李 楠，李玉龍，張華衛(wèi)

（1.蘭州交通大學(xué) 計算機科學(xué)與技術(shù)國家級實驗教學(xué)示范中心，甘肅 蘭州 730070；2.蘭州交通大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院,甘肅 蘭州 730070）

0 引言

中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心發(fā)布的第42次《中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計報告》顯示，截至2018年6月，中國網(wǎng)民規(guī)模達(dá)到8.02億，普及率為57.7%；2018年上半年新增網(wǎng)民2 968萬人，較2017年末增長3.8%[1]，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)深入到社會生活的各個方面，因此，有必要加強計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用人才的培養(yǎng)。計算機網(wǎng)絡(luò)課程目前已經(jīng)成為高校計算機專業(yè)的核心課程[2-3]，理論知識點多、技術(shù)更新快、學(xué)生理解困難，必須通過相配套的實驗課程進行理論知識的鞏固與理解。如何改進實驗課程教學(xué)理念，規(guī)范實驗教學(xué)內(nèi)容，建立與理論教學(xué)相配套的實驗教學(xué)體系，更好地為培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才服務(wù)，是當(dāng)前計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)中需要考慮的首要問題[4]。

1 CDIO教育理念在計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)中的意義

CDIO是由麻省理工學(xué)院（MIT）、瑞典皇家工學(xué)院等4所大學(xué)共同倡導(dǎo)的一整套工程教育理念和實施體系[5]。在CDIO教育理念的指引下，實踐教學(xué)應(yīng)該增加綜合性實驗和開放創(chuàng)新性實驗的數(shù)量，充分提升學(xué)生的主動性和創(chuàng)新意識；要加強實驗室設(shè)備的改造升級，讓更多學(xué)生進行實踐操作；創(chuàng)造機會讓學(xué)生參與教師的科研項目開發(fā)，了解項目開發(fā)的整個流程。

2 CDIO引領(lǐng)下計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)體系的構(gòu)建

為了真正在實踐教學(xué)中體現(xiàn)“構(gòu)思—設(shè)計—實現(xiàn)—運行”，需要對計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)進行一系列的改革。

2.1 加大經(jīng)費投入，完善實驗室設(shè)備

以蘭州交通大學(xué)為例，網(wǎng)絡(luò)實驗室僅有6個實驗機柜，每個實驗機柜內(nèi)有4臺交換機、2臺路由器，配有6臺可供實驗的PC機，通常只能分批次地實驗；由于交換機初始化配置端口僅有6個，路由器配有2個以太網(wǎng)口，無法進行相對復(fù)雜的綜合性實驗項目。

按照一次安排整班（60人）實驗來計算，還需要增加4個實驗機柜，包括16臺交換機和12臺路由器，同時對于實驗室的每臺路由器均需要增加1個串口模塊。完善設(shè)備后，學(xué)生都能有充分的動手機會，完成較復(fù)雜的綜合性實驗。

2.2 提升教師的實踐教學(xué)能力

由于網(wǎng)絡(luò)實驗室的教師多數(shù)沒有管理網(wǎng)絡(luò)工程項目的實踐經(jīng)驗，教學(xué)中無法培養(yǎng)學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)組態(tài)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的感性認(rèn)識，僅停留在理論角度，無法做到“學(xué)有所用、學(xué)以致用”。

我校定期與銳捷、H3C、思科等國內(nèi)外著名的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商聯(lián)系，對教師進行有針對性的培訓(xùn)，去年組織實驗教師參加了銳捷公司的“園區(qū)網(wǎng)項目實戰(zhàn)教師集訓(xùn)營”培訓(xùn)，拓寬了教學(xué)思路，對提升實踐教學(xué)能力大有幫助；同時要求教師積極參與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的實際工程項目，為實驗教學(xué)積累實踐經(jīng)驗。

2.3 設(shè)計虛實結(jié)合的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)體系

計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)中典型實驗案例不足，導(dǎo)致實驗教學(xué)內(nèi)容過于單一化。實驗主要為基礎(chǔ)驗證性實驗，或者是簡單的設(shè)計性實驗（見表1）。在CDIO理念指引下，對計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)內(nèi)容加以優(yōu)化處理，形成層次化、遞進式的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)體系（見表2）。

表1 傳統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)實驗項目

表2 新計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)體系

（續(xù)）表2

基礎(chǔ)驗證性實驗是以知識和動手能力為基礎(chǔ)，讓學(xué)生了解各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能、接口以及各種線纜的連接方式等，學(xué)生應(yīng)針對老師提出的問題，具備通過實際操作將其解決的能力；設(shè)計性實驗要求學(xué)生在對知識運用的基礎(chǔ)上，可以從不同的角度設(shè)計方案，以培養(yǎng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力；綜合性實驗則是若干知識點及相關(guān)技術(shù)相結(jié)合的實驗，在做基礎(chǔ)驗證性實驗時，就要讓學(xué)生弄清楚問題及解決方法；開放創(chuàng)新性實驗使用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都是最新技術(shù)，技術(shù)復(fù)雜程度高，可以引導(dǎo)學(xué)生采用虛擬軟件進行實驗，詳細(xì)分析計算機網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的過程。

由于各個實驗項目的特點不同，采用“虛擬軟件+真實設(shè)備”的方式開展實驗項目，解決實驗設(shè)備不足或無法進行復(fù)雜實驗的缺陷，既能夠提高實驗教學(xué)的效果，同時又能使學(xué)生的實踐動手能力及創(chuàng)新思維得到提升。

2.4 設(shè)計實踐項目

CDIO理念強調(diào)的是“做中學(xué)”[6-7]，依托項目案例進行實驗教學(xué)活動。在實際的教學(xué)中，以具體的項目為線索，在項目之中體現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生能夠掌握實驗項目的所有環(huán)節(jié)，逐步培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、自學(xué)能力以及團隊協(xié)作能力。本文以“VLAN間的通信”為例進行實驗項目設(shè)計。該實驗項目以2～3人為一個小組，共同參與實驗的全過程。

2.4.1 設(shè)計背景

某高校有電信學(xué)院、自動化學(xué)院、土木工程學(xué)院、環(huán)境工程學(xué)院，4個學(xué)院內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)都是獨立的局域網(wǎng)，為了實現(xiàn)信息共享，現(xiàn)在要求學(xué)院之間能夠相互通信。

2.4.2 需求分析

各個學(xué)院自身網(wǎng)絡(luò)應(yīng)便于管理，保持相對獨立；利用交換機、路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，實現(xiàn)獨立局域網(wǎng)之間的通信。

2.4.3 規(guī)劃方案

各個學(xué)院局域網(wǎng)的獨立性可以通過VLAN劃分得以保證[8]，在此基礎(chǔ)上，為了解決多個局域網(wǎng)之間的互連，利用所學(xué)的知識，可以考慮通過二層交換機、三層交換機、路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行局域網(wǎng)擴展。需要注意不同品牌型號的交換機，結(jié)構(gòu)、性能、價格、配置方式都不同。3種局域網(wǎng)互聯(lián)規(guī)劃方案如圖1所示。

圖1 “VLAN間的通信”規(guī)劃方案

2.4.4 設(shè)計網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D與網(wǎng)絡(luò)布局圖

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D反映網(wǎng)絡(luò)中各實體間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，用于解釋原理；網(wǎng)絡(luò)布局圖用于描述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的實際布線情況。在布局設(shè)計中，學(xué)生可以集思廣益，體現(xiàn)創(chuàng)新性。在規(guī)劃設(shè)計后，學(xué)生需要使用Visio軟件畫圖；指導(dǎo)教師審閱后，修改完善；學(xué)生要利用Packet Tracer模擬器進行設(shè)備選型、連線、配置及仿真調(diào)試；各小組學(xué)生答辯，講解自己的設(shè)計方案及仿真過程；最后對所有設(shè)計方案進行評價，選出好的設(shè)計方案供其他小組參考學(xué)習(xí)。這種方式可以增強學(xué)生的團隊協(xié)作能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2.4.5 實施階段

學(xué)生動手制作網(wǎng)線，使用網(wǎng)絡(luò)測試儀測試，從制作質(zhì)量、通信情況等方面進行評比，提高學(xué)生的實踐操作能力和競爭意識；學(xué)生通過查找資料了解H3C、思科、銳捷等各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的特點，小組內(nèi)討論學(xué)習(xí)，選擇其中一種設(shè)備進行配置，最終測試各個局域網(wǎng)之間是否可以正常通信。

2.4.6 估算項目成本

學(xué)生要對整個項目中所用到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)線、水晶頭的數(shù)量及價格進行計算，培養(yǎng)學(xué)生在設(shè)計方案選取時的成本意識。

2.4.7 修改設(shè)計報告

實驗報告書寫時要注意書寫格式及規(guī)范化的語言，實驗教師通過答疑、QQ等方式多次對設(shè)計報告進行修改。

2.5 實施過程和結(jié)果并重的考核方式

科學(xué)合理的實驗考核方式，能夠較好地反映學(xué)生對知識的掌握程度和實踐操作水平，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，教師也能在考核過程中總結(jié)經(jīng)驗，持續(xù)改進和完善實驗教學(xué)。

計算機網(wǎng)絡(luò)實驗成績包括平時成績（55%）+實驗報告（45%），平時成績包括實驗預(yù)習(xí)成績（10%）、考勤成績（5%）、實驗操作成績（30%）和答疑成績（10%）4部分，其中，答疑成績包括學(xué)生對所做實驗的延伸操作及創(chuàng)新發(fā)揮。這種過程和結(jié)果并重的實驗考核評價方式，要求學(xué)生重視實驗的全過程，能夠調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提升學(xué)生的實踐操作能力及創(chuàng)新能力，明顯改善實驗教學(xué)效果。

3 結(jié)語

在響應(yīng)國家對高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求下，基于CDIO工程的教育理念，對計算機網(wǎng)絡(luò)課程的實驗教學(xué)內(nèi)容進行歸類和優(yōu)化，改善實驗環(huán)境，增加師資力量，運用多種實驗教學(xué)方法及手段，同時采取過程和結(jié)果并重的考核評價方式，逐步形成新的實驗教學(xué)體系，以進一步提高學(xué)生的實踐操作能力、團隊協(xié)作能力及創(chuàng)新意識。我校計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生一年多的教學(xué)實踐表明，重構(gòu)的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)體系行之有效，對于培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型人才具有重要意義。