高職計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實驗教學(xué)改革探究

余　宏，胡曉蓉，李德鑫

（南昌師范高等?？茖W(xué)校信息科學(xué)系,南昌330013）

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高職計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實驗教學(xué)改革探究

余宏，胡曉蓉，李德鑫

（南昌師范高等?？茖W(xué)校信息科學(xué)系,南昌330013）

摘要：基于當(dāng)前高校計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)中存在的問題，通過構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備與虛擬軟件相結(jié)合的實驗教學(xué)環(huán)境、任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)方法的應(yīng)用及多樣化的實驗任務(wù)類型設(shè)計三個方面進(jìn)行計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)改革創(chuàng)新。實踐表明，該教學(xué)方式教學(xué)效果良好，學(xué)生的動手實踐能力和對網(wǎng)絡(luò)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)興趣得到提升。

關(guān)鍵詞：實驗教學(xué)；計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；實驗環(huán)境；任務(wù)驅(qū)動教學(xué)

0　引言

《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》是計算機(jī)相關(guān)專業(yè)的一門重要專業(yè)課，其內(nèi)容涵蓋了網(wǎng)絡(luò)的基本概念、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議工作原理以及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等相關(guān)知識。大部分《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》教材都是以網(wǎng)絡(luò)參考模型作為主線進(jìn)行敘述，內(nèi)容比較抽象，如果采用純理論教學(xué)，學(xué)生大多感覺難理解，學(xué)習(xí)興趣不高?！队嬎銠C(jī)網(wǎng)絡(luò)》實驗教學(xué)作為教學(xué)體系中一重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，能夠?qū)⒊橄蟮木W(wǎng)絡(luò)理論、原理通過實驗設(shè)備和實驗手段進(jìn)行直觀化，便于學(xué)生的理解，而且學(xué)生的動手實踐能力也在實驗探究過程中得到了鍛煉。為了改善《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課程實驗教學(xué)的效果，本文從高職院校人才培養(yǎng)目標(biāo)和課程特點(diǎn)出發(fā)，對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)的改革進(jìn)行了有益的探索。

1　《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課程實驗教學(xué)存在的問題

《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課程中的網(wǎng)絡(luò)原理比較抽象、難理解，同時它又是一門應(yīng)用性、實踐性要求較高的學(xué)科，因此，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)一直受到各個高校的重點(diǎn)關(guān)注，有少數(shù)高校將該門課程的實驗教學(xué)列為一門獨(dú)立的課程，而大部分學(xué)校則是將其作為《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課程內(nèi)教學(xué)的一部分。然而，由于各方面的原因，實驗教學(xué)效果難于達(dá)到課程的預(yù)設(shè)目標(biāo)。究其原因，主要有以下問題：

（1）實驗環(huán)境的限制

目前，國內(nèi)一些重點(diǎn)大學(xué)資金相對雄厚，建有大規(guī)模設(shè)備完善的網(wǎng)絡(luò)實驗室，并且設(shè)置有開放性實驗室，學(xué)生按需預(yù)定實驗時間，并配有專業(yè)的實驗老師進(jìn)行指導(dǎo)，但是國內(nèi)還有相當(dāng)多的學(xué)校由于經(jīng)費(fèi)和人力物力等方面原因，實驗室的規(guī)模比較小，設(shè)備的數(shù)量有限，難以滿足實驗教學(xué)需求，特別對一些實踐性、綜合性較強(qiáng)的實驗難以開展，從而在一定程度上影響了教學(xué)的效果。

（2）重理論、輕實踐，實驗內(nèi)容不系統(tǒng)

對《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課程，大部分教師依據(jù)教材的安排，以網(wǎng)絡(luò)參考模型作為主線進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)原理的講授，對原理的應(yīng)用涉及較少，學(xué)生聽起來感覺比較抽象。即使上課有實驗內(nèi)容，也大多是由教師進(jìn)行實驗演示，用以輔助教師系統(tǒng)地向?qū)W生傳授理論知識，且由于缺乏統(tǒng)一的優(yōu)秀實驗指導(dǎo)教材，造成實驗內(nèi)容不系統(tǒng)，隨意性大。另外，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗對實驗環(huán)境要求較高，特別對一些較復(fù)雜的實驗，往往可能因為實驗環(huán)境的某一個隱性條件未符合要求，導(dǎo)致預(yù)先計劃開展的實驗一堂課下來都難以得到實驗結(jié)果,進(jìn)而影響學(xué)生實驗的積極性；而且由于影響到教學(xué)進(jìn)度，致使教師進(jìn)行實驗教學(xué)的意念降低。但這種重理論、輕實驗的教學(xué)方式不利于學(xué)生動手能力的培養(yǎng)，與高職高專的人才培養(yǎng)目標(biāo)不一致。

（3）實驗形式比較單一

由于受實驗課時的限制，大部分學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)實驗課會選擇一些難度小、易實現(xiàn)的實驗讓學(xué)生進(jìn)行訓(xùn)練，而對一些較復(fù)雜、難度較大的綜合型實驗則很少涉及。而且在實驗過程中，學(xué)生們一般都是按教師事先設(shè)定好的實驗方法和步驟進(jìn)行實驗，進(jìn)而獲得實驗結(jié)果，撰寫實驗報告。學(xué)生只是被動地實驗，缺乏獨(dú)立思考，很難培養(yǎng)其實踐探究和創(chuàng)新能力。

2　實驗教學(xué)改革探究

本文將從計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗環(huán)境的構(gòu)建、實驗教學(xué)方法的改進(jìn)及實驗內(nèi)容的優(yōu)化等方面進(jìn)行改革和探究。

2.1實驗環(huán)境的構(gòu)建

在網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備上進(jìn)行實驗可以極大的鍛煉到學(xué)生的動手能力，但容易忽視對理論知識的深入理解，特別是一些實驗項目也無法靠硬件設(shè)備實現(xiàn)，例如網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析等。另外，單純硬件的實驗教學(xué)方式還受實驗設(shè)備數(shù)量和實驗時間等因素的限制；相反，虛擬軟件的仿真實驗平臺不受時間和空間的限制，學(xué)生可以自主安排實驗時間，有利于調(diào)動學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的興趣。因此，采用網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備與虛擬軟件相結(jié)合的實驗教學(xué)環(huán)境是一種較好的選擇，兩者能夠互為補(bǔ)充。

南昌師范高等專科學(xué)校有網(wǎng)絡(luò)通信實驗室和綜合布線實驗室兩個網(wǎng)絡(luò)硬件實驗室，其中網(wǎng)絡(luò)通信實驗室包含五組銳捷網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，共15臺交換機(jī)和15臺路由器及30臺PC；在該實驗室主要安排常用的網(wǎng)絡(luò)命令練習(xí)，交換機(jī)、路由基本操作等方面的實驗；而綜合布線實驗室主要承擔(dān)雙絞線制作、工程布線方面的實訓(xùn)任務(wù)。在虛擬軟件的實驗環(huán)境方面，主要采用Wireshark軟件和Packet Tracer網(wǎng)絡(luò)仿真軟件分別進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方面的實驗。Wireshark是一款典型的數(shù)據(jù)包嗅探和分析的軟件，通過從網(wǎng)絡(luò)上抓包分析，可以得到相應(yīng)的協(xié)議數(shù)據(jù)包的信息，如源IP地址、目的IP地址、源端口、目的端口、數(shù)據(jù)包的長度等，通過這類實驗，學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的報文格式會有更直觀的認(rèn)識和更深入的理解。Packet Tracer是由Cisco公司發(fā)布的一個輔助學(xué)習(xí)工具軟件，能模擬各類網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的命令行界面，可以利用它學(xué)習(xí)Cisco IOS的配置方法；另外，Packet Tracer還可以較直觀地呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中的處理過程，有助于鍛煉學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)故障排查能力。

2.2實驗教學(xué)方法的改革

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)通常按照“概念-原理-實驗”的方式來組織教學(xué)，即先由教師講授理論知識和示范操作步驟，再由學(xué)生進(jìn)行模仿操作。在這種教學(xué)模式下，學(xué)生是在被動地實驗，難以體會到實驗探究的樂趣。為了切實提高實驗教學(xué)的效果，采用“任務(wù)-原理-實驗”的任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)法。與傳統(tǒng)的教學(xué)方法相比，任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法以學(xué)生為中心，有利于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性；以完成任務(wù)為主線，更加有利于學(xué)生明確自己的實驗?zāi)繕?biāo)；以學(xué)生實驗探究為主，有利于培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力。

“任務(wù)-原理-實驗”的任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)法在實施的時候分為以下三個步驟：任務(wù)設(shè)計、任務(wù)實施、任務(wù)評價。

（1）任務(wù)設(shè)計。教師在選擇和設(shè)計實驗任務(wù)時，應(yīng)以教學(xué)目標(biāo)為引領(lǐng)，以課程的知識模塊為基礎(chǔ),不僅要體現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要點(diǎn)的考查，而且應(yīng)充分體現(xiàn)實驗內(nèi)容的現(xiàn)實應(yīng)用性特點(diǎn)，以激發(fā)學(xué)生的實踐興趣。另外，教師在設(shè)計項目任務(wù)時應(yīng)充分考慮學(xué)生的認(rèn)知水平和實驗?zāi)芰?，把握任?wù)的難易程度，如果任務(wù)難度過高，學(xué)生難以完成，會影響到學(xué)生實驗探究的積極性。

（2）任務(wù)實施。教師設(shè)計出符合學(xué)情和教學(xué)要求的實驗任務(wù)后，將實驗任務(wù)布置給學(xué)生，然后由學(xué)生獨(dú)立或是通過分組協(xié)作的方式進(jìn)行任務(wù)的實施。在這一階段，要充分體現(xiàn)學(xué)生的主體性，教師只是起引導(dǎo)作用。教師在布置任務(wù)時，提出實驗要求，介紹并分析任務(wù)中考查的網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)原理及方法，學(xué)生通過教師講解內(nèi)容，自己完成相應(yīng)實驗任務(wù)。學(xué)生在任務(wù)實施過程中如果遇到難題解決不了時，教師要給予引導(dǎo)和示范；同時，教師要跟蹤學(xué)生實施任務(wù)的進(jìn)展情況，如果發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生進(jìn)展不下去，可以考慮調(diào)整實驗方案。在任務(wù)實施的過程中主要是以學(xué)生為主體，讓學(xué)生在進(jìn)行實驗探究的過程中鍛煉動手實踐能力和解決實際問題的能力。

（3）任務(wù)評價。學(xué)生完成實驗任務(wù)后，教師可以通過檢查學(xué)生填寫的任務(wù)書來檢查學(xué)生的完成情況，然后對學(xué)生完成任務(wù)的情況進(jìn)行一個綜合性的評估，同時給出學(xué)生的考核成績，并對學(xué)生存在的普遍問題，未發(fā)現(xiàn)的問題及實際應(yīng)用作綜合性的講解，這對于學(xué)生的知識水平及實踐技能的提升都有重要作用。

2.3實驗教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

基于虛實結(jié)合的實驗環(huán)境和課上與課下結(jié)合的實驗方式，必須結(jié)合高職人才培養(yǎng)目標(biāo)與課程教學(xué)要求，對實驗任務(wù)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計以配套實驗教學(xué)的開展。在對實驗任務(wù)進(jìn)行設(shè)計時必須以建立知識體系為目標(biāo)，充分體現(xiàn)以學(xué)生為主體、以能力培養(yǎng)為中心、注重理論與實踐的結(jié)合。在實驗教學(xué)內(nèi)容的選擇上必須覆蓋OSI參考模型各個層次的關(guān)鍵的技術(shù)原理或重要協(xié)議；實驗任務(wù)的設(shè)計要有層次性，實驗難度要難易結(jié)合；實驗任務(wù)的設(shè)計類型應(yīng)當(dāng)多樣化。根據(jù)實驗內(nèi)容和難易程度，將實驗類型分為基礎(chǔ)驗證型實驗、設(shè)計型實驗和綜合型實驗。具體實驗設(shè)計如下：

（1）基礎(chǔ)驗證型實驗。通過基礎(chǔ)性的實驗來驗證計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本原理，并適當(dāng)增加一些實用的網(wǎng)絡(luò)知識，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時鞏固理論基礎(chǔ)。主要內(nèi)容包括：①直通雙絞線和交叉雙絞線的制作；②常用的網(wǎng)絡(luò)命令練習(xí)及協(xié)議分析，要求學(xué)生掌握常用的網(wǎng)絡(luò)命令的使用，如ping、ipconfig、arp、route、tracert、netstat等，并要求在運(yùn)行命令之前，開啟Wireshark捕獲ICMP等報文并進(jìn)行分析。③Web應(yīng)用及協(xié)議分析。實驗主要是從捕獲的報文中選取HTTP報文，分析其中的DNS過程以及TCP 3次握手的連接過程和TCP 4次握手的關(guān)閉過程。針對某個Web應(yīng)用，學(xué)生能看到OSI參考模型中上至應(yīng)用層協(xié)議（HTTP），下至數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的相關(guān)信息，通過分析后，學(xué)生對常見的網(wǎng)絡(luò)通信的具體實現(xiàn)過程能有更深的理解。④Web、FTP、DNS、DHCP服務(wù)器的配置與使用。

（2）設(shè)計型實驗。通過設(shè)計型實驗加強(qiáng)學(xué)生對重要網(wǎng)絡(luò)原理和技術(shù)的理解，提高學(xué)生的實踐能力。設(shè)計型實驗分為必做部分和選做部分，必做實驗為：①交換機(jī)的配置以及VLAN劃分；②路由器的配置以及靜態(tài)路由和動態(tài)路由實驗。③廣域網(wǎng)PPP協(xié)議配置。選做實驗為：①ACL訪問控制列表設(shè)計與應(yīng)用實驗；②NAT網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換設(shè)計與應(yīng)用應(yīng)用；③Winsock編程實現(xiàn)基本的TCP/IP客戶端/服務(wù)器模型，該實驗要求每個學(xué)生將自己的計算機(jī)和鄰座的計算機(jī)分別作為服務(wù)器和客戶機(jī)，通過Socket編程實現(xiàn)兩臺計算機(jī)通信，使學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)通信實質(zhì)有切身理解。

（3）綜合型實驗。綜合型實驗著重考查學(xué)生對相關(guān)知識的融會貫通，通過設(shè)計合理的實驗內(nèi)容強(qiáng)化知識間的聯(lián)系，提升學(xué)生網(wǎng)絡(luò)實際應(yīng)用的能力，使學(xué)生的綜合素質(zhì)得到提高。例如根據(jù)用戶需求，搭建一個功能完備的校園網(wǎng)絡(luò)。

3　實驗教學(xué)改革的實施效果

南昌師范高等?？茖W(xué)校的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)，在實驗環(huán)境的構(gòu)建、實驗教學(xué)方法和實驗任務(wù)設(shè)計上進(jìn)行了部分的創(chuàng)新實踐，取得了較好的效果。實驗任務(wù)涵蓋了課程中幾乎所有的重要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)原理，通過這些任務(wù)驅(qū)動式的實驗項目的訓(xùn)練，增強(qiáng)了學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)原理的理解，培養(yǎng)了學(xué)生的動手實踐能力和解決問題的能力。

通過后期對學(xué)生進(jìn)行跟蹤和調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生學(xué)習(xí)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)后續(xù)相關(guān)課程的積極性明顯提高，學(xué)生在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)領(lǐng)域的就業(yè)能力增強(qiáng)。但由于受實驗課時等因素的制約，個別實驗項目的實驗效果還有待提高。

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余宏（1977-），男，碩士，講師，研究方向：數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)字媒體技術(shù)。

胡曉蓉（1961-），男，江西南昌人，本科，副教授，研究方向為軟件技術(shù)

李德鑫（1959-），男，江西南昌人，本科，副教授，研究方向為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

Research on the Experimental Teaching for Computer Network

YU Hong，HU Xiao-rong，LI De-xin
(Department of Information Science，Nanchang Teachers' College，Nanchang 330103)

Abstract：On the analysis of the problems which exist currently in the experimental teaching for computer network, introduces the reform measures for experimental teaching for computer network subject, which includes constructing a experimental teaching environment combining network equipment and virtue software, applying task-driving teaching method to experimental teaching and designing the types of experiment task. The practice shows that the experimental teaching mode is very effective, which can help the students to further improve the ability of professional practice and the interest of learning courses related with computer network.

Keywords：Experimental Teaching; Computer Network; Experimental Environment; Task-Driving Teaching Method

收稿日期：2015-12-22修稿日期：2016-03-15

作者簡介：

文章編號：1007-1423（2016）09-0041-04

DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.09.010

基金項目：南昌師范高等專科學(xué)校教改項目（No.JG-201305）