CDIO理念下項(xiàng)目模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)在《網(wǎng)絡(luò)組建技術(shù)》中的實(shí)踐研究

袁競

摘要：文章引入CDIO的工程教育理念，以網(wǎng)絡(luò)工程項(xiàng)目模擬的方式，進(jìn)行《網(wǎng)絡(luò)組建技術(shù)》的課堂實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)，旨在讓學(xué)生體驗(yàn)項(xiàng)目開發(fā)的各個(gè)生命周期，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作以及面對真實(shí)工程項(xiàng)目時(shí)的規(guī)劃運(yùn)營能力。

關(guān)鍵詞：CDIO;實(shí)驗(yàn)教學(xué);網(wǎng)絡(luò)組建技術(shù)

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）08-0169-02

1 引言

《網(wǎng)絡(luò)組建技術(shù)》是職業(yè)學(xué)校計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門核心專業(yè)課程，該課程在具備復(fù)雜概念與理論知識的同時(shí)又兼具較強(qiáng)的實(shí)踐性，需要計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生通過一系列具體操作實(shí)踐完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，從而掌握網(wǎng)絡(luò)組建的相關(guān)技術(shù)?！毒W(wǎng)絡(luò)組建技術(shù)》的內(nèi)容主要包括網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識、網(wǎng)絡(luò)命令的使用、TPCP/IP協(xié)議的設(shè)置、網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備的使用、對等網(wǎng)的組建、局域網(wǎng)的組建、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)置等，教師在教授的過程中需要把握好理論教授與技能訓(xùn)練之間的平衡，理論講解過多課程會顯得枯燥乏味，實(shí)踐環(huán)節(jié)比例過高則學(xué)生可能尚未吃透理論。

針對《網(wǎng)絡(luò)組建技術(shù)》課程的特點(diǎn)，在課程的教學(xué)中融入CDIO理念，以工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)為過程，將實(shí)際企業(yè)項(xiàng)目中網(wǎng)絡(luò)工程設(shè)計(jì)的流程引入教學(xué)階段的案例中，通過網(wǎng)絡(luò)工程項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)到具體的實(shí)現(xiàn)與運(yùn)行，使學(xué)生在體驗(yàn)真實(shí)網(wǎng)絡(luò)工程項(xiàng)目過程中掌握課程的相關(guān)知識與技能。

2 CDIO理念下《網(wǎng)絡(luò)組建技術(shù)》項(xiàng)目模擬流程

CDIO是一種由構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）與運(yùn)行（Operate）四個(gè)階段組成的工程教育模式。對應(yīng)于CDIO工程教育模式的幾個(gè)步驟，將其應(yīng)用于《網(wǎng)絡(luò)組建技術(shù)》課程的教學(xué)實(shí)施中，教師首先需要挑選合適的章節(jié)，在這里以“VLAN的劃分與配置”一節(jié)為例，然后進(jìn)行相應(yīng)的構(gòu)思與設(shè)計(jì)。

模擬工程項(xiàng)目的實(shí)施首先需要構(gòu)思一個(gè)具體的工程項(xiàng)目。在“VLAN的劃分與配置”一節(jié)中，根據(jù)企業(yè)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)工程項(xiàng)目需求、結(jié)合市場主流網(wǎng)絡(luò)連接器材使用情況，同時(shí)從學(xué)生實(shí)際情況出發(fā)，構(gòu)思一個(gè)難度適中且包含教學(xué)知識點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)工程項(xiàng)目[1]。項(xiàng)目的構(gòu)思主要分三個(gè)步驟：首先通過初級交換網(wǎng)的基本配置、VLAN的基本配置訓(xùn)練學(xué)生對于小型網(wǎng)絡(luò)的管理能力;其次通過中級路由的配置，訓(xùn)練學(xué)生對靜態(tài)路由與動態(tài)路由的配置能力，培養(yǎng)其對中型局域網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃與構(gòu)建的職業(yè)能力;第三，通過高級網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)與控制訪問設(shè)置，訓(xùn)練學(xué)生IP地址規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、VLAN路由配置的能力，在職業(yè)能力的角度培養(yǎng)其對網(wǎng)絡(luò)工程項(xiàng)目需求分析、可行性分析的全局意識與能力。

在完成網(wǎng)絡(luò)工程項(xiàng)目的構(gòu)思后，下一步進(jìn)入到項(xiàng)目的分工設(shè)計(jì)階段。CDIO理念下的工程項(xiàng)目模擬注重學(xué)生動手能力、自主學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、經(jīng)驗(yàn)積累的過程，所以首先需要為工程項(xiàng)目建立任務(wù)小組，然后為其分配相應(yīng)任務(wù)?？紤]到學(xué)生的實(shí)際能力以及構(gòu)思的中小型的網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目，在網(wǎng)絡(luò)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段將學(xué)生分成三組：項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)組、項(xiàng)目拓?fù)湓O(shè)計(jì)組、網(wǎng)絡(luò)地址規(guī)劃設(shè)計(jì)組。項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)組主要負(fù)責(zé)項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)的總體規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備的調(diào)研、IP地址的規(guī)劃、布線設(shè)備路由設(shè)備交換設(shè)備的規(guī)劃設(shè)計(jì)等[2]。在項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)組內(nèi)可以進(jìn)一步分組，進(jìn)行各個(gè)任務(wù)的具體負(fù)責(zé)工作，從而體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)工程項(xiàng)目各生命周期的階段性需求。項(xiàng)目拓?fù)湓O(shè)計(jì)組的工作是分析項(xiàng)目的需求，將網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分層規(guī)劃設(shè)計(jì)，為其基本結(jié)構(gòu)、所需的技術(shù)支持以及需要用到的硬件設(shè)備提供設(shè)計(jì)依據(jù)。網(wǎng)絡(luò)地址規(guī)劃設(shè)計(jì)組的主要工作是綜合整個(gè)項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃，對路由協(xié)議的制定、IP地址的設(shè)計(jì)、流量規(guī)則的制定等進(jìn)行規(guī)劃，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的邏輯劃分，根據(jù)各網(wǎng)段的設(shè)備以及用戶數(shù)量進(jìn)行子網(wǎng)規(guī)劃。

3 CDIO理念下《網(wǎng)絡(luò)組建技術(shù)》項(xiàng)目模擬實(shí)踐教學(xué)

3.1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)

項(xiàng)目的設(shè)計(jì)構(gòu)思以中小型企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建為對象，難度適中且在學(xué)生的能力范圍之內(nèi)。假設(shè)有一家小型企業(yè)，擁有A、B、C三個(gè)部門，并分布于兩座大樓內(nèi)。三個(gè)部門均有10臺主機(jī)需要上網(wǎng)，兩座樓內(nèi)三個(gè)部門各分布5臺主機(jī)，即每座樓內(nèi)都有15臺主機(jī)。A、B、C三個(gè)部門各自擁有自己的網(wǎng)段，網(wǎng)絡(luò)地址分別為192.168.1.0/24、192.168.2.0/24、192.168.3.0/24。現(xiàn)在需要通過路由器為該小型企業(yè)架構(gòu)自己的內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)，首先在同一部門內(nèi)部搭建部門局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)部門內(nèi)主機(jī)間的內(nèi)部通信，其次通過二層交換機(jī)實(shí)現(xiàn)三個(gè)部門之間的相互通信[3]。

3.2 項(xiàng)目方案規(guī)劃

構(gòu)建企業(yè)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目前首先進(jìn)行項(xiàng)目的需求分析。該小型企業(yè)有三個(gè)部門，且各個(gè)部門擁有屬于自己的網(wǎng)段，因此可以使用VLAN技術(shù)在交換機(jī)上實(shí)現(xiàn)不同部門間的網(wǎng)段隔離，把A、B、C劃分在不同的VLAN中。另一方面，該企業(yè)的三個(gè)部門的主機(jī)均分布在兩座辦公樓內(nèi)，即在物理意義上三個(gè)網(wǎng)段的內(nèi)部是隔絕分開的，所以解決方法是在兩座辦公樓內(nèi)各放置一個(gè)二層交換機(jī)，在交換機(jī)上采用基于端口的VLAN技術(shù)[4]。為了實(shí)現(xiàn)相同部門的內(nèi)部主機(jī)通信，兩座樓之間的交換機(jī)采用雙絞線的直接互連，同一部門內(nèi)部的主機(jī)哪怕分布在兩座辦公樓內(nèi)，只需要通過二層交換機(jī)即可快速通信。二層交換機(jī)的直接互連使得不同網(wǎng)段的主機(jī)在通信時(shí)必須通過路由器的轉(zhuǎn)發(fā)，這樣也就順帶解決了不同部門主機(jī)之間的通信問題。

項(xiàng)目需求分析完畢后可以進(jìn)行項(xiàng)目的構(gòu)建方案規(guī)劃。在整個(gè)項(xiàng)目中共需要一臺路由器和兩臺交換機(jī)，可以分別選擇1841的路由器與CISCO2950-24交換機(jī)，具體的項(xiàng)目規(guī)劃方案如圖1所示，其中A、B、C與A’、B’、C’分別代表位于兩座辦公樓內(nèi)三個(gè)部門的主機(jī)。

位于兩座辦公樓內(nèi)的三個(gè)部門的IP地址、網(wǎng)關(guān)以及子網(wǎng)掩碼的設(shè)置如表1所示。

3.3 課堂教學(xué)

在課堂教學(xué)階段，教師首先依據(jù)網(wǎng)絡(luò)工程項(xiàng)目開發(fā)的階段性任務(wù)以及上文所提到的三個(gè)小組即規(guī)劃設(shè)計(jì)組、拓?fù)湓O(shè)計(jì)組、地址規(guī)劃設(shè)計(jì)組，對班級學(xué)生進(jìn)行分組，之后模擬項(xiàng)目的開發(fā)流程，先由規(guī)劃設(shè)計(jì)組的學(xué)生組織整個(gè)項(xiàng)目開發(fā)組進(jìn)行項(xiàng)目需求分析，討論該項(xiàng)目的具體規(guī)模，并得出初步的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。然后進(jìn)行分組分工協(xié)作，由拓?fù)湓O(shè)計(jì)組進(jìn)行項(xiàng)目拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的細(xì)化，選擇具體的設(shè)備型號，并規(guī)劃出詳細(xì)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖;地址規(guī)劃設(shè)計(jì)組根據(jù)詳細(xì)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖分析網(wǎng)絡(luò)的連接設(shè)置，對網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備、路由器、交換機(jī)進(jìn)行設(shè)置，對各個(gè)VLAN網(wǎng)段的IP地址進(jìn)行分配并設(shè)置相應(yīng)的網(wǎng)關(guān)與子網(wǎng)掩碼。最后進(jìn)行結(jié)果的反饋，三個(gè)小組匯總各自的規(guī)劃設(shè)計(jì)結(jié)果，填寫相關(guān)文檔形成最終的項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案。由于整個(gè)教學(xué)項(xiàng)目挑選較小，所以一開始分組過程中未設(shè)計(jì)項(xiàng)目的測試人員，同時(shí)也為了訓(xùn)練學(xué)生對于仿真模擬軟件Cisco Packet Tracer的使用，因此在形成最終設(shè)計(jì)方案后，所有學(xué)生都需要在Cisco Packet Tracer中進(jìn)行項(xiàng)目的仿真模擬操作，測試網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)聯(lián)與外聯(lián)效果[5]。

3.4 教學(xué)效果

課堂教學(xué)過程中，首先讓學(xué)生在模擬仿真軟件上進(jìn)行路由器、交換機(jī)的配置，然后進(jìn)行實(shí)物演示操作，以虛實(shí)結(jié)合的方式完成項(xiàng)目的模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)，節(jié)約實(shí)驗(yàn)物理成本與時(shí)間成本的同時(shí)提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效率，避免其在物理設(shè)備上反復(fù)試錯(cuò)造成的時(shí)間浪費(fèi)。

4 結(jié)束語

將CDIO理念運(yùn)用到《網(wǎng)絡(luò)組建技術(shù)》課程的教學(xué)過程中，模擬實(shí)際項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、實(shí)施以及測試運(yùn)行過程，幫助學(xué)生在理解掌握網(wǎng)絡(luò)組建的相關(guān)理論知識與硬件設(shè)備工作原理的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生對于實(shí)際網(wǎng)絡(luò)工程項(xiàng)目的規(guī)劃、分析、設(shè)計(jì)的應(yīng)用能力。當(dāng)然，在教學(xué)過程中，仿真模擬軟件的使用并不能完全代替真實(shí)設(shè)備的操作，如何平衡虛擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)物操作在課堂教學(xué)過程中的占比，兼顧學(xué)生的理論設(shè)計(jì)體驗(yàn)與實(shí)際的物理接觸操作，還需要教師在實(shí)際教學(xué)中不斷探索。

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