計算機機網絡專業實踐教學的改革

　　摘要：結合實驗教學的經驗，針對當前計算機網絡專業學生對實驗無興趣、不重視，實踐動手能力不能適應社會各領域實際要求的問題，總結出一個四層的階梯式實驗教學模式。這是一個全方位分層次的實踐教學體系，這些教學改革措施提高了學生的實踐動手能力，適應了當前高等教育大眾化環境下人才培養的多元化要求。本文對這一改革過程進行了詳細闡述。
　　關鍵詞：計算機網絡；三性實驗；實踐教學體系；項目訓練法
　　
　　1　改革背景
　　
　　我國目前的高考制度以筆試為主，學生考入大學后實驗基礎普遍比較差，而且往往輕視實驗，對實驗有畏難情緒。很多高校對實驗教學也不夠重視，重理論、輕實驗的傳統觀念依然存在。再有，高校傳統的實驗教學單純以驗證性實驗為主，以鞏固、加深理論知識為目的，在培養學生觀察、分析、解決問題和創新能力上做得很不夠。在施行教學改革之前，相當多高校的實驗課不是全面系統地統籌安排，而是跟著理論教學走，各門課按自己課程的要求安排實驗，實驗內容間缺乏相互聯系與協調，致使學生得不到系統、全面的能力培養與訓練。學生僅在教師的指導下完成實驗，知其然不知其所以然，甚至完全依賴教師完成實驗，缺乏動手、動腦、分析問題、解決問題的主動性，不注重自己在實驗中的能力提高。另一方面，高校實驗室的組織結構不合理，基本上沿襲了當年“以課程為基礎建立實驗室，以教研室管理實驗室”的模式。2007年1月22日，教育部、財政部聯合發文，決定實施“質量工程”。教育部部長周濟更是強調要以實踐教學為著力點，要求三性實驗(即綜合性、設計性、創新性)的比例不能低于70％。在國家高度重的春風里，在校院兩級的支持下，在全體師生的不懈努力中，湘潭大學計算機網絡專業的實踐教學體系得到了逐步完善。
　　
　　2　階梯式實驗教學體系
　　
　　同其他專業的課程相比，網絡實驗有一定的特殊性。首先，特殊性體現在網絡實驗設備方面。要進行網絡實驗，就必須有2臺以上的計算機互聯，這同其他實驗中只需要1臺PC機或1臺實驗箱就能完成所有實驗項目的情況大不一樣。其次，特殊性體現在實驗項目方面。網絡實驗的內容是前后相關聯的，后一次實驗要用到前一次實驗的結果，實驗之間有一定的連續性。網絡實驗的另外一個特點就是“多”。網絡實驗涉及到的知識點非常多，包括軟硬件知識、操作系統、各種協議、編程知識等；實驗中使用到的設備種類繁多，包括型號眾多的交換設備、路由設備和接入設備；操作命令多，設備操作采用命令行格式，命令類別眾多，難以記憶。
　　以一個簡單的IP協議收發實驗為例。為了觀察IP數據包的傳遞過程，一般要用差不多20個函數和一整套命令，還必須先了解底層工作原理，必須跟其他協議配合使用。學生對理論課大量枯燥的概念、協議、原語和縮寫似懂非懂，學完了各個層次的知識點，不知道要做什么用。即使是驗證性實驗，也覺得難度大，沒有辦法動手。比如，一個簡單的服務器配置實驗，常有不少學生覺得太復雜，沒信心去查命令、學函數，最后干脆逃離實驗室。
　　為了提高網絡實驗的效果，盡量鍛煉學生的實踐能力，同時讓枯燥的網絡理論鮮活起來，近年來，湘潭大學借鑒兄弟院校的成功經驗，不斷地討論，不斷地實踐，從實驗內容的擴充到實驗室的建設，從實驗指導人員自身素質的提升到把精良師資轉入實驗室等多方面進行了一系列改革?，F在，我們已經實現從以教師的“教”為中心，轉向以學生的“學”為中心；從知識的單純灌輸，轉向培養學生的創新精神和實踐能力；從單一的培養模式轉向多樣化的培養模式，并注重學生的個性發展。通過幾年的探索與實踐，湘潭大學的實踐教學取得了相當好的效果。以此為據，我們總結出多角度、全方位、階梯式實踐教學體系模式，如圖1所示。
　　
　　
　　2.1　鞏固基礎實驗室
　　基礎實驗室在各個高校都是歷史悠久的，為培養相關專業的學生立下了汗馬功勞。所以，對于普通基礎實驗來說，只需要鞏固現有的基礎實驗室，完成驗證性實驗，實驗指導由實驗室配備的實驗師完成。當然，這并不表示基礎實驗的部分不需要改革。首先，基礎實驗的內容需要根據時代與社會的需要進行不間斷的調整；其次，基礎實驗的廣度與深度需要跟隨教學的步伐進行修改：再有，基礎實驗的難度要根據學生的接受能力增加。比如，現在的基礎實驗一般都是從網絡設備與各種服務器的簡單配置開始，而以前是從了解與使用各種網絡軟件或硬件開始。為了能夠更好地指導實驗，適應知識更新的需要，指導基礎實驗的實驗師也必須不斷地更新知識，自我提高。通過多方面的努力，我校計算機網絡專業的實驗師基本上都獲得了碩士學位，或者直接由碩士甚至博士畢業生擔任實驗師。所有基礎實驗匯總起來大約占實驗體系的20％。
　　
　　2.2　完善專業實驗室
　　專業實驗室主要是用來完成綜合型實驗的，當然也包括難度較大的驗證型實驗，或者有少量的設計型實驗。這一層面的實驗大多由工程師或高級實驗師來指導。專業實驗針對性強，雖然實驗只是驗證理論課中的原理與方法，但是絲毫馬虎不得，因為它是奠定專業基本功的關鍵。經過近五年的專業建設，湘潭大學計算機網絡專業逐步完善了網絡協議實驗室、網絡安全實驗室、網絡管理實驗室、數據庫實驗室、操作系統實驗室等一系列與專業課對口的實驗室。學生在專業實驗室開展綜合型實驗，可以在驗證性實驗的基礎上進一步提高專業基礎實驗技能。此層面實驗的訓練目的是使學生能夠靈活運用所學的基本理論，聯系相關專業知識，結合基本實驗技能進行簡單的設計和制作，從而培養學生正確的設計方法和良好的設計習慣?，F在綜合型實驗大約占實驗體系的30％。
　　
　　2.3　建設學科實驗室
　　建設和提高學科實驗室是滿足學生個性化實驗需求和進行創新教育的必要條件。個性與創新都是不能重復的，也就是不可以學習的，因此我們建設高學科實驗室，是想以寬松的環境、適當的引導、師道的浸淫以及榜樣的激勵激發學生創新與創業的欲望，幫助學生發揚個性，挖掘潛力，提升專業能力與素養。而實驗教學到了這個層面，在具體運作中，我們會讓學生完成大量的設計型實驗。一般的實驗與學生項目直接掛鉤，給學生最好的指導和最大的自由。
　　首先，學科實驗室的實驗內容可以是綜合型實驗的延伸，也可以是相對獨立的項目式實驗，還可以是某個具體課題的研究實驗。實驗題目可以由教師確定，也可以由學生和指導教師根據實際情況協商來擬定。教師和學生共同制定實驗計劃，學生設計實驗步驟、操作實驗、記錄實驗結果和工作日志，教師幫助學生解決疑難問題，指導學生寫出實驗報告或實驗總結和相應的作品；最后，學校組織教師或專家，對實驗結果評價。比如圖2所示多區域配置OSPF協議，教師給出拓撲圖，學生就可以設計出一系列實驗。
　　
　　學生設計的一系列實驗如下：
　　1)配置各個路由器上的OSPF協議標準區域。
　　21在OSPF內重分發RIP配置命令。
　　3)在RIP內重分發OSPF配置命令。
　　4)將Area1區域配置成完全非純末梢區域。
　　5)將Area2區域配置成完全末梢區域。
　　6)在路由器BJ2上將Area2區域中網段進行區域間匯總。
　　7)在路由器BJ1上將Area1區域中網段進行區域間匯總。
　　8)在路由器GZ2上將外部網段進行匯總。
　　9)查看BJ1路由器的OSPF鏈路狀態數據庫詳細信息。
　　10)在以上各個步驟中查看并截圖各路由器的路由表的變化情況。
　　當然，每個學生的設計絕非一樣。我們可以根據學生的能力與情況，讓學生自己選擇在學科實驗室要到達的目標，從而選擇要做的事情。對于基礎好的學生，甚至不需要給拓撲圖，這個實驗也由他自己設計；基礎稍差點的學生，學習很吃力，實驗做不了的，我們不作絕對要求，甚至允許他們回到基礎實驗室或專業實驗室去溫習。這樣就可以避免實驗室有教師值班，但無學生問津的尷尬局面，也有利于形成激勵機制，降低教學成本。在實驗室，學生是主角，學生可以自定實驗題目、步驟、時間等，學習的主動權完全掌握在學生自己手中，學生因此可以根據自己的喜好和實際水平來決定實驗題目和實驗難度，所以能夠產生興趣，提高學習熱情。目前，我們這部分實驗大約占實驗體系的40％。
　　
　　2.4　建設實訓基地
　　在近5年的時間里，湘潭大學的計算機網絡及其相關專業一直在不斷地打造實訓基地。一方面，我校跟企業合作，與地方與社會共同建設。湘潭大學的校企合作具有十分明顯的優勢與特點：湘潭的名校不多而名企很多，對于計算機網絡及其相關專業，湘機、湘鋼、江南、江麓等企業都非常樂意跟高校共同培養實用型人才。另一方面，我們在校內應用項目訓練法。因為項目訓練法也是真刀真槍地訓練，模擬了真實項目，具有激發學生學習興趣和創造力的因子。毋庸置疑，興趣是最好的老師，現在的學生非常抵觸空洞的說教者，只有有了興趣，他們才能真正主動地學習。在具體的項目訓練中，學生當然要運用所學的理論知識，所以可以很好地滲透和鞏固理論學習。一個項目不可能由一個學生單獨完成，也不可能由別人幫忙完成，因為每個人都有適合自己的任務，所以采用項目訓練，可以同時鍛煉學生獨立完成任務的習慣和團隊合作的能力，為他們進入真實的工作環境做好鋪墊。
　　在項目式實驗教學中，實驗指導教師處于為實驗教學服務的位置，學生是實驗教學的中心，導師必須圍繞這個中心做好服務工作。作為實驗指導的教師，要求能夠提出學生感興趣的、符合專業發展方向的、科學實用的實驗項目，啟發式地指導學生，激發學生的興趣，提高學生的學習積極性和主動性。這就在一定程度上要求指導教師不能是普通的實驗師或授課教師，而必須是資深的項目經理，或是有大量實戰經驗的專家教授。高水平教師從事實驗和實習教學工作，非常有利于提高學生的實踐能力。作為項目訓練的指導教師，必須不斷加強自身知識和技能的擴展和更新，達到知識豐富、技術熟練和教學方法科學而實用的要求。教師不但要有扎實的基礎理論，掌握最前沿的科研信息和科研動態，還應該具有很強的分析問題、解決問題的能力，更應該掌握適應于市場的實戰經驗。
　　事實上，我校充分借用實訓基地的老師，他們一般來自于實戰一線，有多年實踐工作經驗。我們的教師通過與他們一起來研究選題、安排學生的分工、評估學生的成績，來盡量接近社會對專業學生的實際要求。但是總體而言，這是我們整個實驗教學體系中的一個薄弱環節，因為我們的教師普遍教學任務重，參加實戰的經驗相對較缺乏；而企業的項目經理雖然做具體項目沒有問題，但表達上常常比較吃力。目前，我們的實訓在實驗中的比重約為10％，計劃逐年地增加比重。
　　經過多年的努力，在逐漸成型的實驗教學體系中，實驗指導人員普遍實現了高職低配，“三性實驗”的比重也逐步達到并超過了70％。為了更好地落實以上改革措施，我校信息工程學院繼“省級電子與電工技術實驗示范中心”和“智能計算與信息處理教育部重點實驗室”之后，正在積極籌劃為計算機網絡專業申請省級甚至是國家級的實驗示范中心。
　　
　　3　結語
　　
　　2010年，我校計算機網絡專業的學生在網絡協議配置、網絡服務分析、網絡系統管理等方面都卓有成效，涌現出了一大批炙手可熱的尖子畢業生。通過類似的改革，其他相關專業的學生在提高實踐動手能力方面的表現也十分突出?，F在，計算機網絡專業的實驗教學已經走出困境，畢業生得到用人單位的肯定和歡迎。計算機網絡專業的學生真正走進網絡世界，熱愛這個富有挑戰性的專業。當然，我們需要跟隨時代的脈搏，不斷地改革教學內容與教學方法，讓學生的自主性和主體地位得到進一步加強。只有這樣，計算機網絡專業作為一個實用專業，才能跟得上時代的步伐，順應社會發展的需要。
　　
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