摘要：“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”是醫(yī)科高校信息管理專(zhuān)業(yè)學(xué)生的一門(mén)重要課程，實(shí)驗(yàn)教學(xué)則是提高學(xué)生應(yīng)用能力的基礎(chǔ)保障。本文針對(duì)傳統(tǒng)課程理論與實(shí)驗(yàn)分離、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與醫(yī)學(xué)環(huán)境脫節(jié)的問(wèn)題，采用仿真軟件Packet Tracer的項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生解決醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)工程問(wèn)題的能力。通過(guò)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的訓(xùn)練，學(xué)生能夠?qū)嶋H操作網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，了解網(wǎng)絡(luò)的配置和管理，同時(shí)也能夠通過(guò)仿真軟件模擬醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，提升解決實(shí)際問(wèn)題的能力。這種綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法取得了良好的教學(xué)效果，有較高的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：Packet Tracer；醫(yī)學(xué)網(wǎng)絡(luò)模擬；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；教學(xué)改革

一、引言

在醫(yī)學(xué)高校的“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程中，理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的精選非常重要，需要在確保內(nèi)容精準(zhǔn)的同時(shí)，和醫(yī)院現(xiàn)實(shí)情況有較強(qiáng)相關(guān)度。項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法能同時(shí)滿(mǎn)足以上需求，在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力方面效果顯著。項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)由一系列精選基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)貫穿整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程，學(xué)生通過(guò)逐步學(xué)習(xí)基礎(chǔ)性操作并完成一系列實(shí)驗(yàn)，逐步完成整個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)。為了確保實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性和可操作性，項(xiàng)目制實(shí)驗(yàn)教學(xué)通常采用軟件模擬加硬件驗(yàn)證的方式開(kāi)展。思科網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)（Cisco Packet Tracer Student）是一個(gè)非常好的實(shí)驗(yàn)工具，能夠滿(mǎn)足項(xiàng)目制實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求，幫助學(xué)生漸進(jìn)式地進(jìn)行實(shí)踐，從而更好地掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)和技能。

二、課程實(shí)施過(guò)程存在的問(wèn)題

（一）教材的深度與學(xué)生的學(xué)習(xí)能力不匹配

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程教材往往比較深?yuàn)W[1]，對(duì)于剛接觸計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，有一定的理解難度。特別是學(xué)習(xí)信道、協(xié)議等內(nèi)容時(shí)，學(xué)生由于缺乏感觀認(rèn)知，往往感到一頭霧水，導(dǎo)致教學(xué)效果不佳。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程教師應(yīng)當(dāng)結(jié)合教學(xué)目標(biāo)、根據(jù)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)選用適合的教材[2]。

從教學(xué)目標(biāo)上來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程旨在幫助學(xué)生建構(gòu)體系化的理論知識(shí)體系，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的思維能力；從專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)上來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程具有實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)?；诖?，在教材的選擇上，教師需要考慮教材的深度和專(zhuān)業(yè)特色化[3]，既能夠幫助學(xué)生建立起扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，同時(shí)能夠與實(shí)際工程實(shí)踐相結(jié)合[4]。

同時(shí)，教師也需要在教學(xué)過(guò)程中注重理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合，通過(guò)實(shí)踐和案例分析等方式，幫助學(xué)生理解和應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)。這樣才能夠提高教學(xué)效果，培養(yǎng)出具備工程實(shí)踐能力的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)業(yè)人才。

（二）真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境與模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境未能有機(jī)結(jié)合

實(shí)踐教學(xué)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程中扮演著不可或缺的重要角色，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革則是課程改革的重要環(huán)節(jié)[5]。模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境可以滿(mǎn)足可發(fā)展、高逼真、開(kāi)放式的實(shí)踐教學(xué)需求，能夠構(gòu)建典型的仿真場(chǎng)景，滿(mǎn)足云平臺(tái)的使用。其不僅能夠有效輔助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程的實(shí)踐教學(xué)，也符合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的方向。然而，模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境的使用也存在一些問(wèn)題，比如大大降低了學(xué)生對(duì)電子器件的認(rèn)識(shí)度，降低了學(xué)生對(duì)真實(shí)儀器的訓(xùn)練程度，從而限制了學(xué)生各方面的能力發(fā)展。

為了解決這些問(wèn)題，教師可以采用實(shí)物實(shí)驗(yàn)和模擬實(shí)驗(yàn)并用的方法進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)。實(shí)物實(shí)驗(yàn)可以提供真實(shí)的儀器和設(shè)備，讓學(xué)生親自操作和實(shí)踐，從而增強(qiáng)學(xué)生對(duì)電子器件的認(rèn)識(shí)，提升學(xué)生的實(shí)際操作能力。而模擬實(shí)驗(yàn)則可以提供更靈活、可控的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讓學(xué)生進(jìn)行更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)配置和實(shí)驗(yàn)操作。通過(guò)實(shí)物實(shí)驗(yàn)和模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)合進(jìn)行教學(xué)，可以充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)，提高學(xué)生的綜合能力和實(shí)踐能力。

（三）缺乏信息化教學(xué)環(huán)境

傳統(tǒng)的教學(xué)形式只注重教師的課堂講授，不注重課堂以外學(xué)習(xí)環(huán)境的探索，形式單一，不利于因材施教。教師未能充分利用信息技術(shù)設(shè)備輔助教學(xué)，部分教師即使用了信息化設(shè)備，對(duì)其的使用也往往局限于教材內(nèi)容的電子化呈現(xiàn)，沒(méi)有充分利用信息技術(shù)在教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新、教學(xué)資源拓展方面的作用。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和教育信息化進(jìn)程的加速，教師應(yīng)該將信息化融入教學(xué)中，以適應(yīng)信息化教學(xué)和多元化教學(xué)的需求。例如，教師可以充分利用慕課、名師講座等教學(xué)資源，將其中的優(yōu)質(zhì)內(nèi)容向?qū)W生共享。學(xué)生通過(guò)移動(dòng)端可實(shí)現(xiàn)隨時(shí)、隨地的學(xué)習(xí)教師共享的優(yōu)質(zhì)資源。此外，信息技術(shù)環(huán)境下的學(xué)習(xí)方式也需要改變，教師應(yīng)當(dāng)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，鼓勵(lì)學(xué)生在課堂以外探索符合自身需求的學(xué)習(xí)環(huán)境，以提高學(xué)生的綜合能力和實(shí)踐能力。

（四）教學(xué)內(nèi)容與培養(yǎng)目標(biāo)不一致

傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容偏重理論，缺乏與專(zhuān)業(yè)需求和社會(huì)需求的緊密結(jié)合，導(dǎo)致教學(xué)目標(biāo)與“立足地方、融入地方、服務(wù)地方”的人才培養(yǎng)目標(biāo)脫節(jié)。教學(xué)內(nèi)容里的專(zhuān)業(yè)知識(shí)沒(méi)有隨著專(zhuān)業(yè)和時(shí)代的發(fā)展及時(shí)更新、升級(jí)，實(shí)踐教學(xué)的重要性沒(méi)有得到充分體現(xiàn)。在此背景下，教師需要緊密結(jié)合專(zhuān)業(yè)需求和社會(huì)需求，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的增刪，及時(shí)改進(jìn)和調(diào)整專(zhuān)業(yè)教學(xué)方法，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，以更好地培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)扎實(shí)、實(shí)踐能力出眾、符合社會(huì)需求的高層次人才。

三、Cisco 網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)在實(shí)作課程中的優(yōu)勢(shì)

Cisco 網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)具有模擬真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、多種實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景、實(shí)時(shí)反饋和調(diào)試、可視化操作界面以及生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告和評(píng)估等功能優(yōu)勢(shì)。將其引入“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”實(shí)作課程，可為學(xué)生提供一個(gè)全面、安全和便捷的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，幫助學(xué)生更好地理解和應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

（一）操作方便

Packet Tracer模擬器是由Cisco公司發(fā)布的輔助學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)工具，它操作方便，易于上手。這個(gè)模擬器提供了一個(gè)可視化的環(huán)境，學(xué)生可以通過(guò)它來(lái)完成搭建基本網(wǎng)絡(luò)和簡(jiǎn)單物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等教材要求的實(shí)踐操作。相較于其他復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)工具，學(xué)生無(wú)需提前掌握復(fù)雜的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，就可以通過(guò)Packet Tracer模擬器來(lái)練習(xí)使用路由器、交換機(jī)和其他相關(guān)信息設(shè)備，以及搭建簡(jiǎn)單或復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

（二）真實(shí)感強(qiáng)

Packet Tracer模擬器具有強(qiáng)烈的真實(shí)感和豐富的功能。通過(guò)Packet Tracer模擬器，學(xué)生可以進(jìn)行接近真實(shí)體驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)和操作。他們可以通過(guò)拖拽和連接設(shè)備來(lái)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，設(shè)置設(shè)備參數(shù)和配置網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。這種可視化的操作方式使學(xué)生更容易理解和掌握網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。同時(shí)，學(xué)生可以隨時(shí)查看網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)流量和錯(cuò)誤信息，并根據(jù)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)反饋匹配相應(yīng)的操作，從而幫助學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決網(wǎng)絡(luò)故障，提高故障排除能力。

（三）與項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方式高度匹配

教師可以利用模擬器將多個(gè)網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)組合在一起，創(chuàng)建一個(gè)綜合項(xiàng)目，并將所有知識(shí)點(diǎn)集中融入該項(xiàng)目，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)踐深入理解和掌握網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

在項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)中，不僅考察學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握情況，更強(qiáng)調(diào)學(xué)生在實(shí)踐操作中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。通過(guò)Packet Tracer模擬器，學(xué)生可以模擬真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和調(diào)試，從而培養(yǎng)他們解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新思維。

（四）支持多種終端

Packet Tracer可適應(yīng)電腦、平板、手機(jī)等多種終端，為學(xué)生的個(gè)性化自主學(xué)習(xí)提供了便利和保障。通過(guò)在移動(dòng)設(shè)備上使用Packet Tracer模擬器，學(xué)生可以隨時(shí)隨地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)。無(wú)論是在學(xué)校、家中還是在外出途中，只要有手機(jī)或平板電腦，學(xué)生就可以方便地打開(kāi)模擬器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)。有了Packet Tracer模擬器的支持，學(xué)生不再受限于特定的學(xué)習(xí)環(huán)境，可以更加自由地安排學(xué)習(xí)時(shí)間和地點(diǎn)。

四、教學(xué)項(xiàng)目實(shí)施方案設(shè)計(jì)

（一）實(shí)驗(yàn)背景

某醫(yī)院新購(gòu)2臺(tái)CT設(shè)備，要在門(mén)診三樓加建CT設(shè)備影像室3和影像室4，影像設(shè)備操作醫(yī)生的辦公室在兩個(gè)操作室中間。為維護(hù)設(shè)備，進(jìn)行員工管理，需分別設(shè)置三臺(tái)交換機(jī)，其中，兩個(gè)影像操作醫(yī)生分別連接到自己科室交換機(jī)上，CT設(shè)備連接在設(shè)備交換機(jī)上。通過(guò)劃分VLAN的方法，讓不同子網(wǎng)上的員工可以分別操作自己負(fù)責(zé)的CT設(shè)備。員工1可以操作CT設(shè)備1，員工6可以操作CT設(shè)備2。實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的邏輯隔離和安全性。

（二）技術(shù)原理

交換式以太網(wǎng)與VLAN的原理是將局域網(wǎng)劃分為多個(gè)虛擬子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)具有獨(dú)立的廣播域和安全性。交換機(jī)根據(jù)VLAN ID將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到對(duì)應(yīng)的VLAN中，從而實(shí)現(xiàn)不同VLAN之間的隔離和通信。這種劃分可以提高網(wǎng)絡(luò)的性能、安全性和管理靈活性，使得不同部門(mén)或用戶(hù)組可以獨(dú)立配置和管理自己的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

（三）創(chuàng)建VLAN原則和商品分配原則

1.創(chuàng)建VLAN原則

交換機(jī)直接連接屬于某個(gè)VLAN的終端；屬于某個(gè)VLAN的交換路徑經(jīng)過(guò)交換機(jī)中的端口。

2.端口分配原則

接入端口：只有屬于單個(gè)VLAN的交換路徑經(jīng)過(guò)該端口，作為接入端口分配給該VLAN。

共享端口：有屬于不同VLAN的多條交換路徑經(jīng)過(guò)該端口，配置為被這些 VLAN共享的共享端口。

（四）端口模式與MAC幀格式之間的關(guān)系

從接入端口輸入/輸出的MAC幀不攜帶VLAN ID，是普通的MAC幀格式，如圖1所示。

從共享端口輸入/輸出的MAC幀，攜帶該MAC幀所屬VLAN的VLAN ID。

（五）教學(xué)項(xiàng)目實(shí)施步驟

1.搭建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

開(kāi)啟Packet Tracer軟件，添加設(shè)備，按照規(guī)劃端口連接設(shè)備后開(kāi)啟所有設(shè)備。

2.設(shè)備參數(shù)配置

S2 VLAN辦公室交換機(jī)與端口參數(shù)設(shè)置：VLAN 2（接入端口3，共享端口1）；VLAN 3（接入端口4，共享端口2）；VLAN 4（接入端口1，共享端口2）。

S1 VLAN辦公室交換機(jī)與端口參數(shù)設(shè)置：VLAN 2（接入端口1、2，共享端口4）；VLAN 4（接入端口3，共享端口4）。

S3 VLAN辦公室交換機(jī)與端口參數(shù)設(shè)置：VLAN 3（接入端口2、3，共享端口4）；VLAN 4（接入端口1，共享端口4）。

S1 VLAN交換機(jī)接口配置：FastEthernet0/1（Access，2）；FastEthernet0/2（Access，2）；FastEthernet0/3（Access，4）；FastEthernet0/4（Trunk）

S2 VLAN交換機(jī)接口配置：FastEthernet0/1（Trunk）；FastEthernet0/2（Trunk）；FastEthernet0/3（Access，2）；FastEthernet0/4（Access，3）

S3 VLAN交換機(jī)接口配置：FastEthernet0/1（Access，4）；FastEthernet0/2（Access，3）；FastEthernet0/3（Access，3）；FastEthernet0/4（Trunk）

PC0-PC7參數(shù)設(shè)置如下：

PC0：192.1.2.1 255.255.255.0，

PC1：192.1.2.1 255.255.255.0，

PC2：192.1.4.1 255.255.255.0，

PC3：192.1.4.2 255.255.255.0，

PC4：192.1.3.1 255.255.255.0，

PC5：192.1.3.2 255.255.255.0，

PC6：192.1.2.3 255.255.255.0，

PC7：192.1.3.3 255.255.255.0，

（六）總結(jié)與評(píng)價(jià)

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，只有在同一個(gè)子網(wǎng)中的主機(jī)之間才能相互通信，不同子網(wǎng)中的主機(jī)無(wú)法進(jìn)行通信。為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，在辦公室1的終端PC0上進(jìn)行了測(cè)試，分別測(cè)試了與CT室設(shè)備1和設(shè)備2之間的連通性。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，PC0可以與同一個(gè)VLAN中的CT1設(shè)備進(jìn)行通信，但無(wú)法與不同VLAN中的CT2設(shè)備進(jìn)行通信。這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也可以通過(guò)圖2來(lái)展示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在不同子網(wǎng)之間的主機(jī)無(wú)法直接進(jìn)行通信，這是因?yàn)樗鼈儗儆诓煌腣LAN，并且通過(guò)路由器進(jìn)行通信。這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了VLAN的作用，它可以將不同的主機(jī)劃分到不同的虛擬網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的邏輯隔離和安全性。

五、結(jié)束語(yǔ)

使用Cisco Packet Tracer軟件，可以提高《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》教學(xué)的質(zhì)量和效果。通過(guò)實(shí)踐操作和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，學(xué)生可以深入理解和掌握網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提升解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新思維。當(dāng)然，在此過(guò)程中，教師需要將其與教學(xué)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，設(shè)計(jì)合適的實(shí)驗(yàn)任務(wù)和項(xiàng)目案例，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考和討論，從而達(dá)到最好的教學(xué)效果。

作者單位：石莉 王芳 閆實(shí) 金松根 仇彬 黑龍江省牡丹江醫(yī)學(xué)院教育技術(shù)與信息中心

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