非計算機專業(yè)計算機網(wǎng)絡(luò)課程的實踐教學(xué)方法的研究

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在非計算機專業(yè)研究領(lǐng)域的重要性越顯突出，是各種研究的基礎(chǔ)理論支撐，例如在無限傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究中需要深刻理解計算機網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)理論。但是，由于受到實驗環(huán)境、實驗內(nèi)容等方面的限制，實踐教學(xué)一向是計算機網(wǎng)絡(luò)等課程教學(xué)中的薄弱環(huán)節(jié)。因此，提高計算機網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)理論教學(xué)的水平，解決計算機網(wǎng)絡(luò)實踐教學(xué)的問題，培養(yǎng)適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展需要的高質(zhì)量人才，就成為了新形勢下的首要任務(wù)。

非計算機專業(yè)計算機網(wǎng)絡(luò)課程實踐教學(xué)存在的問題

非計算機專業(yè)計算機網(wǎng)課程實踐教學(xué)存在問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

一是對計算機網(wǎng)絡(luò)課程實踐重要性認(rèn)識的不足。一直以來，任課教師普遍認(rèn)為非計算機專業(yè)計算機網(wǎng)絡(luò)課程重在進(jìn)行基本的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、互聯(lián)網(wǎng)的使用等，其實踐教學(xué)的實驗環(huán)節(jié)主要應(yīng)驗證性實驗為主，而驗證性實驗的內(nèi)容又與理論存在脫節(jié)，實驗不能對計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識理解提供支撐，這就造成了目前各種現(xiàn)代信息技術(shù)對計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識需求的矛盾。

二是非計算機專業(yè)計算機網(wǎng)絡(luò)實踐教學(xué)環(huán)境缺乏。目前高等院校中，由于專業(yè)設(shè)置和經(jīng)費的原因，非計算機專業(yè)的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗平臺非常簡單，基本上是將利用簡單的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如交換機、路由器等）等將計算機連接成小型網(wǎng)絡(luò)，不能隨意更改，學(xué)生無法通過自己動手組建網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到更好地理解和掌握計算機網(wǎng)絡(luò)基本原理網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、鍛煉網(wǎng)絡(luò)工程應(yīng)用能力的目的[1]。

三是非計算機專業(yè)計算機網(wǎng)絡(luò)課程實踐教學(xué)體系存的問題。第一，計算機網(wǎng)絡(luò)實驗的學(xué)時數(shù)少，學(xué)生無法在實驗過程中完成課程設(shè)計實驗，動手能力差；第二，缺乏綜合性、設(shè)計性的實踐設(shè)計過程，學(xué)生無法完成大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)實驗。

四是非計算機專業(yè)計算機網(wǎng)絡(luò)任課教師缺乏實踐經(jīng)驗。從事計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的大部分教師沒有參與過大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)組建、管理，對大型網(wǎng)絡(luò)形態(tài)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的缺乏感性認(rèn)識，在實踐教學(xué)方案的制定過程中會出現(xiàn)不合理因素，導(dǎo)致實踐教學(xué)內(nèi)容實現(xiàn)方法的錯誤。

非計算機專業(yè)計算機網(wǎng)絡(luò)實踐教學(xué)方法改革的原則和目標(biāo)

1.指導(dǎo)原則

以培養(yǎng)非計算機專業(yè)人才進(jìn)行相關(guān)現(xiàn)代信息技術(shù)研究所必需的計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論知識和技術(shù)應(yīng)用能力為主線，結(jié)合培養(yǎng)計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用人才所必需的素質(zhì)教育作為規(guī)劃和設(shè)計實踐教學(xué)方法的指導(dǎo)原則。

2.改革目標(biāo)

優(yōu)化非計算機專業(yè)計算機網(wǎng)絡(luò)實踐教學(xué)方法，增強計算機網(wǎng)絡(luò)實踐教學(xué)方法的創(chuàng)新理念。改變觀念，讓實踐教學(xué)和理論教學(xué)處于同等地位和共同發(fā)展的位置，互為補充。理論基本技能和初步綜合應(yīng)用能力同步發(fā)展。

非計算機專業(yè)計算機網(wǎng)絡(luò)實踐教學(xué)方法改革的具體內(nèi)容

1.優(yōu)化實踐教學(xué)體系，讓實踐教學(xué)和理論教學(xué)處于同等地位和共同發(fā)展的位置

計算機網(wǎng)絡(luò)實踐課程既是獨立的，又是計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論的有益補充，在進(jìn)行實踐教學(xué)體系的構(gòu)建時，把實踐教學(xué)體系劃分為三個層次：

一是基礎(chǔ)理論實驗，這層主要進(jìn)行基礎(chǔ)理論知識的驗證，加強學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議等抽象概念的理解；

二是基本網(wǎng)絡(luò)管理和應(yīng)用設(shè)計，這層側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的組建網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器、交換機、路由器的配置等實際技能；

三是大型網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，這層主要培養(yǎng)學(xué)生整體網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和構(gòu)建的能力。

通過實踐環(huán)節(jié)三個層次的劃分，把理論和實踐相輔相承的功能完全體現(xiàn)出來了，又可以實現(xiàn)以才施教，培養(yǎng)創(chuàng)新人才的目的。

2.利用現(xiàn)代信息技術(shù)手段解決計算機網(wǎng)絡(luò)實踐教學(xué)環(huán)境缺乏的問題

針對以上實踐教學(xué)的三個層次，利用仿真技術(shù)、虛擬技術(shù)和真實設(shè)備來完成實踐教學(xué)實驗平臺的構(gòu)建。

（1）利用仿真技術(shù)解決基礎(chǔ)理論實驗平臺

目前計算機網(wǎng)絡(luò)的仿真手段和方法有多種，但目前比較流行的是開源的Sniffer、 Ethreal。還有某些廠家生產(chǎn)的專用網(wǎng)絡(luò)仿真實驗平臺，例如吉林中軟的計算機網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)。

Sinffer和Ethreal軟件可以全面地仿真和監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)，使網(wǎng)絡(luò)行為透明化，可以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、數(shù)據(jù)分析的目的，吉林中軟的系統(tǒng)同時還可以編輯和發(fā)送網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包，分析網(wǎng)絡(luò)協(xié)議原理，協(xié)助網(wǎng)絡(luò)程序的編寫和調(diào)試。覆蓋了以TCP/IP為主的多種常見網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，對于一些較新的，如CIFS等協(xié)議也有所涉及。在實驗過程中學(xué)生通過手動進(jìn)行幀的編輯、IP報文的編輯，解決了學(xué)生對計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)抽象內(nèi)容的理解，強化了對計算機網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流向的認(rèn)識，從而把一門抽象的課程可視化。通過對網(wǎng)絡(luò)狀況的監(jiān)控和對網(wǎng)絡(luò)故障的仿真，學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)流量控制、網(wǎng)絡(luò)故障發(fā)生的抽象原理的具體實現(xiàn)有了感性認(rèn)識。實驗方式以綜合設(shè)計型為主，同時結(jié)合一些驗證性內(nèi)容，強調(diào)學(xué)生的實際動手能力和分析問題解決問題能力[2]。

通過在實驗中采用計算機仿真技術(shù)很大程度上解決了計算機網(wǎng)絡(luò)及理論教學(xué)的抽象性問題，真正達(dá)到了實踐教學(xué)和理論教學(xué)的相輔相成的目的。

（2）利用虛擬機技術(shù)建立基本網(wǎng)絡(luò)管理和應(yīng)用設(shè)計實驗平臺

一是計算機網(wǎng)絡(luò)配置虛擬機的使用。計算機網(wǎng)絡(luò)實踐課程中，有一個很重要的內(nèi)容就是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備的使用，如交換機、路由器等。但是要建設(shè)一個30人的網(wǎng)絡(luò)配置實驗室（5組，每組2臺路由器、2臺3層交換機、2臺二層交換機和6臺計算機）至少需要30萬元，但許多學(xué)校由于經(jīng)費有限，只能購買一到兩組設(shè)備，學(xué)生實訓(xùn)時實行分組，幾個人一組，這樣由于臺套數(shù)不足導(dǎo)致實驗時間過長和設(shè)備終端接入數(shù)以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置的特殊性的原因，保證不了實訓(xùn)效果，我們采用了計算機仿真的方法，由于Cisco的設(shè)備在應(yīng)用中還是占據(jù)主流位置，在實訓(xùn)時先讓學(xué)生在電腦上利用Cisco的CCNP軟件做虛擬實驗，然后輪流安排學(xué)生到實際的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上進(jìn)行操作。該軟件先根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計出網(wǎng)絡(luò)，然后對該網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備進(jìn)行配置。通過使用該軟件可使學(xué)生掌握每一種路由器模式下的各條命令、路由器對網(wǎng)絡(luò)配置的作用和交換機的配置。這樣讓所有的學(xué)生學(xué)會相關(guān)設(shè)備的操作。通過虛實結(jié)合，有目的地讓學(xué)生在真實環(huán)境中進(jìn)行操作，讓他們對相關(guān)設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)環(huán)境有親身體會，印象深刻。

這樣，網(wǎng)絡(luò)課程的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)就不僅局限在實驗室，學(xué)生可在業(yè)余時間進(jìn)機房進(jìn)行虛擬實驗，突破了時間空間的限制，使學(xué)生完全置身于開放的環(huán)境中進(jìn)行學(xué)習(xí)，為學(xué)生提高實踐動手能力提供機會。

二是計算機網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)虛擬機的使用。由于實驗室條件的限制，很難做到多操作系統(tǒng)并存的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，為解決這個問題，采用Vmware虛擬機的虛擬網(wǎng)絡(luò)功能。虛擬網(wǎng)絡(luò)功能使學(xué)生可以通過設(shè)置來完成虛擬機之間、虛擬機與主機之間、虛擬機與主機所在網(wǎng)絡(luò)上的其他計算機之間的網(wǎng)絡(luò)連接，實現(xiàn)各種操作系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)實驗，如系統(tǒng)的安裝、服務(wù)器配置實驗、網(wǎng)絡(luò)的組建等。具體使用Vmware進(jìn)行模擬網(wǎng)絡(luò)實驗的過程可以參考文獻(xiàn)[3]。此外也可以充分利用支持復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)建模的Qualnet等。

3.依據(jù)現(xiàn)代信息技術(shù)的變化趨勢，更新實踐教學(xué)內(nèi)容

在進(jìn)行計算機網(wǎng)絡(luò)實踐內(nèi)容設(shè)計時既要考慮專業(yè)特點、可操作性，又要考慮知識的更新，適應(yīng)現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展。具體包括如下內(nèi)容：

一是計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識實驗內(nèi)容。這部分內(nèi)容主要是為強化基礎(chǔ)理論知識而設(shè)計的，包括對數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層的典型協(xié)議的分析實驗，還包括對計算機網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的監(jiān)測和故障診斷等內(nèi)容。

二是基本網(wǎng)絡(luò)管理和應(yīng)用設(shè)計內(nèi)容。這層側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的組建網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器、交換機、路由器的配置等實際技能，包括：計算機網(wǎng)絡(luò)工程、簡單局域網(wǎng)的組建、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的配置與管理；網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置與管理；網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的安裝調(diào)試、數(shù)據(jù)庫的管理。

三是大型網(wǎng)絡(luò)設(shè)計內(nèi)容。這部分內(nèi)容根據(jù)當(dāng)年的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行布置，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢。

4.改革課程考核方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

整合網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)考核系統(tǒng)，利用實驗室現(xiàn)有的硬件和軟件資源，模擬企業(yè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)。綜合各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的獨立考核系統(tǒng)。考核目的是運用已經(jīng)學(xué)習(xí)過和部分未學(xué)習(xí)的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，獨立地解決模擬企業(yè)應(yīng)用中的計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用體系的實際問題，鍛煉學(xué)生的獨立思考、解決問題的手段和實戰(zhàn)技能。

考核任務(wù)形式以小組為單位，每組4～5人，小組成員協(xié)同工作，在指定的時間內(nèi)完成指定的任務(wù)并講解技術(shù)要點。經(jīng)過對學(xué)生進(jìn)行多次綜合實踐考核驗證，取得了預(yù)期的教學(xué)效果，不僅鍛煉了學(xué)生的獨立思考、設(shè)計、創(chuàng)新能力，也提高了學(xué)生解決問題的技能，增強了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方面的知識。

5.解決非計算機專業(yè)計算機網(wǎng)絡(luò)任課教師缺乏實踐經(jīng)驗的問題

教師是進(jìn)行知識傳授的主體，教師的能力和閱歷影響實際的教學(xué)效果，為提高任課教師的實踐能力，積極采取措施，讓教師參與校園網(wǎng)和其他的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，提高教師設(shè)對規(guī)模網(wǎng)絡(luò)組建、管理的能力，對大型網(wǎng)絡(luò)形態(tài)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的感性認(rèn)識，保證實踐教學(xué)高質(zhì)量的完成。

結(jié)束語

以上是本文對計算機網(wǎng)絡(luò)實踐教學(xué)方法的一些改革設(shè)想和實踐總結(jié)，在東北林業(yè)大學(xué)電子信息工程系的計算機網(wǎng)絡(luò)實踐教學(xué)中已經(jīng)取得了一定的效果，激發(fā)了學(xué)生對實驗的興趣和求知欲，鞏固了課堂知識，促進(jìn)了學(xué)生對課外知識的獲取，拓寬了知識面，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、分析問題和解決問題的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉彥寶.計算機網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)改革與實踐[J].黑龍江高教研究，2006（2）.

[2]王健，劉嘉新，劉淑玉.仿真技術(shù)在計算機網(wǎng)絡(luò)實踐教學(xué)中的應(yīng)用[J].教書育人，2007（7）.

[3]舒云星.基于Vmware的虛似計算機實驗系統(tǒng).實驗室研究與探索[J]，2006，25（9）：1086-1088.