趙春鳳

（臨沂大學(xué) 教育學(xué)院，山東 臨沂 276000）

1 問題的提出

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是教育技術(shù)學(xué)專業(yè)以及計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門專業(yè)核心課程,課程內(nèi)容涵蓋了網(wǎng)絡(luò)基本概念、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、常見網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的工作原理、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)管理以及安全等知識(shí)[1],是一門理論性和實(shí)踐性并重的課程。該課程的目標(biāo)要求學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概念和原理、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的工作原理,并在掌握基本原理的基礎(chǔ)上,強(qiáng)調(diào)發(fā)展組建網(wǎng)絡(luò)、維護(hù)網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用能力。課程在第四學(xué)期開設(shè),共48學(xué)時(shí),其中實(shí)驗(yàn)教學(xué)16學(xué)時(shí)。通過課程開始時(shí)的調(diào)查,學(xué)生均有個(gè)人電腦,宿舍、教學(xué)樓均可上網(wǎng),因此學(xué)生在課余時(shí)間具備虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境自主實(shí)驗(yàn)的條件。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)在該課程中占有十分重要的位置,是一個(gè)重要的、必不可少的環(huán)節(jié)。通過實(shí)驗(yàn)可以幫助學(xué)生理解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念和協(xié)議工作原理,掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信和組網(wǎng)的相關(guān)操作[2],是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相分離,學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中很難將學(xué)到的抽象理論知識(shí)與實(shí)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用聯(lián)系起來。這導(dǎo)致理論課沒有結(jié)合實(shí)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用情況,而技能訓(xùn)練又得不到理論指導(dǎo)。同時(shí),真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中很難開展大型的綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入Wireshark軟件和Cisco Packet Tracer網(wǎng)絡(luò)模擬器,采用虛擬環(huán)境實(shí)驗(yàn)和真實(shí)環(huán)境實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,能更好地培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)造能力。

該課程教學(xué)中還存在“課程學(xué)時(shí)數(shù)少,實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)少”等問題,僅靠課堂的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)是完全不夠的?；旌鲜綄W(xué)習(xí)(Blended Learning)是把傳統(tǒng)課堂面對(duì)面學(xué)習(xí)和在線學(xué)習(xí)結(jié)合、兩者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的一種學(xué)習(xí)方式[3]。借鑒這種線上線下混合學(xué)習(xí)的方式,采用課堂師生面對(duì)面教師指導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)和學(xué)生利用虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境自主實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)形式,可以充分利用學(xué)生的課外時(shí)間,拓展實(shí)驗(yàn)的時(shí)間和空間邊界。

2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的總體設(shè)計(jì)

首先根據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程教學(xué)大綱、課程內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)大綱和實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)等,厘清實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。分析每一章的知識(shí)點(diǎn),厘清實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,確定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,確定項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)混合式實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)見圖1。

根據(jù)學(xué)生需要達(dá)到的水平和實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù),可以安排6個(gè)相對(duì)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,見表1。

2.2 混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體設(shè)計(jì)

逐一分析上述實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的性質(zhì)、特點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo),按照混合式實(shí)驗(yàn)的基本理念,將上述實(shí)驗(yàn)分別進(jìn)行混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體設(shè)計(jì),構(gòu)成本課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本框架。

表1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)安排

圖1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程混合式實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)

2.2.1 混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的分析維度

根據(jù)實(shí)驗(yàn)環(huán)境是真實(shí)還是虛擬的,實(shí)驗(yàn)過程是教師指導(dǎo)還是學(xué)生自主,得出計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)混合式實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分析的基本架構(gòu),見圖2。為此,得出下列不同層級(jí)的實(shí)驗(yàn)形式。

圖2 混合式實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的分析框架

(1)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境教師指導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)。在教師的演示指導(dǎo)下,學(xué)生在虛擬的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)親自搭建網(wǎng)絡(luò),親手配置、調(diào)試網(wǎng)絡(luò)。在虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中,學(xué)生可以更直觀、全面地了解各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置運(yùn)行情況,從配置、應(yīng)用、協(xié)議、原理深化學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的理解,從感性認(rèn)識(shí)過渡到理性理解。

(2)真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境教師指導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境提供一個(gè)虛擬的環(huán)境,實(shí)驗(yàn)缺少“實(shí)物感”。虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境很難仿真復(fù)雜的真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境、硬件設(shè)備可能的突發(fā)故障等。學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置和運(yùn)行過程的理解,對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的掌握還需在真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行,仍需在真實(shí)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中體驗(yàn)和培養(yǎng)。

(3)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境學(xué)生自主的實(shí)驗(yàn)。對(duì)于教師指導(dǎo)的實(shí)驗(yàn),還存在理解不透徹、原理不明晰等問題,學(xué)生可以利用虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境課外時(shí)間自主實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中遇到問題可以及時(shí)進(jìn)行師生、生生交流和答疑,大大拓展了課堂的時(shí)間和空間邊界。

(4)真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境學(xué)生自主的實(shí)驗(yàn)。利用學(xué)校的開放實(shí)驗(yàn)室,學(xué)生可以在真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中自主實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可以是課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中的內(nèi)容,也可以是學(xué)生自主選擇的拓展性項(xiàng)目。

為了保證學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行,學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)前,教師把虛擬實(shí)驗(yàn)軟件、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊(cè)等上傳到Moodle網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái),學(xué)生線上利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)可以獲取相應(yīng)信息。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求和指導(dǎo),學(xué)生利用虛擬實(shí)驗(yàn)軟件動(dòng)手實(shí)驗(yàn),遇到問題可以在Moodle網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)中生生討論、師生討論。線下課堂中學(xué)生展示、交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果,分享收獲和疑問,教師針對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中的問題給予指導(dǎo)與答疑,總結(jié)反饋,重要知識(shí)點(diǎn)的強(qiáng)化等,見圖3。

圖3 混合式實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)

2.2.2 混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的構(gòu)成

按照上述思路,對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行分析,構(gòu)成該課程混合式實(shí)驗(yàn)的具體設(shè)計(jì),見表2。

3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施

根據(jù)本課程的教學(xué)設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)需要解決的重點(diǎn)和難點(diǎn),本課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程主要采用混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課堂理論教學(xué)及真實(shí)環(huán)境實(shí)驗(yàn)與虛擬平臺(tái)實(shí)驗(yàn),教師指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)和學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)形成了相互支持的有機(jī)整體。通過這些活動(dòng),學(xué)生將對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念及基本原理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、常用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的工作原理、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與管理等有比較深入的理解。

3.1 加深學(xué)生對(duì)課程基本理論的理解

3.1.1 理論教學(xué)中有機(jī)融入實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)十分抽象,網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的工作原理是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)?，F(xiàn)有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教材都針對(duì)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的每個(gè)層次(比如物理層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層等)獨(dú)立成章[4]。學(xué)生在理論學(xué)習(xí)的過程中難以將抽象的理論與日常生活中的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用聯(lián)系起來。因此,理論課沒有結(jié)合網(wǎng)絡(luò)實(shí)際應(yīng)用,技能訓(xùn)練又沒有理論的及時(shí)指導(dǎo),學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)和技能掌握不到位[5]。

為了更好地將理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來,深化學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解,理論教學(xué)中融合虛擬環(huán)境實(shí)驗(yàn),通過觀察、搭建、配置,學(xué)生能理解實(shí)際網(wǎng)絡(luò)是如何工作的,其組建、管理、維護(hù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的能力也就提高了。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入了Wireshark軟件和Cisco Packet Tracer網(wǎng)絡(luò)模擬器,通過虛擬仿真技術(shù),建立一個(gè)仿真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,可以使實(shí)驗(yàn)不受場(chǎng)地與設(shè)備的限制,無須考慮網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行及其連接的問題,提高學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的效率和成功率,更好地將理論和實(shí)踐結(jié)合起來,更好地培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)造能力。

3.1.2 借助實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目解決課程難點(diǎn)。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)知識(shí)點(diǎn)多,協(xié)議的工作原理抽象、不容易理解。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的工作原理是這門課程的重點(diǎn)之一。要把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議的工作原理和實(shí)際結(jié)合起來,需要將網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中每一層涉及的主要協(xié)議的工作原理結(jié)合起來,尤其是將抽象復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來,提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性。

表2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程混合式實(shí)驗(yàn)情況

傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程注重對(duì)通信協(xié)議的理論分析,詳細(xì)分析和講解網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中每一層涉及的協(xié)議,但學(xué)生仍難以完全理解網(wǎng)絡(luò)的通信過程。借助Wireshark虛擬仿真軟件,可以仿真網(wǎng)絡(luò)通信的過程,獲取一次通信的全部數(shù)據(jù)包,然后按照網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的層次解讀分析每一個(gè)數(shù)據(jù)包,學(xué)生就可以相對(duì)直觀全面地掌握協(xié)議、通信過程。

數(shù)據(jù)包的捕獲和分析實(shí)驗(yàn),只安排了2學(xué)時(shí)。課上學(xué)習(xí)軟件的安裝和使用方法,以抓取Ethernet II幀為例,了解如何抓取數(shù)據(jù)包,如何分析抓取的數(shù)據(jù)包。對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層的重要網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,如IP協(xié)議、ICMP協(xié)議、TCP協(xié)議和UDP協(xié)議、HTTP協(xié)議等,則沒有專門的課堂實(shí)驗(yàn)時(shí)間進(jìn)行抓取和分析。

在學(xué)習(xí)了每個(gè)層次涉及的重要協(xié)議之后,要求學(xué)生課后利用虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行相應(yīng)的協(xié)議數(shù)據(jù)包獲取分析實(shí)驗(yàn),對(duì)抓取的數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析,各層主要協(xié)議基本原理和實(shí)現(xiàn)過程的抽象理論變得相對(duì)形象直觀,學(xué)生便于理解。數(shù)據(jù)包的捕獲與分析實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)詳情見表3。

3.2 強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)

3.2.1 虛擬—真實(shí)—虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練。

真實(shí)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境需要復(fù)雜的硬件設(shè)備,比如計(jì)算機(jī)、網(wǎng)卡、雙絞線、交換機(jī)、路由器、服務(wù)器、工作站等。這些硬件設(shè)備的復(fù)雜性和設(shè)備運(yùn)行的不可控等問題,往往容易導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗,且不容易找到實(shí)驗(yàn)失敗的原因,最終會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的效果,影響學(xué)生實(shí)驗(yàn)的信心和興趣。在復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中,學(xué)生不容易理解實(shí)驗(yàn)原理和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作過程。

同時(shí),從理論的學(xué)習(xí)到實(shí)踐活動(dòng)的開展,中間需要一個(gè)過渡,即學(xué)生在進(jìn)入真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)之前,需要有一定的準(zhǔn)備工作,對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的屬性、特征、基本配置、操作等有一個(gè)總體的把握,帶著這些必要的準(zhǔn)備工作和知識(shí)儲(chǔ)備進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室,才不至于無所適從。

在進(jìn)入真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境前,學(xué)生先在虛擬的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中親自搭建網(wǎng)絡(luò),親手配置、調(diào)試網(wǎng)絡(luò)。在虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中,學(xué)生可以更直觀、全面地了解各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置運(yùn)行情況,從配置、應(yīng)用、協(xié)議、原理等方面深化學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的理解,從感性認(rèn)識(shí)過渡到理性理解。真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境后,學(xué)生進(jìn)一步搭建網(wǎng)絡(luò),并配置驗(yàn)證,在真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題,提高實(shí)踐動(dòng)手能力。學(xué)生針對(duì)真實(shí)環(huán)境實(shí)驗(yàn)中的疑惑、思考,可以在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中再次實(shí)驗(yàn)。課堂內(nèi)外、真實(shí)和虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境形成一個(gè)有機(jī)整體,完成知識(shí)由整體感知、深入理解到鞏固內(nèi)化,見圖4。

圖4 虛擬—真實(shí)—虛擬實(shí)驗(yàn)流程

3.2.2 綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)開展。

真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中,像設(shè)計(jì)校園網(wǎng)這種大型綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)很難開展。學(xué)生已經(jīng)完成了真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境和虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中小型局域網(wǎng)組建、交換機(jī)、路由器等實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練,如何把這些應(yīng)用綜合起來,設(shè)計(jì)一個(gè)校園網(wǎng),是提升學(xué)生綜合實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)。

表3 數(shù)據(jù)包的捕獲與分析

本課程要求學(xué)生基于Cisco Packet Tracer設(shè)計(jì)一個(gè)校園網(wǎng),實(shí)驗(yàn)可以不受場(chǎng)地與設(shè)備的限制,無須考慮網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行及其連接的問題,提高學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的成功率和效率。該實(shí)驗(yàn)可以更好地把理論和實(shí)踐結(jié)合起來,提高學(xué)生綜合分析問題和解決問題的能力,更有利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

4 結(jié) 語

混合式實(shí)驗(yàn)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中應(yīng)用,取得了良好的效果。這種學(xué)習(xí)方式讓學(xué)生盡可能多地參與實(shí)驗(yàn)前、實(shí)驗(yàn)中、實(shí)驗(yàn)后的各個(gè)環(huán)節(jié),激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)參與度,學(xué)習(xí)效果有較顯著的提高。

為了解學(xué)生對(duì)課程教學(xué)的評(píng)價(jià)意見,在Moodle網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)中開辟了討論區(qū)“談?wù)勀銓?duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程教學(xué)的認(rèn)識(shí)和體會(huì)”,讓學(xué)生發(fā)表意見。學(xué)生討論交流非常積極。通過瀏覽學(xué)生發(fā)表的詳細(xì)內(nèi)容,發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)課程的教學(xué)改革、教師的教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革等方面持認(rèn)同、贊賞的態(tài)度。大部分學(xué)生認(rèn)為,通過這種學(xué)習(xí)方式,可以根據(jù)自己的情況自主實(shí)驗(yàn),學(xué)生的動(dòng)手能力提高了,對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的工作原理理解比較透徹了。