陳建國，李四海

（甘肅中醫(yī)藥大學(xué) 信息工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730000）

1 概述

教育部從2017 年2 月提出新工科[1]研究與實踐的理念，開啟深化我國工程教育改革，建設(shè)工程教育強國，從而推動我國經(jīng)濟發(fā)展和轉(zhuǎn)型的新模式、新結(jié)構(gòu)和新體系。學(xué)科專業(yè)建設(shè)要求面向新經(jīng)濟發(fā)展需要、面向未來、面向世界，不僅開展新興工科專業(yè)的研究與探索，更要對傳統(tǒng)工科專業(yè)進行更新升級。在組織方式上，要求地方高校組在充分利用地方資源的基礎(chǔ)上，對接地方經(jīng)濟社會發(fā)展需要和企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新要求，不斷深化產(chǎn)教融合、校企合作、協(xié)同育人，推動傳統(tǒng)工科專業(yè)改造升級，開展地方高校新工科研究和實踐。計算機網(wǎng)絡(luò)工程作為信息化高速公路上的基礎(chǔ)專業(yè)學(xué)科，要主動適應(yīng)“新工科”建設(shè)的需要，在人才培養(yǎng)上不僅要針對學(xué)生建立寬綽的理論知識體系，更要不斷加強并培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力，培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人員。實驗教學(xué)作為網(wǎng)絡(luò)理論課程的補充教學(xué)，在現(xiàn)階段是各高校提高學(xué)生實踐動手能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。但隨著互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺的逐步成熟以及社會的不斷轉(zhuǎn)型發(fā)展，原有的實驗教學(xué)模式[2]已不能滿足現(xiàn)階段公司對人才的高校準要求。因此，積極探索網(wǎng)絡(luò)實驗課程教學(xué)模式的新方法、新舉措，主動對接“新工科”背景引領(lǐng)下新的實驗課程改革迫在眉睫。

作者所在學(xué)校針對醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)學(xué)生開設(shè)的計算機網(wǎng)絡(luò)工程課程屬于專業(yè)核心課程，隨著通信技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，對計算機專業(yè)人才的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和維護能力提出了更高的要求。作者通過多年的計算機網(wǎng)絡(luò)工程教學(xué)，發(fā)現(xiàn)“以理論講授為主、實驗教學(xué)為輔”的傳統(tǒng)課堂教學(xué)已遠遠不能滿足培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人才的需要。作者在完成每學(xué)期的課堂教學(xué)后，通過期末考試試卷分析及反饋，再次和學(xué)生就已經(jīng)實施的課堂教學(xué)進行探討，讓學(xué)生提出自己的意見和建議，總結(jié)發(fā)現(xiàn)，主要問題還是集中在理論知識點繁雜枯燥，內(nèi)容較抽象，不容易消化；另外，由于參考教材更新變化較快，如果不能及時掌握學(xué)科前沿發(fā)展動態(tài)，很難在教學(xué)內(nèi)容和實驗設(shè)計上設(shè)計新穎。通過5 屆學(xué)生的培養(yǎng)，總結(jié)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)上述問題的根源在于教師對學(xué)生能力培養(yǎng)的要求定位不精準，教學(xué)方法單一，缺少能夠調(diào)動學(xué)生主動性、積極性的有效機制及課程設(shè)計。

2 網(wǎng)絡(luò)實驗課程教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

計算機網(wǎng)路實驗是計算機專業(yè)學(xué)生網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和管理技能的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，在高校中也是實驗課程體系設(shè)計中較難規(guī)劃并解決的問題[3]。其不同于一般的算法或程序設(shè)計實驗設(shè)計，只需要提供一個軟件平臺就能編寫代碼，通過測試程序有無BUG 從而驗證自己的設(shè)計、編寫語法等有無問題。網(wǎng)絡(luò)實驗設(shè)計不僅涉及工程規(guī)劃、介質(zhì)訪問測試、設(shè)備配置、安全策略設(shè)置等，還包括網(wǎng)絡(luò)的搭建及互聯(lián)調(diào)試、網(wǎng)絡(luò)安全測試、網(wǎng)絡(luò)軟件的安裝與測試、網(wǎng)絡(luò)硬件的配置、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的集成、網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)化等[4]。即使準備了可行、完整的教學(xué)實驗設(shè)計，而沒有可實現(xiàn)實驗環(huán)境，或者實驗條件單一、脫離實際或者不能深度結(jié)合理論知識點，都會制約計算機網(wǎng)絡(luò)實驗課程的教學(xué)效果，從而無法提高學(xué)生的工科實踐能力。

2.1 沒有建立集中的實驗平臺，網(wǎng)絡(luò)實驗室建設(shè)滯后

在給學(xué)生建立寬綽的理論知識體系的同時，進一步培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力，網(wǎng)絡(luò)實驗室建設(shè)是關(guān)鍵。如果缺少或者沒有相應(yīng)的實驗環(huán)境、實驗場所及實驗設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)實踐教學(xué)無從談起。根據(jù)作者調(diào)研學(xué)習(xí)，大部分工科院校開設(shè)的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗課程基本都建立了網(wǎng)絡(luò)實驗室，部分非工科院校開設(shè)的計算機相關(guān)專業(yè)，由于條件限制，暫時還沒有獨立的網(wǎng)絡(luò)實驗室，實驗教學(xué)多數(shù)利用公共計算機機房，通過搭建模擬軟件（如：Packet tracer、Ensp、Gns3 等）來完成。由于采用模擬軟件來完成實驗，因此實驗過程較為簡單，一般為教師演示并講授原理、學(xué)生動手搭建網(wǎng)絡(luò)拓撲驗證測試、老師實驗總結(jié)并提出問題。實驗教學(xué)沒有取得應(yīng)用的效果，學(xué)生對理論內(nèi)容的理解還是建立在書本或概念階段，距離“新工科”培養(yǎng)學(xué)生動手實踐能力的專業(yè)技術(shù)人才很遠。

2.2 實驗教學(xué)內(nèi)容安排單一，缺乏與理論教學(xué)的深度融合

由于條件限制，實驗教學(xué)內(nèi)容安排僅僅停留在驗證階段。實驗內(nèi)容多數(shù)按照理論教材的順序，內(nèi)容隨機性大，缺乏實用性、新穎性、可操作性和可拓展性。部分實驗內(nèi)容僅僅停留在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的安裝和配置上，設(shè)計性和綜合性實驗涉獵較少或沒有。不能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，而且在一定程度上限制了學(xué)生的主動性和創(chuàng)新性，難以激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)激情。

3 新工科背景下的網(wǎng)絡(luò)實驗改革措施

伴隨著當前世界新一輪科技和產(chǎn)業(yè)變革迅速推進，大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)以席卷狂飆之勢推動第四次工業(yè)革命蓬勃發(fā)展。新的科技革命對工程實踐動手能力提出了更高的要求，為適應(yīng)科技革命的不斷發(fā)展對計算機網(wǎng)絡(luò)人才的高層次需求，高校應(yīng)以市場需求為基本導(dǎo)向，適時調(diào)整計算機網(wǎng)絡(luò)工程的課程教學(xué)大綱，結(jié)合理論教學(xué)與實踐教學(xué)，外加學(xué)生自主學(xué)習(xí)內(nèi)容[5]。作者通過多年的計算機網(wǎng)絡(luò)工程課程教學(xué)工作，提出以下幾個方面的推進網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)質(zhì)量的措施。

3.1 積極籌措，搭建規(guī)模適可的網(wǎng)絡(luò)實驗環(huán)境

計算機網(wǎng)絡(luò)課程的實驗教學(xué)非常重要，許多理論的內(nèi)容只有在動手實踐中才能讓學(xué)生完全消化。因此，網(wǎng)絡(luò)實驗課程要有效開展，搭建網(wǎng)絡(luò)實驗室是關(guān)鍵[6]。通過組建網(wǎng)絡(luò)專業(yè)實驗室，給學(xué)生提供理解并鍛煉工程實踐能力的平臺，專業(yè)實驗室在給學(xué)生傳授基本的網(wǎng)絡(luò)原理的同時，通過讓學(xué)生清晰地接觸網(wǎng)絡(luò)布局中各個環(huán)節(jié)，從而學(xué)習(xí)各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)模塊知識的構(gòu)建，理解網(wǎng)絡(luò)通信的基本原理。

3.2 精心設(shè)計，安排新穎實用的實驗內(nèi)容

在建立了專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)實驗室后，實驗內(nèi)容的設(shè)計不能僅僅停留在簡單的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)安裝配置上，也不能徘徊在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)路原理的簡單驗證上。從新工科的培養(yǎng)實戰(zhàn)能力的要求，應(yīng)更多地增加設(shè)計性實驗和綜合性實驗內(nèi)容。在內(nèi)容的順序安排上，應(yīng)先通過基礎(chǔ)的原理實驗、基本概念、網(wǎng)絡(luò)操作技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)管理、路由協(xié)議分析等的實踐，逐步過渡到具有一定難度的研究型和設(shè)計型實驗。

實驗內(nèi)容的設(shè)計應(yīng)緊扣網(wǎng)絡(luò)教學(xué)大綱，力圖覆蓋網(wǎng)絡(luò)基本原理的主要內(nèi)容和知識點[7]。通過動手實踐讓學(xué)生系統(tǒng)深入地分析和理解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及原理的工作和實現(xiàn)過程，另外，在機房開始專業(yè)實驗課前，讓學(xué)生先通過搭建網(wǎng)絡(luò)模擬軟件來初步實現(xiàn)和模擬真實網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，熟悉相關(guān)實驗原理、概念和內(nèi)容，通過模擬真實網(wǎng)絡(luò)設(shè)計來熟悉相關(guān)協(xié)議工作原理，彌補實驗環(huán)境帶來的不足。

3.3 加強指導(dǎo)，增加實驗過程環(huán)節(jié)的探討和實驗結(jié)束后的拓展

在實驗開始前，教師應(yīng)合理安排并提前設(shè)計實驗教學(xué)的組織和管理，在實驗教學(xué)中應(yīng)堅持以學(xué)生動手實踐為主體，發(fā)揮教師在實驗教學(xué)中的主導(dǎo)、組織和管理作用。開展每一次實驗前，教師利用約10～15min 的時間簡要地講授本次實驗相關(guān)的理論和知識點，明確實驗?zāi)康?，并重點就本次實驗要完成的實驗內(nèi)容予以強調(diào)，最后就本次實驗的重點難點環(huán)節(jié)予以提示，剩余時間全部交給學(xué)生進行安排。

在實驗過程中，實驗指導(dǎo)教師應(yīng)加強巡檢，在學(xué)生提出問題時應(yīng)先在引導(dǎo)的基礎(chǔ)上讓學(xué)生自主解決，教師通過啟發(fā)提示、釋疑引導(dǎo)、逐點分析的方式，讓學(xué)生通過實驗獲得分析并解決問題的方式和方法。

實驗結(jié)束后，要求學(xué)生在總結(jié)本次實驗過程、分析實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，有質(zhì)量地完成實驗報告。并就本次實驗內(nèi)容，提出拓展性的問題供學(xué)生思考解答，并在實驗報告中予以反饋。最終教師可根據(jù)學(xué)生實驗報告的完成情況進行總結(jié)，使得學(xué)生能從實驗中不斷積累實踐經(jīng)驗和鍛煉，獲得更多更寬泛的實驗技能，進一步加深對理論知識的理解和掌握。

4 計算機網(wǎng)絡(luò)實驗內(nèi)容體系建設(shè)

根據(jù)以上基于新工科背景下網(wǎng)絡(luò)實驗改革措施以及作者多年來的教學(xué)總結(jié)，考慮學(xué)生的專業(yè)需求以及對本課程的專業(yè)興趣，在充分考慮實驗條件保證實驗的可操作性下，根據(jù)作者所帶班級網(wǎng)絡(luò)實驗課程教學(xué)情況，結(jié)合實驗教學(xué)目標，對網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)內(nèi)容進行了分級設(shè)計，從而告別傳統(tǒng)的以驗證型實驗為主的實驗教學(xué)體系。見表1。

表1 分級網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)內(nèi)容設(shè)計體系結(jié)構(gòu)

5 結(jié)論與展望

實驗教學(xué)在高校教學(xué)大綱中具有十分重要的地位和作用，伴隨著“新工科”對部分專業(yè)發(fā)展的要求，為主動應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、“中國制造2025”等一系列國家戰(zhàn)略，相對于傳統(tǒng)的工科人才，未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟更需要實踐能力強、創(chuàng)新能力強，并具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才。不斷進行實驗教學(xué)改革探索，讓學(xué)生在熟悉理論原理的基礎(chǔ)上，重點培養(yǎng)其綜合分析以及設(shè)計能力、實踐動手能力和開拓創(chuàng)新能力，使得學(xué)生不僅能夠從整體上把握計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)的框架設(shè)計，還能系統(tǒng)的熟悉并掌握各個環(huán)節(jié)及模塊[8]的內(nèi)容，從而進一步對整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行安全設(shè)置、系統(tǒng)優(yōu)化和管理，從而適應(yīng)社會對計算機網(wǎng)絡(luò)管理人員工作的需求。