淺析現代教育技術在計算機網絡實驗教學中的應用

山東協和學院 劉莉

實驗教學是高等教育的重要環節，是培養學生創新精神，發現問題并解決問題，提高創新能力，進行傳統教學模式改革的重要途徑。伴隨著全國信息化建設大潮，數字校園建設也得以穩步推進：以計算機、多媒體、人工智能、虛擬現實、模擬仿真技術為主基調的現代教育模式得以提速并實現跨越式發展，如何將這種現代教育模式完全融入實驗教學之中成為促進素質教育深入發展的關鍵環節。

計算機網絡專業中有關交換機和路由器的實驗是配合《計算機網絡基礎》、《數據通信與計算機網絡》、《交換與路由技術》等課程教學而專門開設的實驗課程，實驗內容的選取是現在計算機網絡領域比較有代表性的專題科目，實驗的目的就是更好地理解教材中“網絡組件”、“數據包在各層的流動”，“路由”、“交換”等網絡經典概念的含義。我校計算機科學與技術、網絡工程、物聯網工程、電子信息工程等專業都開設了這幾門專業核心課程。計算機網絡課程的教學任務通俗講就是使得學生擁有計算機網絡中IP地址整體規劃能力，熟練掌握交換機、路由器的配置方法，針對用戶的各種需求整合配置相關的網絡設備。學生通過計算機網絡課程的學習可以進一步認識和理解計算機相關體系結構，并針對華為、思科等國內外大型網絡設備商的產品應用案例進行學習，提高學生在網絡從業范疇的動手能力，促進就業率的提升。

一、高校計算機實驗教學現狀

近年來，隨著我國教育事業迅速提升，各高校的招生規模不斷擴大，大學里面學生的保有量日趨增大，院校緩慢充實的硬件資源與快速擴招的生源相形成強烈的反差和不對等，而硬件資源中最明顯的短板就是高校實驗環節：僧多粥少是最典型的寫照，幾個人才分得一臺機子做實驗。即使是這樣的情況，還存在設備型號老化、軟硬件方面的配置不夠合理等現象存在，從而嚴重阻礙學生動手能力的提升，對教材中理論觀點的認知程度也因為學生無法“親自上手”驗證觀點而大打折扣，無法滿足教學所需，具體存在的問題如下：

1.出于使用安全和方便維護，很多學校實驗PC的BIOS 都設置了密碼，硬盤也有相對應的保護卡，操作系統屏蔽了控制面板等系統組件，學生在實驗課上根本無法進行BIOS 的設置以及對OS系統組件和應用軟件的安裝調試。

2.由于上機課會經常做一些比如磁盤分區、邏輯格式化、安裝操作系統等類型的試驗，理論上來講，會在一定程度上對硬件設備折舊或損耗。因此，很多授課教師為了規避這種狀況，類似實驗課基本上都采用 “純口述”方式的課堂教學。

3. 高校當前機房建設規劃及試驗設備采購步伐相比生源的“爆炸增長”嚴重脫節，無法滿足學生實驗課時的實際所需，不能進行相應計算機網絡實驗。

4.實驗環境相關物理條件欠缺，導致很多系統實驗（各種類型操作系統的安裝）和網絡安全實驗（網絡設備攻防安全策略及數據抓包分析）無法正常演練，這樣一來學生只能在課堂上獲取干癟的理論知識，或者是僅僅嘗試一些入門操作，網絡知識學習效果大打折扣，動手能力就更不必說。針對以上存在的這些問題、參照當前IT發展的形勢，完全可以將多媒體技術和計算機虛擬化技術應用在實驗教學過程中，在實際硬件資源嚴重不足的情況下確保實驗教學工作保質（實驗效果）保量（實驗課時）正常開展。

二、利用多媒體課件專業制作平臺豐富和增強教材實驗科目實操階段的教學手段

依據計算機網絡課程設計，主講教師將當堂實驗課制作成課件后提前加載到“超星學習通”應用平臺中，這樣隸屬于該教師平臺賬號下的學生用戶在正式實驗課之前即可以通過課件觀摩相關實驗內容：包含音視頻素材的課件可“聲圖并茂”地呈現出實驗目的、實驗儀器的全方位功效及使用介紹，同時還提供儀器各細節的高清圖片，接著短視頻講解各個實驗環節的操作步驟。各步驟間會留有長短不一的時間間隔，便于學生理解吃透課件中傳遞出的理論要點。當然了，根據實際情況，我們亦可邊看多媒體課件邊“同步上手”，真實操作。課件不僅動（視頻）靜（圖片）結合，更有授課老師娓娓道來的旁白，可謂生動形象地展示了各實驗操作步驟要領。

在實驗課正式講授過程中，為統一學生實驗進度，可要求學生在實驗之前依據老師加載在“超星學習通”中的課件為參照標準，提前熟練掌握課件中的實驗步驟，切實領會各步驟要驗證的試驗觀點。當學生在真正的“物理實驗”過程中遇到的問題上報后，授課老師可以借助平臺工具，通過分析抽取學生共性問題進行有針對性集中講解，避免實驗過程中因個人操作不當等非實驗故障因素而拖累整個實驗課進度的情況出現。

三、將虛擬化技術應用在計算機網絡實驗中

由于計算機網絡實驗有時規模較大，搭建實驗環境需要用到的設備較多，如PC及相應單機操作系統、服務器及相應服務器操作系統、單片機、交換機、路由器、防火墻等，相應地就需要匹配面積較大的實驗室，高校實際的機房實驗環境以及硬件設施都很難滿足網絡實驗課要求，大大降低了學習效率，即使勉強做通網絡實驗，效果也不會太好。而虛擬化技術則可以有效解決實驗室硬件條件不達標的難題，將為數不多的物理實驗設備進行多次完整克隆，滿足多人同時進行實驗操作。在搭建的虛擬環境中，學生可以通過一臺電腦的虛擬系統,身臨其境地完成多個不同的網絡實驗任務，不僅為學生完成多個實驗增加了上手操作的機會，培養了學生的動手能力，對高校管理部門而言，也有效提高了有限硬件設備的綜合利用率，大大緩解校方教育硬件設施嚴重不足的窘迫局面，達到學生和學校雙贏的目的。

另外，在實驗教學中涉及交換機、路由器、防火墻的調試配置問題，可引入一些實用性和針對性較強的模擬軟件，最典型的就是思科的PacketTracer、GNS3，華為的eNSP， 尤其是GNS3這款應用軟件,甚至可以灌入網絡設備的IOS來逼真模擬網絡設備的配置過程，學生在GNS3環境下得到的使用體驗完全可以媲美真實的網絡設備。不但能夠為學校節約大量的建設網絡實驗室的成本，還能夠提高學生的學習能力和動手能力，可謂一舉多得。比如，“計算機網絡”實驗教學的過程中， VLAN 劃分、跨VLAN間通訊及相關交換機配置的實驗時，因為該實驗不但要有二層交換機，還需要三層交換機或路由器等三層設備的支持才能展開實驗，所以學生參與實驗學習的整體成本十分昂貴，出于資金壓力，高校也無法為學生配置人手一套的實驗設備硬件。此種情形，通過虛擬化技術，在各虛擬主機中運行網絡設備模擬軟件，搭建相應網絡案例拓撲并進行各組件的相關命令配置，從而完成交換機仿真配置實驗順利展開。

除此之外，學生動手能力層次不齊，有的不能在課上按時完成實驗任務，有的是實驗沒有達到預期目標，這種情況在實際的物理實驗條件下很難進行處理，因為實驗室無法給你保留實驗進度或配置現場，但在虛擬環境中這種情況根本不是問題，因為虛擬系統只是主系統中的一個文件，每個人都有屬于自己的文件，根據自己的意愿隨意使用和管理，相互之間不會造成任何干擾，上次實驗結果在下次上課的時候會完整保存下來，學生完全可以繼續實驗，無需重頭再來。這樣一來，學生實驗課程進度不一的問題就可以迎刃而解了。

對于虛擬環境中實施的一系列操作，其實和現實系統是一樣的，包括命令執行后的系統的回饋、命令輸入錯誤提示、實驗案例的最終運行效果等。對于實驗室硬件設施這方面，高校無需投入過多的資金，便可以對原有的網絡實驗室設備進行更新和改進，為學生打造一個良好、實用的實驗環境，避免由于網絡設備短缺或實驗室面積不足而對學生的實驗效果造成不良影響，也不會額外增加設備的養護和維修費用。同時虛擬化技術的合理使用，可以讓學生在一臺物理電腦上進行多項網絡安全實驗，在安裝調試這些應用平臺的過程中，學生可以充分掌握不同工具的不同使用方法，將理論知識更好的應用到實踐當中，激發學習熱情的同時保證了較高的學習效率。

四、結束語

綜上所述，眼下諸多高校受限于資金壓力，計算機網絡實驗教學存在很多問題：有的是設備數量不足，有的是設備種類不全、還有的就是設備的配置參數已經遠遠低于當下的要求，凡此種種，嚴重影響了教學質量。而將現代化教育技術（高清畫面結合音視頻一體的幻燈教案、虛擬化系統、專業模擬軟件平臺）應用到高校計算機網絡實驗教學中，不僅可以有效解決實驗設備不足、種類不全的問題，同時也能變向擴大實驗空間，豐富實驗案例，線性控制實驗進度，從而打造良好的實驗教學環境，保證學生實驗課的數量和質量，在提升學生計算機網絡能力的同時增強其綜合素質，由此可見，現代化教育技術對于高校的計算機網絡實驗教學來說極具推廣價值。