shè)備。其結(jié)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(wǎng)絡(luò)實驗課程變成協(xié)議分析課程,突出學生的協(xié)議分析能力,而忽視了學生網(wǎng)絡(luò)的基本網(wǎng)絡(luò)素養(yǎng)。有的則強調(diào)面面俱到,教學內(nèi)容與其他課程產(chǎn)生過多重疊,如路由器與交換機配置、常用服務(wù)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(yè)基礎(chǔ)等的差異,在教學內(nèi)容設(shè)計上要體現(xiàn)分類指導原則。在保證基本教學內(nèi)容的同時,要設(shè)計一些探索性、研究性實驗。目前部分院校在實驗教學內(nèi)容設(shè)計上追求“新而全”,實驗層次的劃分不明顯、內(nèi)容顯得雜亂,加重了學生的學習負擔,影響了學生的個性發(fā)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(yǎng)的不重視,實驗師資的建設(shè)一直落后于理論師資的建設(shè)。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(jīng)費等原因?qū)е聫氖聦嶒灲虒W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(wǎng)絡(luò)實驗教學的教師應具有以下的基本能力:網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計和實施能力；協(xié)議的分析和設(shè)計能力；網(wǎng)絡(luò)編程能力；不同操作系統(tǒng)下各種服務(wù)的配置能力；常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置和排錯能力；網(wǎng)絡(luò)性能的分析能力。由此可見,對計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教師的能力要求是全面的、系統(tǒng)的。

1.4 實驗教學考核評價不合理

在計算機網(wǎng)絡(luò)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(yǎng),出現(xiàn)高分低能的現(xiàn)象。

2 計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學內(nèi)容設(shè)計

2.1 計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學內(nèi)容設(shè)計的基本思考

要進行計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學內(nèi)容的設(shè)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(wǎng)絡(luò)教學實踐,結(jié)合網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)特點,考慮學生的具體情況，我院計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學圍繞3個目標進行。一是培養(yǎng)學生基本的網(wǎng)絡(luò)實踐能力。通過設(shè)計一些貼近實際應用、體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展教學內(nèi)容,切實提高學生的網(wǎng)絡(luò)技能,以此激發(fā)學生的學習興趣，使學生具有基本的網(wǎng)絡(luò)認知、網(wǎng)絡(luò)配置和網(wǎng)絡(luò)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(shù)字簽名、路由等，通過實驗使學生明晰網(wǎng)絡(luò)的運行機制,掌握網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。三是激發(fā)學生的探究精神。通過設(shè)計探索型、創(chuàng)新型實驗,培養(yǎng)學習的創(chuàng)新思維,激發(fā)學生的創(chuàng)新潛能,為學生今后從事網(wǎng)絡(luò)的學習和研究提供方法指導。

2.2 計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學內(nèi)容的設(shè)計

根據(jù)計算機網(wǎng)絡(luò)課程的教學目標,將網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學內(nèi)容分為4類:網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)類,通過該類實驗強化學生對網(wǎng)絡(luò)的認知能力,激發(fā)學生的學習熱情；網(wǎng)絡(luò)配置類,通過實驗,使學生具有基本的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計和配置能力；原理驗證類,通過該類實驗加深學生對網(wǎng)絡(luò)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(yǎng)學生的探究精神、激發(fā)學生的創(chuàng)新潛能。實驗教學內(nèi)容具體安排如表1所示。

表1 計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學模塊

表1(續(xù))

3 計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學實施

3.1 計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學實施的基本原則

(1) 課內(nèi)課外相結(jié)合的原則。計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學中涉及的內(nèi)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(wǎng)絡(luò)教學目標聯(lián)系密切的內(nèi)容安排在課堂教學中進行,而將一些對網(wǎng)絡(luò)的復雜規(guī)劃、設(shè)計、運維的內(nèi)容，以及對網(wǎng)絡(luò)運行機制作深層次探索的內(nèi)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(wǎng)絡(luò)的基本方法,為今后學習新的網(wǎng)絡(luò)原理和技術(shù)打下良好的基礎(chǔ)。

(2) 分類教學原則。由于學生的接受能力不同,未來的發(fā)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(nèi)容的前提下,開設(shè)若干選做實施，通過教師的引導,鼓勵學生自己構(gòu)建團隊進行探索，這有利于培養(yǎng)學生的探索精神、激發(fā)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新潛能,也有利于培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作精神。

(3) 獨立實驗與綜合實驗有機結(jié)合的原則。綜合實驗與獨立實驗之間應該是松耦合關(guān)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(yǎng)學生綜合運用網(wǎng)絡(luò)的能力,使學生從總體把握計算機網(wǎng)絡(luò)體系。所以在設(shè)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?？荚嚥皇钦n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(huán)境配置。復雜的實驗環(huán)境增加了學生的學習負擔,分散了學生的聚集能力。實驗環(huán)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(wǎng)絡(luò)的主要實驗,培養(yǎng)學生全局觀念。通過多年的實踐,我們使用VMware Workstation軟件構(gòu)建一個實驗用小型局域網(wǎng),在這種環(huán)境下可進行所有的網(wǎng)絡(luò)實驗。具體拓撲圖見圖1。

圖1 計算機網(wǎng)絡(luò)實驗拓撲圖

圖中的設(shè)備分為3個虛擬局域網(wǎng),在Serv2上增加3塊網(wǎng)卡。將Serv1和Serv2的網(wǎng)卡1規(guī)劃為LAN1,將PC1和Serv2網(wǎng)卡2規(guī)劃為LAN2,將Serv2的網(wǎng)卡3規(guī)劃為LAN3。主機:Cpu i5, 內(nèi)存8 GB,硬盤1T,操作系統(tǒng)Windows7。虛擬客戶機:內(nèi)存1 GB,硬盤50 GB,機操作系統(tǒng)Windows XP,安裝有數(shù)據(jù)包分析軟件。虛擬服務(wù)器:內(nèi)存2 GB,硬盤100 GB,操作系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)設(shè)備(如路由器、交換機、防火墻等),盡量使用主機的環(huán)境。關(guān)于具體網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的內(nèi)容會在其他課程中詳細討論,如“路由與交換技術(shù)”“計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成”等,而本門課程的相關(guān)實驗內(nèi)容都可以在Windows環(huán)境下通過對系統(tǒng)的配置來實現(xiàn)。

(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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)課程后,也不能理解網(wǎng)絡(luò)的工作原理與過程。在解理這2個概念時,一定要聯(lián)系C語言中的結(jié)構(gòu)體和函數(shù)的思想。可以通過演示實驗進行直觀形象的展示。

4 結(jié)語

計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學對學生掌握計算機網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)實驗教學存在的問題出發(fā),詳細介紹了計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學的基本原則以及內(nèi)容設(shè)計,并對計算機網(wǎng)絡(luò)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(jīng)過3年多的實踐,取得了明顯的成效,激發(fā)了學生的學習興趣,提升了學生的自主學習能力。

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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(wù)系統(tǒng)的研發(fā)(BY2016066—05)；江蘇省教育廳基于計算思維的大學生信息素養(yǎng)培養(yǎng)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(wǎng)絡(luò)相關(guān)課程的教學,研究方向為無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù).

E-mail：yctc_cai@126.com

G642.0

B

1002-4956(2017)5-0161-04