摘 要: 針對非計(jì)算機(jī)工科專業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的問題，提出利用虛擬仿真軟件與真實(shí)設(shè)備相結(jié)合形式構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺，并通過在課程修學(xué)前后，分層次規(guī)劃設(shè)計(jì)認(rèn)識實(shí)訓(xùn)、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)任務(wù)，完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和考核評價(jià)機(jī)制，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)作用。教學(xué)實(shí)踐表明: 該模式可增強(qiáng)學(xué)生網(wǎng)絡(luò)知識的綜合運(yùn)用和實(shí)際動(dòng)手能力，提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)水平，促進(jìn)應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

　　關(guān)鍵詞: 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò); 網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺; 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

　　“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程不僅是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是自動(dòng)化、測控等工科專業(yè)學(xué)生的重要選修課。教學(xué)要求理論與應(yīng)用緊密結(jié)合，實(shí)驗(yàn)是整個(gè)教學(xué)過程中的重要環(huán)節(jié)。對于非計(jì)算機(jī)專業(yè)工科學(xué)生選修課來說，實(shí)際應(yīng)用能力培養(yǎng)更為重要。通過“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)”可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，有助于學(xué)生應(yīng)用技能的鍛煉和提高，更有助于學(xué)生對理論知識的掌握和升華。“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)” 教學(xué)質(zhì)量的好壞直接影響到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)的質(zhì)量和效果[1-4]。

　　1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的問題

　　信息科學(xué)與工程學(xué)院( 以下簡稱: 學(xué)院) 自動(dòng)化專業(yè)、測控專業(yè)、電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)不同程度地開設(shè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課程，其中“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”是重要選修課程之一。而學(xué)校主要承擔(dān)計(jì)算機(jī)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)任務(wù)的計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院位于遠(yuǎn)離校本部的渾南校區(qū)，相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源難以利用，因此學(xué)院承擔(dān)起非計(jì)算機(jī)專業(yè)工科學(xué)生的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。學(xué)院在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中面臨一些實(shí)際問題，雖然具有我校的特殊性，但對于應(yīng)用型本科高校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)也基本普遍存在。

　　1.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)重要性需要強(qiáng)化

　　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)涉及電子、通信和計(jì)算機(jī)等多學(xué)科，知識點(diǎn)分散且大多較為抽象，學(xué)生較難掌握。對于非計(jì)算機(jī)專業(yè)工科學(xué)生來說，“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”又是一門強(qiáng)調(diào)應(yīng)用、技術(shù)性很強(qiáng)的課程。有必要強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)重要性，加大教學(xué)時(shí)間占比，創(chuàng)造更多更好的實(shí)驗(yàn)條件，使學(xué)生可以通過實(shí)驗(yàn)，邊操作邊思考，更好地學(xué)習(xí)、掌握和應(yīng)用[5-6]。

　　1.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺建設(shè)有待提升

　　傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)往往采用硬件實(shí)物搭建，受物理空間限制并且存在投資大、維護(hù)成本高等問題，在實(shí)物實(shí)驗(yàn)室使用過程中還受到開放時(shí)間和設(shè)備本身限制。實(shí)物實(shí)驗(yàn)環(huán)境對于學(xué)生直觀了解和動(dòng)手操作十分必要且不可替代，但如何利用現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，建設(shè)更為開放性的實(shí)驗(yàn)平臺值得探討研究[7]。

　　1.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系需要完善

　　“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)”教學(xué)不應(yīng)僅僅局限于課堂，而應(yīng)該貫穿于整個(gè)大學(xué)學(xué)習(xí)過程中。通過在不同階段分層次設(shè)置不同的實(shí)踐實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，完善整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，使學(xué)生從初步了解、產(chǎn)生興趣、學(xué)習(xí)掌握、綜合運(yùn)用乃至達(dá)到創(chuàng)新型應(yīng)用，順應(yīng)高校日益強(qiáng)調(diào)的應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)[8]。

　　2 構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺

　　實(shí)驗(yàn)平臺是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。隨著學(xué)校教育經(jīng)費(fèi)投入增加，大多學(xué)校都投資建設(shè)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室，配備了計(jì)算機(jī)、交換機(jī)、路由器、服務(wù)器等硬件設(shè)備。雖然硬件滿足了學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的直觀感性認(rèn)識和操作體驗(yàn)，但由于硬件實(shí)驗(yàn)環(huán)境的使用受時(shí)間和空間限制，難以在教學(xué)周期內(nèi)完全滿足學(xué)生的實(shí)驗(yàn)需要。而目前存在很多款功能強(qiáng)大的虛擬仿真軟件，在普通計(jì)算機(jī)上就可以運(yùn)行，使用不受時(shí)空限制，完全可以作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)的有效補(bǔ)充和擴(kuò)展。因此，采用虛擬仿真與真實(shí)設(shè)備相結(jié)合，構(gòu)建覆蓋計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)全過程的綜合實(shí)驗(yàn)平臺是必要且可行的方法。

　　2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)硬件環(huán)境

　　我實(shí)驗(yàn)中心采用銳捷公司網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品組建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí) 驗(yàn) 室，共 有 6 組 設(shè) 備，每 組 設(shè) 備 包 括 3 臺 S2928 二 層 交 換 機(jī)、3 臺 S5750 三 層 交 換 機(jī)、6 臺RSR20 路由器和 1 臺 RG-RCMS 實(shí)驗(yàn)室機(jī)架控制管理服務(wù)器，每組設(shè)備配有 6 臺雙網(wǎng)卡計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)工作臺，每組實(shí)驗(yàn)室機(jī)架控制管理服務(wù)器以及工作臺計(jì)算機(jī)的一塊網(wǎng)卡通過交換機(jī)組成局域網(wǎng)并與校園網(wǎng)相連，另外實(shí)驗(yàn)室配有教師機(jī)、投影儀等實(shí)驗(yàn)教學(xué)輔助設(shè)備。實(shí)驗(yàn)室拓?fù)鋱D如圖 1 所示。

　　2.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)虛擬仿真軟件環(huán)境

　　我實(shí)驗(yàn)中心根據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要，在組建硬件實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺的基礎(chǔ)上，選取主流軟件應(yīng)用產(chǎn)品，提出虛擬仿真軟件實(shí)驗(yàn)環(huán)境平臺搭建方案，在實(shí)驗(yàn)室工作臺計(jì)算機(jī)上安裝，并將方案和相關(guān)軟件提供給實(shí)驗(yàn)學(xué)生參考使用。實(shí)驗(yàn)室相關(guān)軟件見表 1 所示。

　　由于我實(shí)驗(yàn)中心是擔(dān)負(fù)非計(jì)算機(jī)專業(yè)工科學(xué)生的“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)”教學(xué)任務(wù)，在硬件環(huán)境建設(shè)上受空間限制較大。因此，在建設(shè)必要的硬件實(shí)驗(yàn)平臺基礎(chǔ)上，輔助以網(wǎng)絡(luò)模擬仿真軟件為學(xué)生創(chuàng)造更為 開 放 的 實(shí) 驗(yàn) 環(huán) 境。以 Cisco 公 司 發(fā) 布 的 Packet Tracer 模擬仿真軟件為例，只需要安裝在獨(dú)立的計(jì)算機(jī)上就可以模擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理過程，學(xué)習(xí)者可以在圖形界面上采用拖拽形式建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D、仿真配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、觀察數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中行進(jìn)的處理過程以及網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況、進(jìn)行仿真環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)故障檢測和排除以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案驗(yàn)證等。Packet Tracer 軟件無論是在教師理論課堂的教學(xué)演示中，還是在學(xué)生預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)乃至進(jìn)行開放性實(shí)驗(yàn)中都效果明顯。硬件實(shí)驗(yàn)環(huán)境和軟件仿真環(huán)境兩者相輔相成，通過搭建虛實(shí)結(jié)合的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺有助于提高網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)水平以及學(xué)生掌握理論知識并進(jìn)行綜合實(shí)際應(yīng)用的能力。

　　3、分階段多層次完善計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

　　實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)為進(jìn)一步發(fā)揮計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)作用提供可能。充分利用和發(fā)揮實(shí)驗(yàn)平臺作用還需要提高課程實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)所占比例，進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價(jià)機(jī)制。我實(shí)驗(yàn)中心在學(xué)生學(xué)習(xí)的不同階段，針對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐實(shí)驗(yàn)任務(wù)進(jìn)行了規(guī)劃設(shè)計(jì)。

　　3.1 接觸認(rèn)識階段

　　在工科專業(yè)一年級實(shí)訓(xùn)課程中設(shè)置計(jì)算機(jī)組裝及組網(wǎng)部分內(nèi)容，不僅使學(xué)生能夠進(jìn)行計(jì)算機(jī)硬件組裝及操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的安裝，還可以熟悉常用辦公軟件和虛擬機(jī)系統(tǒng)軟件的應(yīng)用，更可通過動(dòng)手制作網(wǎng)線、配置網(wǎng)卡、通過家用路由器組建簡單局域網(wǎng)、利用網(wǎng)絡(luò)命令進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連通性測試及網(wǎng)絡(luò)簡單故障排除等實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，使學(xué)生對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)建立初步感性認(rèn)識，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為后續(xù)選修和學(xué)好計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程做好準(zhǔn)備。

　　3.2 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)階段

　　基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是選修計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程內(nèi)必修的實(shí)驗(yàn)，包括交換機(jī)和路由器的基本配置、交 換 機(jī) 的 VLAN 配置、跨交換機(jī) VLAN 配置、基于二層和三層交換機(jī)的 VLAN 間路由、靜態(tài)路由配置、動(dòng)態(tài)路由配置等實(shí)驗(yàn)，可以采用實(shí)物環(huán)境與仿真環(huán)境相結(jié)合的形式，通過適當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)課時(shí)，布置課前預(yù)習(xí)任務(wù)和課后思考問題，加大實(shí)驗(yàn)考核成績占課程成績比例，完善實(shí)驗(yàn)本身考評方案，提高對知識理解和問題思考能力的考評，從而強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)效果，提高學(xué)生對計(jì)算機(jī)理論知識的掌握和實(shí)際動(dòng)手動(dòng)腦能力。這里需要注意的是，實(shí)物環(huán)境和仿真環(huán)境難免存在差異，因此在課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書編寫時(shí)需要給予說明，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置上也要根據(jù)兩者差異給予不同側(cè)重。

　　3.3 綜合實(shí)驗(yàn)階段

　　針對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)感興趣想要進(jìn)一步學(xué)習(xí)和提高的學(xué)生，可以設(shè)置一些擴(kuò)展性開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如以小型校園網(wǎng)為背景提出網(wǎng)絡(luò)需求，學(xué)生可以通過建立興趣研究小組，通過開放性實(shí)驗(yàn)平臺或預(yù)約實(shí)驗(yàn)室自主實(shí)驗(yàn)，以團(tuán)隊(duì)形式共同完成[9-10]，包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼胺桨冈O(shè)計(jì)、地址規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型、仿真環(huán)境下配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備并進(jìn)行測試驗(yàn)證等組網(wǎng)全過程。綜合實(shí)驗(yàn)增加了學(xué)生實(shí)踐機(jī)會，通過營造自主學(xué)習(xí)的寬松環(huán)境，團(tuán)隊(duì)成員從興趣愛好出發(fā)，最大限度地挖掘自身潛能，同時(shí)通過合作學(xué)習(xí)，發(fā)揮小組成員想象力和創(chuàng)造力，不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)知識綜合運(yùn)用能力，也能夠培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，有助于學(xué)校高層次高質(zhì)量創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

　　4 結(jié)語

　　對于非計(jì)算機(jī)專業(yè)工科學(xué)生選修的“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程，在注重理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，更應(yīng)該強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性。在投資建設(shè)先進(jìn)的硬件實(shí)驗(yàn)環(huán)境的同時(shí)，也應(yīng)該充分發(fā)揮虛擬仿真軟件的作用，搭建虛實(shí)結(jié)合開放性的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺。通過課程選修前后及課程學(xué)習(xí)過程中間分層次設(shè)置實(shí)驗(yàn)實(shí)踐內(nèi)容，加長實(shí)驗(yàn)占比時(shí)間，完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和評價(jià)機(jī)制，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)作用。通過實(shí)踐證明，以上實(shí)驗(yàn)教學(xué)措施有助于學(xué)生對“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)理解，也有助于提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合運(yùn)用能力和創(chuàng)新能力。當(dāng)然，在實(shí)際教學(xué)實(shí)踐中還需要在實(shí)物實(shí)驗(yàn)與仿真實(shí)驗(yàn)有效銜接和綜合性開放性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置等方面進(jìn)行研究、探索和提高。

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