陳潮+++靳慧云

摘 要： 分析計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題；在CDIO工程教育理念的指引下，研究實驗教學(xué)內(nèi)容；運用競賽驅(qū)動、項目化、任務(wù)驅(qū)動等教學(xué)方法，建立以形成性評價為主的實驗考核評價標(biāo)準(zhǔn)，從而重構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)體系。經(jīng)過三年、三屆學(xué)生的教學(xué)探索與實踐，顯示該教學(xué)體系提升了學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)水平，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，學(xué)生的團(tuán)體協(xié)作意識得到培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞： CDIO； 計算機網(wǎng)絡(luò)； 實驗教學(xué)； 探索與實踐

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2016）05-81-04

Abstract： Analyzing the current situation and problems of computer network experiment teaching， under the guidance of the concept of CDIO engineering education， researches the experiment teaching content； using the teaching methods of competition-driven， project-oriented and task-driven， establishes a formative evaluation-oriented experiment operation evaluation standard to reconstruct the computer network experiment teaching system. Through three years， the three sessions of teaching exploration and practice， shows that the teaching system has significantly enhanced the student's network technology， stimulated the creative thinking of the students， and cultivated students' sense of teamwork.

Key words： CDIO； computer network； experiment teaching； exploration and practice

0 引言

根據(jù)中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心（CNNIC）發(fā)布的第37次《中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計報告》[1]，截至2015年12月，中國網(wǎng)民規(guī)模達(dá)6.88億，互聯(lián)網(wǎng)普及率達(dá)到50.3%，半數(shù)中國人已接入互聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)對于整體社會的影響已進(jìn)入到新的階段。計算機網(wǎng)絡(luò)課程是我國大學(xué)計算機、通信、電子和自動化等專業(yè)學(xué)生必修的一門核心課程，是一門理論與實踐緊密結(jié)合的課程，從2009年開始，教育部將計算機網(wǎng)絡(luò)作為計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)碩士研究生入學(xué)考試的一部分，也充分體現(xiàn)了國家對計算機網(wǎng)絡(luò)課程的重視[2-3]。計算機網(wǎng)絡(luò)課程是一門公認(rèn)的難教難學(xué)的課程，所涉及的概念和名詞多、抽象、不容易理解，因其技術(shù)和知識更新快，故導(dǎo)致教學(xué)難度較大。該課程的實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力的重要環(huán)節(jié)，在計算機網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中占有舉足輕重的地位[4-6]，因此進(jìn)行計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)的研究、改革和創(chuàng)新顯得尤為重要。

2000年，麻省理工學(xué)院、查爾摩斯工業(yè)大學(xué)、林雪平大學(xué)和瑞典皇家工學(xué)院四所大學(xué)組成的跨國研究獲得Knut and Alice Wallenberg基金會資助，創(chuàng)立了CDIO工程教育理念，成為近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)和獲取工程能力[7-8]。

在CDIO工程教育理念的指引下，本文分析計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)的現(xiàn)狀和不足，從實驗內(nèi)容、實驗方式方法、實驗實施和實驗評價等方面進(jìn)行研究與分析，重新構(gòu)建計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)體系，并進(jìn)行計算機網(wǎng)絡(luò)實驗的探索與實踐。

1 計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題

實驗教學(xué)與理論教學(xué)是課程教學(xué)的兩個核心，國內(nèi)不少院校在實驗環(huán)境建設(shè)、人才師資隊伍建設(shè)、實驗項目設(shè)計和實施等方面進(jìn)行了有益的探索與實踐[8-10]，計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)改革取得了一定的成效。以下分析計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)的現(xiàn)狀及存在的問題。

1.1 保障實驗教學(xué)的專業(yè)實驗室建設(shè)落后

計算機網(wǎng)絡(luò)課程是一門側(cè)重實踐性教學(xué)的課程，其中實驗教學(xué)是重中之重，而實驗教學(xué)需要相應(yīng)專業(yè)實驗室的支撐。計算機網(wǎng)絡(luò)實驗室不同于普通的機房，它的核心設(shè)備不是普通的計算機，而是交換機、路由器、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等硬件和軟件，在設(shè)備、場所、經(jīng)費和管理維護(hù)方面的成本遠(yuǎn)高于普通的機房，不少院校因為經(jīng)費短缺、場地有限等原因無法建設(shè)專業(yè)的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗室，只能在普通的機房開展實驗教學(xué)，導(dǎo)致一些設(shè)計性和綜合性的實驗無法開設(shè)，即使建設(shè)有專業(yè)的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗室，也會因為實驗設(shè)備數(shù)量不足，而不得不需要把一個教學(xué)班的一次實驗分成若干次實驗來完成。這些給實驗教學(xué)的開展帶來一定的困難。

1.2 實驗師資隊伍建設(shè)落后

由于長期以來形成的不重視實驗師資隊伍的培養(yǎng)，實驗師資隊伍的建設(shè)一直落后于理論師資隊伍的建設(shè)，特別是近十年來，一大批學(xué)校升格為本科院校，師資短缺現(xiàn)象較嚴(yán)重，部分院校甚至沒有配備專業(yè)的實驗師資隊伍，而是由理論教師或機房管理員兼任實驗教師。即使配備專門的實驗師資隊伍，也會由于培訓(xùn)經(jīng)費無法保障、缺少工程經(jīng)驗等問題，而導(dǎo)致實驗師資隊伍教學(xué)水平不高，影響了實驗教學(xué)質(zhì)量。

1.3 實驗項目設(shè)計和實驗教材質(zhì)量不高

興趣是學(xué)生學(xué)習(xí)知識的重要推動力，計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)本身由于課程特點，存在學(xué)生學(xué)習(xí)起來感覺枯燥乏味、動力不足等問題，如果實驗教師繼續(xù)采用傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法，不重視新型實驗教學(xué)方法和手段的運用，實驗教學(xué)的效果可想而知。

優(yōu)秀的實驗教材在一定程度上能夠彌補理論教學(xué)中存在的不足，學(xué)生可以在實驗教材的指導(dǎo)下開展實驗，加深對知識點的理解。雖然市面上已經(jīng)有不少計算機網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的實驗教材，但是這些教材存在實驗體系單一、項目設(shè)計粗糙、實驗方式單一、與理論聯(lián)系不密切等問題。

1.4 實驗考核評價不合理

計算機網(wǎng)絡(luò)課程既重視理論教學(xué)，也要強調(diào)實驗教學(xué)，兩者相輔相成。但是在課程考核的實施過程中，部分院校把實驗教學(xué)視為理論教學(xué)的輔助，缺失實驗教學(xué)考核，或者只是把實驗考核的內(nèi)容整合到期末卷面考試中。這種不重視實驗考核的情況，在一定程度上會誤導(dǎo)學(xué)生，導(dǎo)致學(xué)生只重視理論知識的學(xué)習(xí)，輕視實驗教學(xué)，學(xué)生的動手操作能力得到不鍛煉，理論知識無法通過實驗的驗證，這樣培養(yǎng)出來的學(xué)生往往是高分低能。

2 CDIO視野下計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)改革

在CDIO工程教育理念的指導(dǎo)下，加強專業(yè)實驗室建設(shè)和實驗師資隊伍建設(shè)，將實驗教學(xué)內(nèi)容與實際項目緊密聯(lián)系起來，運用競賽驅(qū)動、項目化和任務(wù)驅(qū)動等教學(xué)手段，實施以過程考核為主的實驗考核評價方法，重構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)體系，從而有力地推動計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)改革[11-12]。

2.1 加大投入，建設(shè)和完善專業(yè)實驗室

分析計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)，其內(nèi)容主要包括：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置類實驗和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析類實驗。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置類實驗主要包括：路由和交換實驗，通過對路由器、交換機等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的部署、配置、調(diào)試來進(jìn)行實驗，借助Boson NetSim、GNS3和Packet Tracer之類的模擬軟件，也可以使用國內(nèi)外公司開發(fā)的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗系統(tǒng)。例如國內(nèi)公司銳捷網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗系統(tǒng)，就是采用真實的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過RCMS平臺對實驗進(jìn)行管理和維護(hù)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析類實驗包括：HTTP協(xié)議、DNS協(xié)議、TCP協(xié)議、IP協(xié)議、ARP協(xié)議等協(xié)議分析實驗，可以借助WireShark、Sniffer和Ethereal之類的網(wǎng)絡(luò)分析工具來學(xué)習(xí)不同層次協(xié)議，也可以使用國內(nèi)外公司開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實驗系統(tǒng)，例如國內(nèi)公司中軟吉大開發(fā)的TCP/IP協(xié)議實驗系統(tǒng)。采用模擬器的網(wǎng)絡(luò)實驗與采用真實設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)實驗相比各有利弊，使用模擬器的好處在于：經(jīng)費投入低、容易管理、使用方便和升級容易，但是總體上而言，在經(jīng)費有保障的提前，可以采用真實設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)實驗，更有利于加強學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的感性認(rèn)識和實際操作經(jīng)驗。

2.2 內(nèi)培外引，推進(jìn)實驗師資隊伍建設(shè)

實驗教師綜合能力的強弱直接影響到學(xué)生的實踐能力培養(yǎng)，因此，必須加強對實驗教師的培訓(xùn)和進(jìn)修深造，可以采用內(nèi)培外引等措施。一方面，定期選派教師到國內(nèi)外較大的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造廠商進(jìn)行有針對性的培訓(xùn)，例如思科、華為、H3C和銳捷網(wǎng)絡(luò)等知名公司，鼓勵實驗教師考取CCNA、CCNP、華三網(wǎng)絡(luò)、銳捷網(wǎng)絡(luò)等行業(yè)證書，同時參與相關(guān)網(wǎng)絡(luò)工程項目，為實驗教學(xué)積累素材；另一方面，針對新引進(jìn)的教師，安排一名教學(xué)經(jīng)驗豐富的教師作為其導(dǎo)師，由導(dǎo)師全面負(fù)責(zé)對新教師的培養(yǎng)，使其能夠盡快適應(yīng)實驗教學(xué)崗位。還可以有目的性地選派骨干教師到知名高校進(jìn)行訪學(xué)和深造，學(xué)習(xí)適合計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的先進(jìn)教學(xué)理念、教學(xué)方法和教學(xué)手段，從而提高實驗師資隊伍的整體教學(xué)水平。

2.3 構(gòu)建CDIO視野下的實驗教學(xué)體系

在CDIO大綱指導(dǎo)下，以計算機網(wǎng)絡(luò)課程所要達(dá)到的能力為目標(biāo)，在實驗教學(xué)內(nèi)容的選擇上，遵循三個原則：一是實用性，開出的實驗內(nèi)容貼近網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用實際，并且緊跟網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的前沿，能夠切實提高學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)技能，較快適應(yīng)工作崗位； 二是開拓性，實驗內(nèi)容能夠強化學(xué)生對計算機網(wǎng)絡(luò)基本原理的理解，提高學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)技能，同時也為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)，也在一定程度上培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，激發(fā)其創(chuàng)新意識，培養(yǎng)其創(chuàng)新精神；三是層次性，任何知識的學(xué)習(xí)都由一個簡單到復(fù)雜的過程，計算機網(wǎng)絡(luò)的實驗教學(xué)了同樣也要遵循這個規(guī)律，通過精心的實驗教學(xué)設(shè)計、嚴(yán)密的組織實施和反饋評價，建立多樣性、多層次和立體化的實驗教學(xué)體系。

借鑒CDIO的工程教育理念，對計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)設(shè)計、準(zhǔn)備、實施和反饋等各環(huán)節(jié)進(jìn)行創(chuàng)新、探索與實踐，構(gòu)建CDIO視野下的新型計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)體系，如表1所示。

2.4 注重過程，加強形成性考核

科學(xué)合理的實驗考核評價方式，能夠正確地反映出學(xué)生掌握知識的程度和計算機網(wǎng)絡(luò)技能水平，引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，教師也能夠不斷在實驗考核中進(jìn)行經(jīng)驗總結(jié)、完善實驗考核評價體系。傳統(tǒng)的實驗考核以實驗報告作為惟一的評價標(biāo)準(zhǔn)，缺少對實驗過程的考核評價，而過程和結(jié)果并重的實驗考核評價方式，更加注重實驗過程中的學(xué)習(xí)態(tài)度、團(tuán)隊合作協(xié)作、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的創(chuàng)新能力，不僅調(diào)動了學(xué)生的主動性和積極性，而且激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，動手操作能力得到很好的鍛煉，實驗效果也有明顯的進(jìn)步。

表1 新型計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)體系

[實驗類別＼&實驗名稱＼&教學(xué)方法＼&實驗內(nèi)容＼&實施方法＼&網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)實驗＼&制作雙絞線＼&競賽驅(qū)動＼&從一臺僅保留網(wǎng)線接口（其它接口封閉）的主機硬盤中獲取指定文件＼&課前公布實驗內(nèi)容，分組實驗，課內(nèi)完成，根據(jù)完成情況和時間評分＼&常用網(wǎng)絡(luò)

命令＼&任務(wù)驅(qū)動＼&熟悉常用網(wǎng)絡(luò)命令：ping、ipconfig、tracert等；排除存在網(wǎng)絡(luò)故障的某臺主機，使其能正常連接網(wǎng)絡(luò)＼&課內(nèi)公布內(nèi)容，課內(nèi)完成，根據(jù)任務(wù)完成情況評分＼&安裝網(wǎng)絡(luò)

打印機＼&任務(wù)驅(qū)動＼&連接到一臺已經(jīng)共享的局域網(wǎng)打印機，并打印指定文件＼&課內(nèi)公布內(nèi)容，課內(nèi)完成，根據(jù)任務(wù)完成情況評分＼&網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置實驗＼&網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的

基本配置＼&任務(wù)驅(qū)動＼&使用兩臺交換機分別組建兩個局域網(wǎng)，并使用路由器實現(xiàn)兩個局域網(wǎng)的互聯(lián)（使用Packet Tracer軟件模擬完成）＼&課內(nèi)公布內(nèi)容，課內(nèi)完成，根據(jù)任務(wù)完成情況評分＼&創(chuàng)建VLAN＼&項目化＼&使用Packet Tracer軟件模擬某個單位的辦公場景，該單位有三個部門，創(chuàng)建對應(yīng)三個部門虛擬局域網(wǎng)＼&課外完成文檔，課內(nèi)完成，根據(jù)任務(wù)完成情況評分＼&跨交換機實現(xiàn)

VLAN間路由＼&項目化＼&在創(chuàng)建VLAN實驗基礎(chǔ)上，增加路由器，實現(xiàn)不同VLAN間路由＼&課外完成文檔，課內(nèi)完成，根據(jù)任務(wù)完成情況評分＼&網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實驗＼&服務(wù)器的

部署與配置＼&任務(wù)驅(qū)動＼&部署和配置HTTP服務(wù)器，實現(xiàn)主頁的訪問；部署和配置FTP服務(wù)器，實現(xiàn)文件的上傳和下載；部署和配置EMAIL服務(wù)器，實現(xiàn)電子郵件的發(fā)送和收?。?amp;課外完成，課內(nèi)完善補充，課內(nèi)完成測試、評價和反饋＼&協(xié)議分析＼&任務(wù)驅(qū)動＼&使用TCP/IP協(xié)議實驗系統(tǒng)或WireShark之類的軟件，獲取TCP/IP協(xié)議體系下的IP、ICMP、ARP數(shù)據(jù)包格式，理解協(xié)議的內(nèi)容和工作過程＼&課外公布內(nèi)容，課內(nèi)完成，根據(jù)任務(wù)完成情況評分＼&]

3 結(jié)束語

計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)是高等院校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的重要途徑，也是教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的重要組成部分，因此非常有必要對計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)進(jìn)行改革。本文探討了計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)改革，主要針對實驗理念、實驗內(nèi)容、實驗方法、實驗評價等方面，在CDIO工程教育理念的指引下，通過任務(wù)驅(qū)動、項目化、競賽驅(qū)動等新型實驗教學(xué)方法在實驗教學(xué)中運用，加強學(xué)生對計算機網(wǎng)絡(luò)的概念和原理的理解，在一定程度上培養(yǎng)了學(xué)生分析問題、解決問題的創(chuàng)新能力。讓優(yōu)秀的學(xué)生在實驗的基礎(chǔ)上申報各類科技創(chuàng)新項目，實驗教學(xué)改革取得明顯的效果，學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作意識、創(chuàng)新思維和專業(yè)技能都得到了明顯的提升。

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