“計算機網(wǎng)絡(luò)”課程實驗教學的研究

摘要：文章分析了“計算機網(wǎng)絡(luò)”課程實驗教學在教學條件、內(nèi)容和方式中存在的問題，通過對課程特點的思考，立足于現(xiàn)狀，對如何合理設(shè)計實驗教學內(nèi)容與類型、實施方法與手段和實驗教學的考核與評價進行了分析和探討。

關(guān)鍵詞：計算機網(wǎng)絡(luò)；實驗教學；實驗平臺

作者簡介：劉耀（1976-），男，湖南湘潭人，湖南商學院計算機與電子工程學院，講師；周紅靜（1976-），女，湖南望城人，湖南商學院計算機與電子工程學院，講師。（湖南長沙410205）

基金項目：本文系2011年湖南省教育廳教改項目“基于網(wǎng)格工作流的教學資源共享、整合與優(yōu)化配置的研究與實踐”（湘教通[2011]315號）的研究成果。

中圖分類號：G642.0#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻標識碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號：1007-0079（2012）07-0083-02

“計算機網(wǎng)絡(luò)”是計算機科學與技術(shù)專業(yè)一門非常重要的專業(yè)課程。這門課程旨在讓學生掌握當前計算機網(wǎng)絡(luò)所采用的體系結(jié)構(gòu)、主要協(xié)議的基本設(shè)計原理、設(shè)計方法和應(yīng)用實例，并且讓學生了解計算機網(wǎng)絡(luò)的前沿技術(shù)，為培養(yǎng)學生在計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)計、應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)等方面打下良好的基礎(chǔ)。實驗教學在這門課程中具有非常突出的作用，不僅可以加深對網(wǎng)絡(luò)理論知識的理解，同時也是對理論教學的深化和補充，更重要的是可以培養(yǎng)學生綜合運用知識與解決實際問題的能力。下面首先分析“計算機網(wǎng)絡(luò)”實驗教學存在的一些問題，然后從實驗內(nèi)容和類型的設(shè)計、實驗實施的方法和手段以及考核評價等幾個方面進行探討。

一、計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學存在的問題

計算機網(wǎng)絡(luò)課程具有理論性、應(yīng)用性和實踐性都比較強的特點。實驗教學是一個非常重要的環(huán)節(jié)，能有效地將三者有機貫穿融合，以利于學生掌握新知識，有利于增強學生素質(zhì)和能力。但目前的實驗教學環(huán)節(jié)普遍存在一些問題。第一，實驗類型的設(shè)計不夠完整、實驗內(nèi)容的選擇不夠合理。第二，缺乏計算機網(wǎng)絡(luò)教學的硬件環(huán)境。使用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，例如路由器、交換機等價格昂貴，不能夠大規(guī)模地購置，并且只能提供低端的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，不能構(gòu)建復雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。進行硬件操作時學生只能很多人一組輪流參與操作，在實驗課時有限的情況下，不能有效完成實驗的內(nèi)容，致使實驗教學質(zhì)量得不得保障。離開實驗室，學生更加無法進行實驗。第三，從師資上來看，教師缺乏大型網(wǎng)絡(luò)工程設(shè)計與管理的經(jīng)驗，容易造成理論和實踐教學的脫節(jié)，對實驗環(huán)節(jié)認識不全面。第四，從學生的角度來看，他們開始對這門課的興趣會比較高，但隨著深入的學習，就會感覺這門課的內(nèi)容太抽象，很難與他們平時所接觸的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用相關(guān)聯(lián)，導致學習興趣下滑，學習效果也隨之下降。計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學遠遠沒有起到應(yīng)有的作用和良好的效果。因此，要對實驗教學進行科學合理的規(guī)劃與設(shè)計，以便更好地為學生掌握計算機網(wǎng)絡(luò)課程的知識提供實踐基礎(chǔ)。

二、實驗內(nèi)容和類型的設(shè)計

1.如何挑選實驗教學的內(nèi)容至關(guān)重要，實驗內(nèi)容的選擇直接影響實驗的質(zhì)量和效果

實驗教學內(nèi)容應(yīng)該隨著網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的出現(xiàn)經(jīng)常性地及時調(diào)整。[1]因此，在選擇實驗內(nèi)容時要精心挑選，盡量做到有代表性、具有可操作性，能夠符合學生實際能力和水平。

實驗教學內(nèi)容的安排要結(jié)合理論教學。目前計算機網(wǎng)絡(luò)理論教學內(nèi)容的組織主要分兩類。一類是傳統(tǒng)的方式，根據(jù)計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)從物理層由下往上講解到應(yīng)用層。[2]另一類則相反，采用自頂向下的方式，[3]從應(yīng)用層開始講到物理層。以自頂向下的方式為例，在進入課程學習之前，學生雖然沒有網(wǎng)絡(luò)基本原理的知識，但幾乎每天都在使用網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，例如網(wǎng)頁瀏覽、使用電子郵件、文件傳輸?shù)取Ｗ皂斚蛳路椒▽W生能夠從所熟悉的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用入手，了解這些網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用是如何工作的。那么，這和學生的興趣是匹配的，有利于調(diào)動學生的學習積極性。當理解這些應(yīng)用后，學生對于支撐這些服務(wù)底層知識會比較感興趣，教師能夠在教學的早期階段同時介紹網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用程序開發(fā)。在學習“計算機網(wǎng)絡(luò)”這門課程之前，學生已經(jīng)具備了基本的編程能力和經(jīng)驗。編程設(shè)計可以包括多個協(xié)議層次，例如構(gòu)建多線程網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序、郵件客戶端軟件、套接字編程以及路由算法等。

2.實驗類型的設(shè)計主要受學生課程學習階段的影響和課程內(nèi)容的需求

豐富的實驗類型能夠大大激發(fā)學生的學習熱情和學習動力。在考慮實驗類型的時候一定要注意實驗運用的不同時間和環(huán)境。實驗類型的設(shè)計要充分結(jié)合理論教學的內(nèi)容，實驗類型中應(yīng)當包括下面一些主要類型的實驗：認知型、演示型、驗證型、設(shè)計型、綜合型實驗。

認知型實驗主要是幫助學生完成對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)軟件這些學習條件的認識，從而適應(yīng)各種現(xiàn)實情景，避免產(chǎn)生抽象的感覺。教師通過部分演示型實驗?zāi)軌蚣由顚W生對概念的理解，并且對于其從直觀上加強認識也是很有幫助的。教師可以編程設(shè)計一些小型的動畫范例，充分調(diào)動學生的積極性，促進學生對計算機網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和協(xié)議的學習。驗證型實驗的主要目的是加強學生對計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及相關(guān)標準的理解。在驗證型實驗中，學生通過觀察網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的時序和動作，加強理解兩個協(xié)議實體之間交換的報文順序、格式以及內(nèi)容，特別是各層典型的協(xié)議，例如應(yīng)用層的HTTP、DNS，傳輸層的TCP、UDP，網(wǎng)絡(luò)層的IP、ICMP、RIP、OSPF，鏈路接口層的以太網(wǎng)、ARP等協(xié)議。設(shè)計型和綜合型實驗主要包括網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的構(gòu)建和網(wǎng)絡(luò)軟件的設(shè)計。在設(shè)計型實驗中，學生根據(jù)設(shè)計的目標和要求，在當前可用的軟、硬件環(huán)境下，獨立思考、設(shè)計實驗方案并對設(shè)計的結(jié)果進行分析處理，檢查了自己對局部知識的掌握程度以及培養(yǎng)了其知識靈活運用的能力。綜合型實驗主要是從一個系統(tǒng)的角度來考查學生，采用軟、硬件相結(jié)合的方式。實驗結(jié)果能夠檢驗出學生對網(wǎng)絡(luò)理論的整體理解、對實驗方法和手段的靈活運用能力以及整體的調(diào)試和分析能力。

三、實驗環(huán)節(jié)的實施方法和手段

對于每一類型的實驗，教師需要認真規(guī)范實驗教學環(huán)節(jié)，需要對每一個實驗有明確的要求，包括實驗的預(yù)習和準備，每一次實驗要求達到什么樣的目的來做實驗。特別要注意在每部分實驗過程中常見的問題及其解決的方法，尤其是對問題的分析不僅僅要記錄在實驗報告中，還要拿出來討論和總結(jié)。實驗中異常現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)以及分析反而會更有助于加深理解，并培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題的能力。教師在設(shè)計實驗內(nèi)容時，除了要涵蓋學習的知識點，還要注意實驗內(nèi)容具有經(jīng)濟實用性和可操作性，并要兼顧到對學生創(chuàng)新能力和動手能力的培養(yǎng)。

提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的認知，除了觀察、認識學校機房低端的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之外，更重要的是要求學生課后到計算機市場上了解中、高端的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)軟件，并通過互聯(lián)網(wǎng)對主要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商的產(chǎn)品進行了解，甚至在這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商的網(wǎng)站上進行相應(yīng)的學習，例如設(shè)備的配置等。這種環(huán)節(jié)的設(shè)置，除了對學生的網(wǎng)絡(luò)知識本身的加強之外，還培養(yǎng)了學生主動學習的能力和提高了學生獲取知識的方法和途徑，從而達到了綜合素質(zhì)培養(yǎng)的目的。對這樣一個環(huán)節(jié)的檢驗可以采取匯報和討論課的形式，以小組為單位，形成調(diào)研報告，制作成幻燈片，在課堂上進行報告和經(jīng)驗交流。學生之間也能夠增強協(xié)作，也會感覺到更有成就感。

在當前不具備投入更多的資金來改變現(xiàn)有設(shè)備狀況的條件下，設(shè)計切實能行并滿足符合實驗教學大綱的網(wǎng)絡(luò)實驗方案具有深遠的意義。利用多種網(wǎng)絡(luò)軟件組成虛擬網(wǎng)絡(luò)模擬實驗平臺是一種非常好的解決途徑。這樣的平臺具有資金投入少，更新升級代價小，甚至有些軟件還是免費的。同時，實驗不受物理位置限制，可以在實驗室統(tǒng)一完成，也可以讓學生自己在課后完成，具有非常高的靈活性。有些軟件能夠?qū)崿F(xiàn)與實際的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行無縫連接，學生可以提前做好部分或全部的實驗，然后上課到實際的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中去驗證，從而提高課堂的效率。例如多平臺的網(wǎng)絡(luò)分析軟件Ethereal，它具有一般協(xié)議分析器的標準特征，可以用于網(wǎng)絡(luò)故障處理、分析、軟件和協(xié)議的開發(fā)以及教學。通過使用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析軟件觀察各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的活動，深入了解計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的細節(jié)內(nèi)容。像Boson NetSim可以完成網(wǎng)絡(luò)拓撲設(shè)計和實驗環(huán)境模擬，和真實的設(shè)備具備相同的系統(tǒng)軟件，非常逼近真實設(shè)備。要對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計和性能測試進行更加深入的學習，可以采用NS2這樣的網(wǎng)絡(luò)模擬器來模擬和測試網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。但需要注意的是，學生需要在課后投入一定的時間來學習和掌握這些軟件的使用，教師必須給予充分的指導才能達到相應(yīng)的效果。

四、實驗考核與評價

加強實驗的考核，改革實驗的評價方式，有利于促進學生的學習自主性。對學生實驗知識和技能的考核是一個過程控制，而不僅僅是對實驗結(jié)果進行評價，[4]不局限于查看學生實驗報告的完整性。因此，必須保存好各個實驗的原始記錄表、調(diào)查表、報告素材、設(shè)計成果、驗收結(jié)果等歷史數(shù)據(jù)，把每一個部分的考核都進行量化，設(shè)計好各部分的比重。對于小組的合作實驗，過程的記錄尤為重要。針對成員的不同分工，也要區(qū)別對待。鼓勵學生主動承擔實驗項目中的工作，特別是有難度的部分。對在實驗過程中能夠積極發(fā)現(xiàn)問題、表現(xiàn)出創(chuàng)新性能力的學生需要給予適當?shù)募臃帧?/p>

五、結(jié)束語

經(jīng)過幾學期的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學的實踐，學生能夠擺脫目前設(shè)備條件的限制，除了能夠在實驗室進行實驗外，還能夠在課外完成實驗。將多種類型的實驗相結(jié)合，促進了學生對計算機網(wǎng)絡(luò)原理的理解，提高了分析和解決計算機網(wǎng)絡(luò)問題的能力。同時，進一步拓展培養(yǎng)了學生學習新軟件的能力。

參考文獻：

[1]任昌榮.“計算機網(wǎng)絡(luò)”課程實驗教學的改進方法與實踐[J].中國教育技術(shù)裝備，2007，(7):13-14.

[2]Andrew S.Tanenbaum.計算機網(wǎng)絡(luò)(第4版)[M].北京:清華大學出版社，2004.

[3]James F.Kurose，Keith W.Ross.計算機網(wǎng)絡(luò):自頂向下方法(第4版)[M].北京:機械工業(yè)出版社，2008.

[4]田慧君.高校計算機網(wǎng)絡(luò)課程實踐教學體系建設(shè)與研究[J].當代教育論壇，2008，(1):95-96.

（責任編輯：宋秀麗）