計算機網(wǎng)絡課程教學改革

摘要：本文深入地分析了我國和發(fā)達國家培養(yǎng)工程師的方法。為了培養(yǎng)合格的計算機網(wǎng)絡工程師，提出了一個通過改革教學內容和采用新的實驗技術的方案，該方案采用引入思科公司的培訓體系來提高學生的實際動手能力。

關鍵詞：計算機網(wǎng)絡；教學改革

2010年，我國教育部制定了《卓越工程師教育培養(yǎng)計劃》，要求為各個專業(yè)培養(yǎng)合格的工程技術人才。我國許多高校以此為契機，轉變辦學理念，調整人才培養(yǎng)目標以及改革人才培養(yǎng)機制。部分高校根據(jù)實際情況建立實踐基地，并與國內外學校企業(yè)合作，讓學生走出校門走出國門，到對應的實際工作崗位進行實際工作能力的培養(yǎng)。

網(wǎng)絡類課程（網(wǎng)絡應用技術、計算機組網(wǎng)技術、網(wǎng)絡設計工程技術基礎）是一類實踐性很強的課程，要求學生既要有理論知識，又要能掌握實際工作能力，解決實際工程問題。如何在現(xiàn)有網(wǎng)絡類課程中，按照卓越計劃的精神，合理安排教學培養(yǎng)學生，打造具有特色的網(wǎng)絡類課程是我們應該思考的問題。

● 國內外的相關研究

工業(yè)革命以來，西方發(fā)達國家工程師培養(yǎng)主要有兩大類：美國模式和以德、法為代表的歐洲模式。美國著名高等教育學家布魯貝克認為，美國高等教育發(fā)展有兩個方向：自由探索科學真理；服務國家社會發(fā)展。這兩個發(fā)展4yirFqiluFzOVHwVXv+V+w==思路始終指導美國高等教育的發(fā)展，而實用主義是這兩種發(fā)展思路的交集[1]。

實用主義的三大原則就是：實用即真理，有效即有用；需求導向，服務至上；事實重于假設。美國國家經(jīng)濟和社會政治，在實用主義的指導下，出現(xiàn)了豐富多彩的多元化發(fā)展格局。MIT的工程研究成果，Standford的硅谷淘金以及蘋果公司iPhone、iPad產(chǎn)品的全球熱銷，生動地說明了實用主義的魅力[2]。

與美國模式，培養(yǎng)集管理、金融、工程技術于一身的工程師毛胚不同，德、法模式注重工程實踐動手能力的培養(yǎng)，也就是培養(yǎng)工程師成品[3]。德國的職業(yè)教育體系依次是：實科中學、職業(yè)學院、職業(yè)專科學校、高級專科學校、再到應用科技大學。應用科技大學是德國職業(yè)教育的最高層次，可以授予職業(yè)教育碩士學位。應用科技大學與傳統(tǒng)研究型大學有同樣的社會地位，選擇哪種類型的大學主要取決于學生的個人自主選擇，而不是學習能力的好壞[4]。

近年來中國的高校也開始注意工程實踐能力的培養(yǎng)，進行了一定程度的嘗試。但是與西方發(fā)達國家相比，中國高等教育中的工程教育面臨一些困惑：工程實踐教育改革理念缺乏、工程人才培養(yǎng)模式單一、缺乏科學的長效運行機制[5]。

有些國內高校在實施卓越工程師教育培養(yǎng)中認為：校企合作是培養(yǎng)學生的實際工作能力的有效載體。但是實際情況是，校企合作、實訓教育中存在一定程度的困難。對企業(yè)而言，校企合作可能只是公益性行為，收益有限而風險很多，如學生在企業(yè)期間的安全問題、生產(chǎn)設備的消耗、學生實習對公司管理和運營的沖擊。因此很多企業(yè)并不愿意進行校企合作[6]。

有些高校把理論教學和實踐教學分開，學校進行理論教學，學生在大四時，參加校外培訓，進行工程實踐的學習。這樣造成了理論和實踐的脫節(jié)。學習理論的時候由于沒有實踐，對原理就沒有感性認識，談不到真正理解；培訓時，由于功利的影響，局限在工程的細節(jié)，也不會再學習理論。

● 課程改革的預期目標

在實施《卓越工程師教育培養(yǎng)計劃》時，我們必須處理好共性要求與特色發(fā)展兩者間的關系。根據(jù)實際的師資和社會需求，充分體現(xiàn)每個學校的特色。為了培養(yǎng)計算機網(wǎng)絡工程人員，我們根據(jù)現(xiàn)有教學計劃，提出以下想法：①將思科的教學體系（教材、技術、實驗、認證）引入我們的計算機網(wǎng)絡類課程中。②針對計算機專業(yè)和非計算機專業(yè)的學生，分層次教學。③在現(xiàn)有的實驗室條件下，進行實驗教學改革。

我們的目標是改變“教師上課，學生聽講”的單向的教學模式。為計算機專業(yè)和非計算機專業(yè)的學生提供不同層次的網(wǎng)絡工程實踐的訓練，培養(yǎng)學生主動分析、解決實際工程問題，激發(fā)學生學習興趣。更加貼近卓越工程師的培養(yǎng)目標，拓寬學生的就業(yè)渠道，提高學生參加工作后的收入。

● 教學改革的內容

1.教學內容的改革

思科公司（Cisco）提供網(wǎng)絡的全套解決方案，其產(chǎn)品在網(wǎng)絡市場上占有很高的市場份額。該公司的網(wǎng)絡技術、特別是網(wǎng)絡設備配置技術是當前網(wǎng)絡技術的主流。如果只學習網(wǎng)絡理論，不學習具體公司的產(chǎn)品，將沒有構建網(wǎng)絡的能力。

思科認證是由該公司針對其產(chǎn)品的網(wǎng)絡規(guī)劃和網(wǎng)絡支持推出了工程師資格認證。思科公司主要提供了三個認證等級，它們所代表的專業(yè)水平從低到高依次是：初級工程師（CCNA）、資深工程師（CCNP）和網(wǎng)絡專家（CCIE）。同時，思科公司要求其在各國的代理公司必須擁有一定數(shù)量的認證工程師，以保證對用戶的服務質量。通過此認證，網(wǎng)絡技術專業(yè)人員可以在迅速擴展的網(wǎng)絡技術領域證明自己的相應等級的技術水準。擁有CCIE認證，將意味著在全球范圍內可獲得豐厚的待遇和廣闊的發(fā)展空間。

面對這樣的現(xiàn)狀，教學中一方面進行理論知識的講解，如計算機網(wǎng)絡模型、TCP/IP的4層模型以及協(xié)議族、IP地址的規(guī)劃與設計、路由和交換的原理等；另一方面采用思科的教學體系，向學生教授實際工程中的組網(wǎng)原理、防火墻、路由器和交換機的配置，這有助于提高學生的網(wǎng)絡技術水平和就業(yè)競爭力。

我們從學生實際情況出發(fā)，采用不同的教學體系。對于非計算機專業(yè)的網(wǎng)絡應用課程，在使用現(xiàn)有的教材的基礎上，增加一部分基礎的思科CCNA的教學內容，如路由器的基本配置，配置靜態(tài)路由。目標是學生能夠配置局域網(wǎng)，實現(xiàn)簡單網(wǎng)絡間的互聯(lián)。

對于計算機專業(yè)的計算機組網(wǎng)技術等課程，就直接引入思科的認證教材，如《CCNA學習指南（中文第六版）》（電子工業(yè)出版社）。對學生進行系統(tǒng)的思科工程訓練，鼓勵學生參加CCNA、CCNP的考試，成為合格的網(wǎng)絡工程師。

2.實驗技術的改革

由于思科的網(wǎng)絡設備價格昂貴，一般財政資助的實驗室難以配備完整的產(chǎn)品系列。有些CCNP和CCNA實驗必須在中、高型號的設備才能進行。實驗室的設備數(shù)量有限，不可能支持1～2班的學生同時進行實驗。基于這些原因，使用模擬器進行實驗成為一個必然的選擇。現(xiàn)有的可以選擇的模擬器如下：思科網(wǎng)絡學院的基于Flash技術的模擬器、Routersim for CCNA and CCNP、Boson Router SImultor、Sybex CCNA Lab和Packet Tracer[7]。

我們對上述這些模擬器進行測試，發(fā)現(xiàn)難以模擬真實的網(wǎng)絡環(huán)境，不能支持中級以上規(guī)模的實驗。經(jīng)過反復比較，我們決定使用Dynamips模擬器。

在實驗室中，我們在電腦上安裝Dynamips模擬器，加載思科設備的真實IOS，來虛擬相應型號的思科路由器和交換機。虛擬設備的配置和工作原理與真實設備一致，虛擬設備之間和真實設備之間一樣交換數(shù)據(jù)，輸入和輸出界面完全一致，使得在虛擬設備上進行配置和在真實設備進行配置極其相似。目前已經(jīng)可以模擬路由器、交換機和防火墻，設備型號覆蓋低端2600，到中端3600和高端7200系列。

我們以兩個計算機專業(yè)教學班為例，一共80人，實驗以1個學生為1組。預先在每臺電腦上安裝好模擬器，并把每個實驗做成一個固定的配置文件。CCNA級別的教學需要完成實驗，分別是：①路由器的基本配置；②配置靜態(tài)路由；③配置動態(tài)路由協(xié)議；④配置網(wǎng)絡控制列表；⑤配置網(wǎng)絡地址轉換；⑥實施VLAN；⑦VLAN間的路由；⑧實施STP。

我們以上述的⑤網(wǎng)絡地址轉換為例說明實驗的過程。實驗中，每個學生使用1臺電腦完成實驗。每臺電腦中模擬了3臺3660路由器，分別是R1、R2、R3。網(wǎng)絡拓撲結構是由教師事先設定，學生通過查看連接的信息來確定網(wǎng)絡設備的連接情況。在R2上配置網(wǎng)絡地址轉換，可以用三種方式配置：靜態(tài)NAT、動態(tài)NAT、PAT。

路由器R2是企業(yè)網(wǎng)關，使用動態(tài)路由協(xié)議使企業(yè)內部所有網(wǎng)絡互聯(lián)。動態(tài)路由協(xié)議使用ospf，自治系統(tǒng)號使用0。路由器R2配置代碼如下：

interface e0

ip address 172.16.21.2 255.255.255.0

no shut

ip nat inside

ip access-group 1 in

exit

interface s1

ip address 61.171.11.1 255.255.255.252

no shut

ip nat outside

exit

access-list 1 permit 172.16.0.0 0.0.255.255

access-list 1 permit 192.168.21.0 0.0.0.255

ip nat inside source list 1 interface s1 overload /* 定義使用PAT*/

router ospf 0

network 172.16.0.0 0.0.255.255 area 0

ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 61.171.11.2

我們充分發(fā)揮思科公司在網(wǎng)絡工程方面的專業(yè)水平，采用理論和網(wǎng)絡工程實例交替進行的教學模式，通過構建新穎的網(wǎng)絡工程教學實驗體系，使學生能有興趣學習專業(yè)課程，提高了學生的動手能力，達到培養(yǎng)了不同層次網(wǎng)絡工程師的目的。

參考文獻：

[1]布魯貝克.高等教育哲學[M].王承緒，等.譯.杭州：浙江教育出版社，1986.

[2][5]王世斌，郄海霞，余建星，王杰，潘海生，孫克俐.高等工程教育改革的理念與實踐—以麻省、伯克利、普渡、天大為例[J].高等工程教育研究，2011（11）.

[3]顧建民.培養(yǎng)有競爭力的工程師：德國工程教育改革透視[J].吉林教育科學：高教研究版，2001（2）.

[4][6]陳飛.技術本科卓越工程師培養(yǎng)的生態(tài)體系—基于德國經(jīng)驗的思考[J].職業(yè)技術教育，2011（13）.

[7]張鋼，黃小波.思科虛擬實驗平臺的構建[J].實驗室研究與探索，2010（8）.

本文受資助項目：中國計量學院2013年合作辦學教改項目（計算機專業(yè)英語教學網(wǎng)絡平臺的建設與研究）；2010年浙江省本科院校實驗教學示范中心項目——計算機網(wǎng)絡通信實驗教學中心；教育部2010年度雙語教學示范課程建設項目（現(xiàn)代邏輯設計課程）（教高函[2010]11號）。