計算機網絡實驗教學改革的探索與實踐

劉佳良

摘要：結合實際對計算機網絡實驗教學所存在的問題進行思考，運用網絡實驗平臺，優化課程內容，完善課程體系，在實踐教學中不斷摸索，建立一套可以廣泛推廣的教學方案，達到提高教學質量的目標。

關鍵詞：計算機網絡；實驗教學；網絡實驗平臺；課程優化；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）01-0222-02

計算機網絡實驗課程是計算機專業的一門重要課程，其涵蓋了網絡基本概念，網絡體系結構模型，網絡協議工作原理以及網絡安全等相關知識，具有很強的理論性和實踐性。隨著當前計算機技術的發展，行業內對畢業生的實踐能力越發重視，因此學生在學習理論知識的同時提高自己的動手和創新能力對本身日后的發展有著重大的意義。

一、計算機網絡實驗教學現狀分析

隨著網絡應用的不斷普及，網絡技術的發展，使當前的生活和工作越來越離不開網絡，對于計算機專業的大學生，掌握扎實的計算機網絡理論和技術，具備一定的網絡設計和管理能力是非常重要的，但是目前計算機網絡實驗教學中有一些顯著的問題。

計算機網絡實驗與其他實驗課程有很大不同，它對實驗環境要求較高，需要建設專門的網絡實驗室，配置成套價格昂貴的實驗設備，而且后期的設備維護和實驗室管理工作量也很大。目前國際著名大學和國內一流大學都建有大規模設備完善的網絡實驗，計算機網絡專業本科生與研究生擁有大量時間和資源進行實驗實踐學習，并且設置有開放性實驗室，學生可以根據自己安排提前預定實驗時間，并配有專業高水平的實驗老師進行指導，但是國內其他高校大部分由于經費和人力物力等方面原因，網絡實驗室的條件大多不夠完善，設備數量不夠充足，很難滿足實驗教學需求，以筆者所在的信息科學與技術學院網絡實驗室為例，實驗室于2008年開始組建網絡實驗室，分批購置網絡設備花費將近人民幣200萬元，目前實驗室承擔了計算機科學與技術、電子信息工程、電子科學與技術、通信工程等本科專業的計算機網絡實驗課程，平均每年上課的班級數量達18個，學生人數達540人，平均每個班級的實驗學時為16學時，隨著設備使用時間的增長和本科生人數的擴招，實驗設備維修維護越來越頻繁，實驗任務也越來越重，在短期內又無法大量更新實驗設備，現有的實驗環境只能滿足基礎教學所用。從學生角度考慮，實驗課時遠遠不夠，沒有條件進行深層次的探索性學習，因此在當前的實驗設備環境下不能達到很好的教學效果。從筆者的調研結果來看實驗環境受限是目前大部分高校計算機網絡課程面臨最大的困難。

二、實驗教學改革思路

1.在線實驗平臺。由于現有的實驗環境不能滿足實驗教學要求，通過一段時間的調查研究，以及與網絡設備廠商的深入探討，筆者決定利用網絡實驗平臺結合課程優化對實驗教學進行改革，希望能緩解實驗室設備老化、數量不足的現狀，并提供更多更豐富的實驗內容來改善教學效果，提高教學質量。我們使用的是銳捷網絡的LIMP網絡實驗系統，將其與實驗室物理實驗設備有機整合，在網絡服務器上搭建網絡在線實驗平臺，學生可以通過校園網絡登錄實驗平臺網站進行在線實驗，讓實驗教學不局限于實驗室內，學生可以利用任何空閑的時間在網絡上進行實驗學習。近期我們希望通過實驗平臺上軟件進行網絡拓撲結構的搭建，網絡設備的配置，網絡設計與管理等計算機網絡的相關實驗，后期還需要引進相關配套設備并完善實驗平臺，開展網絡安全，網絡編程等更高級的實驗內容。在該平臺上，學生可以觀看配套的flash演示影片，用較短的時間了解實驗過程，而后自己進行實驗操作，在過程中有任何問題都可以查看實驗附屬的相關實驗說明和提示，也可以通過系統的留言功能與老師進行溝通交流，老師也可以不定期觀察學生的實驗結果，對教學效果進行分析，了解學生的學習情況，對同學所提出的問題進行詳細的解答，引導學生進行自主型發散性的學習。同時實驗平臺可以提供更多的實驗內容，學生可以根據自己興趣和時間進行選擇，鼓勵學生進行深層次多方面的拓展。網絡實驗平臺最大的優勢在于可以在較低的經濟成本和較少人力資源條件下，較好的解決物理實驗環境受限和實驗學時不足的問題，因此網絡實驗平臺在計算機網絡實驗教學中有其很好的應用前景。

2.課程內容優化。通過運用在線實驗平臺，課程實驗時間已基本不受限制，我們可以充分利用現場實驗和在線實驗各自的特點，優化課程設置，合理安排實驗內容，以達到最佳的教學效果。因此我們將課程分為三個階段構建起多層次的實驗內容，包括基礎實驗，綜合實驗，設計實驗。第一階段是基礎實驗，基礎實驗由實驗老師在實驗室現場進行詳細的指導，安排12學時現場實驗可以充分的介紹計算機網絡實踐的基本知識，以及整體實驗內容與相關理論知識的對應，解決實驗與理論脫節的問題，讓學生知其然也知其所以然。實驗內容包括網絡設備的基本介紹，實驗模型的理論支持，通過基礎性的實驗來驗證計算機網絡的基本理論，并適當增加一些學生常用實用的網絡知識，提升學生學習興趣的同時鞏固理論和實驗基礎，為更深層次的學習做準備。第二階段是綜合實驗，綜合實驗在在線實驗平臺上進行，安排必選和自選兩類實驗內容，必選內容包括常用網絡模型組建和網絡設計實驗，由學生根據操作說明和相關介紹在實驗平臺上進行操作，讓學生了解當前計算機網絡在實際應用中的一些常見案例，從而使學生了解網絡軟硬件構成、網絡拓撲結構、網絡組成要素和計算機網絡技術，培養其網絡管理和網絡應用的能力；自選內容包括網絡工程和網絡安全等120多項實驗項目，學生根據自己興趣選作，利用課余時間進行深層次多方面的學習，更多的了解計算機網絡的各項知識和內容，使其能更好地應對日后就業和工作的實際要求。第三階段是綜合性設計實驗，在每次課程的最后安排一次4學時的設計性現場實驗，由課程老師按照課程大綱設定綜合性強、涉及面廣、難度較大、接近實際應用的實驗內容，在物理實驗環境下分組進行實驗，老師給予相應的輔助與指導，真正的讓學生自己實踐設計網絡拓撲，配置網絡設備，管理網絡地址，建立網絡結構，實現網絡安全，充分利用實驗室的軟硬件環境構建滿足具體實用要求的網絡，讓學生充分了解課程體系，著重提高其學習積極性，重點培養學生理論聯系實際，分析問題和解決問題的能力。通過課程內容優化，在保持原有實驗室課時量的基礎上充分利用網絡實驗無時限的優勢，達到提升教學效果的目的，為網絡專業方向培養后備人才，也為學生日后的專業發展奠定良好的基礎。

3.課程系統完善。筆者所希望推行的教學方案，旨在讓學生獲得更多的學習和實驗時間，提高學生的自學能力，提升教學質量，但是為了能使課程能夠較好的開展，還需要進行很多其他的完善工作，首先必須搭建好在線實驗平臺，在線實驗平臺是解決實驗時間受限的關鍵，必須要保證實驗平臺的正常運行，并不定期的監控實驗平臺運行情況，維護好網絡服務器和實驗系統，確保學生能夠正常的在網上完成實驗，得到充分的實驗時間；還有需要完善修訂實驗材料，實驗指導材料是學生在做實驗過程中的主要參照物和基本依據，其質量直接影響教學效果和教學質量，據了解國內部分一流大學已經編寫與理論課程契合度較高的實驗教材，在指導學生實驗的同時，引導其自主學習。通過多年教學課程老師也積累了相關的實驗材料，包括實驗指導書、實驗指導講義，但是實驗內容比較簡單基礎，而且比較陳舊，不具備真正的指導意義，課程重新規劃后首先需要在原基礎上修訂好基礎實驗教材，修訂實驗指導書，并針對網絡實驗編寫實驗平臺的操作手冊，制作flash演示影片，確保學生在較短的時間內充分理解網絡設備的工作原理和使用方法、網絡平臺的操作流程和實驗方式，為學生的自主學習創造基礎條件，更重要的是實驗材料和實驗指導書務必做到理論聯系實際，既要有指向性又要有啟發性，讓學生在完成實驗同時鞏固理論知識，而并非簡單的模仿追求實驗結果，后期在課程系統完全建立起來后可以通過編寫完整課程實驗教材來引導學生學習，讓他們在學習過程中多思考多探索。

三、結束語

總體來看，我們當前的計算機網絡實驗教學不管在實驗環境還是課程安排上都存在問題，因此筆者提出并實踐了上述教學改革體系。在測試運行期間，課題組邀請了20名曾經在物理實驗環境下學習該課程的學生進行測試評估，從他們的反饋來看，普遍對新的實驗方法表示滿意，也提出了不少改進的意見與建議，目前改進后實驗課程已經開展2個學期，同時允許30名學生在線實驗，參與實驗學生班級數達16個，學生人數達800余人，網上平臺總實驗記錄達8000余條，擴展學時達16000學時，更重要的是學生對課程的評價優秀率達98.5%，教學效果提升明顯。因此筆者有理由相信這樣的改革方案完全可以利用較少的經費和人力物力資源，運用在線實驗平臺，通過改進沿用已久的實驗教學模式，完善實驗教學方案，以立體化多元化的實驗教學方法引導學生進行自主型探索性的學習，逐步建立起有利于開發學生創造力和提高實際動手能力的實驗教學體系，大大地改善教學質量。尤其在目前未建立起網絡實驗室或者網絡實驗室條件不完善的高校，筆者文中所討論方案由于其經濟特性是很具有實際應用意義的。

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