探析基于實踐能力培養的計算機網絡課程教學改革方法

游海暉

摘 要：在分析目前高校計算機網絡課程教學中存在的教學內容與實際脫離、實驗教學環節薄弱等諸方面問題的基礎上，結合教學的過程中的實際經驗，圍繞計算機網絡課程的教學目標，對計算機網絡課程的教學進行總結分析，強調實踐能力的培養和軟件仿真實訓在該課程教學中的重要地位。

關鍵詞：計算機網絡；教學改革；軟件仿真實訓

中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：1001-7836（2014）03-0057-02

在計算機網絡課程的教學中，如何根據這門新興學科和網絡技術飛速發展的特點進行學生實踐能力的培養呢？目前的教學內容、教學方法和手段、實驗環節能夠很好地培養學生的實踐動手能力嗎？結合這些問題，本文對計算機網絡課程教學改革進行探討。

1 計算機網絡課程教學現狀分析

1.1 教學內容

目前，我國高校計算機網絡課程教學內容總體上分為三大部分：第一部分，原理部分，主要是以TCP/IP和OSI參考模型為主介紹網絡的層次模型及網絡協議；第二部分是網絡技術部分，介紹網絡硬件設備（如網卡、集線器、交換機、路由器等）及一些典型的廣域網和局域網技術，（如FDDI， X. 25，頓中繼、ATM、無線網等）；第三部分，網絡應用部分，包括網絡操作系統功能及應用，網絡安全及管理，Internet的特點與應用。在實驗課程中，進行的一些主要實驗有驗證性實驗、網絡安全實驗、組網實驗等。當然根據授課對象的不同，教學內容的側重點和難易程度也有所不同[1]。

1.2 教學模式

從當前多數高校的教學情況來看，計算機網絡課程的授課基本都是一個模式：講授課和實驗課。其中講授課比重較大，實驗課比重則小些，而且講授課與實驗課的結合程度不是很緊密。教師在授課過程中采用主要的教學手段和方法有以下幾種：傳統的粉筆板書教學、PowerPoint幻燈片教學、CAI課件教學等。實驗課的教學環節是教師事先安排好的實驗內容，并在實驗過程中給予指導和評定。

2 計算機網絡課程實踐教學存在的問題

長期以來，網絡課程的教學存在重理論、輕實踐的問題，對于如何將教學內容應用到實際的工作中關注得不夠，這一現狀與國家重點倡導的應用型人才培養目標越來越不符合。對于具有強烈工程應用背景的計算機網絡課程而言，如何建立實踐教學模式，提高實踐教學效果，在整個課程教學過程中具有至關重要的影響。現行的計算機網絡課程在實踐教學環節上存在著諸多不足，主要表現在以下幾個方面：（1）實驗教學重視不夠。在實驗教學中，只開設驗證性實驗，缺少設計性實驗，更沒有大中型網絡規劃方面的實驗，使得學生分析問題、解決問題的實際能力得不到培養，滿足不了計算機網絡在知識、技術等多方面的要求。（2）教學硬件設備不足。實驗用的路由器、交換機和防火墻等設備昂貴，由于資金缺乏，無法為實驗教學配備這些教學設備，導致計算機網絡課程的許多實驗只能用教學模擬軟件來模擬實現。模擬實驗由于學生無法接觸到實際的網絡設備，更不用說用其來組網了，所以無法達到教學目的。（3）教師實踐經驗不足。目前，計算機網絡課程教學的“雙師型”教師缺乏，大多數教師沒有參與過大型網絡，如GSM網絡、TD-SCDMA網絡、LTE網絡等的實踐經驗，缺乏對大型網絡設備的認識，導致網絡實驗教學理論與實踐的脫離[2]。

3 基于實踐能力培養的教改研究

計算機網絡不僅是一門理論性很強的課程，同時也是一門實踐性很強的課程。學生必須通過大量嚴格的實驗訓練才能真正掌握和深入理解網絡技術的基本理論和概念，并和實際網絡環境結合起來，最終學以致用，掌握基本的網絡應用構建和配置。實驗教學環節的改革首先需要給學生提供完善的實驗條件。在良好的硬件條件下，網絡中心開設從物理層到應用層系列實驗，包括雙絞線的制作、構造對等網絡、交換機的配置、VLAN配置、路由器基本配置、Windows環境下的TCP/IP服務的配置與管理、LINUX環境下的TCP/IP服務的配置與管理等。但由于實驗環境所限，學生不能做出更多、深層次的實驗。基于這種情況，我們在教學中使用了相應仿真軟件作為實踐能力培養的主要方式。

3.1 NS-2仿真平臺

NS-2是一種面向對象的網絡仿真器，本質上是一個離散事件模擬器，由UC Berkeley開發而成。它本身有一個虛擬時鐘，所有的仿真都由離散事件驅動。NS-2是一種針對網絡技術的源代碼公開的、免費的軟件模擬平臺，研究人員使用它可以很容易地進行網絡技術的開發，而且發展到今天，它所包含的模塊幾乎涉及到了網絡技術的所有方面。所以，NS成了目前學術界廣泛使用的一種網絡模擬軟件。此外，NS也可作為一種輔助教學的工具，被廣泛應用在網絡技術的教學方面。因此，目前在學術界和教育界，有大量的人正在使用或試圖使用NS。目前NS-2可以用于仿真各種不同的IP網，已經實現的一些仿真有網絡傳輸協議，比如TCP和UDP，業務源流量產生器，比如FTP，Telnet，Web CBR和VBR；路由隊列管理機制，比如Droptail，RED和CBQ，路由算法比如AODV、DSDV、DS。用仿真器進行教學靈活、生動、直觀。運用NS-2，特別是NAM工具的動畫演示可以清楚深刻地向學生演示網絡協議的運行過程。通過NS-2進行教學，學生可以直觀地看到網絡協議的行為，了解各種環境或其他因素對網絡的影響，也可以通過對比來演示各種策略的優缺點。

3.2 Sniffer（嗅探）

Sniffer是一個獲取網絡包、分析包、產生包的軟件，Sniffer可以在全部7層協議上進行解碼。Sniffer采用類似剝洋蔥的方式從最低層開始，一直到第7層，每一層使用不同的顏色加以區別[3]。在計算機網絡課程中，分層和協議簇是兩個非常重要的概念，同時也非常抽象，在教學過程中充分利用Sniffer分析數據包的解碼功能，來幫助學生理解。通過設置抓取一個訪問網站的HTTP數據報文，從中可以清楚地看到一個應用報文是如何從應用層到傳輸層再到網絡層接著到鏈路層逐層進行封裝，并且可以看到各層中相應協議規定結構的具體內容，通過這樣的演示和實驗，使學生可以建立清晰的分層結構模型以及理解各層是如何協同工作的。Sniffer網絡分析儀是一個網絡故障、性能和安全管理的有力工具，它能夠自動地幫助網絡專業人員維護網絡，查找故障，極大地簡化了發現和解決網絡問題的過程，廣泛適用于Ethernet、Fast Ethernet、Token Ring、Switched LANs、FDDI、X.25、DDN、Frame Relay、ISDN、ATM和Gigabits等網絡。endprint

3.3 Boson netsim

Boson netsim是目前操作最接近真實環境的模擬工具。與真實實驗相比，使用它省去了我們制作網線連接設備，頻繁變換CONSOLE線，不停地往返于設備之間的環節。同時，它的命令也和最新的Cisco的IOS保持一致，它可以模擬出Cisco的中端產品35系列交換機和45系列路由器。它還具備一項非常強大的功能，那就是自定義網絡拓撲結構及連接。通過Boson軟件，我們可以隨意構建網絡，PC、交換機、路由器都可被模擬出來，而且它還能模擬出多種連接方式（如PSTN、ISDN、PPP等）。Boson NetSim有兩個組成部分：Boson Network Designer（實驗拓撲圖設計軟件）和Boson NetSim（實驗環境模擬器）。Boson NetSim安裝結束以后，在桌面上會產成兩個圖標：Boson Network Designer和Boson NetSim。其中Boson Network Designer用來繪制網絡拓撲圖，Network Designer可讓用戶構建自己的網絡結構或在實驗中查看網絡拓撲結構。我們就是通過這個組件搭建自己的免費實驗室的。Boson NetSim用來進行設備配置練習， 是最重要的組件，用戶可以選擇網絡拓撲結構中不同的路由、交換設備并進行配置，也就是說輸入指令、切換設備都是在Control Panel中進行。全部的配置命令均在這個組件中輸入。

4 結束語

計算機網絡課程的特點決定了該課程在教學活動中必須緊扣實踐，而仿真式的實驗教學方法正是基于“實踐中求真知”的原則展開的。使學生真正掌握和理解理論知識，提高動手能力，實踐中取得了較好的效果。然而，計算機網絡是一個迅猛發展的學科領域，新的技術和應用層出不窮，在后續的教學實踐過程中，我們將關注這些新變化，并不斷對課程進行相應的改革創新，達到傳授知識、提升實踐能力的教學目標。

參考文獻：

[1]沈德海.基于NS-2的計算機網絡課程教學探索[J].渤海大學學報，2005， （4）：371-372

[2]劉彥保.計算機網絡課程教學改革探討[J].高等理科教育，2001， （3）：80-81

[3]胡曉婭.基于創新能力培養的計算機網絡課程教改研究[J].理工高教研究，2008，（4）：116-118endprint