云紅艷,潘振寬,趙志剛,高 磊

（青島大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266071）

0 引 言

網(wǎng)絡(luò)工程是新興的工程教育專(zhuān)業(yè),地方本科院校網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)建設(shè)需要依據(jù)《計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》、工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證要求和高等學(xué)校網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)規(guī)范,通過(guò)強(qiáng)化專(zhuān)業(yè)內(nèi)涵建設(shè),提高人才培養(yǎng)質(zhì)量[1]。當(dāng)前高校網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)在應(yīng)用型人才培養(yǎng)上存在以下問(wèn)題[2]:①網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)課程知識(shí)體系更新慢;②專(zhuān)業(yè)課程實(shí)踐教學(xué)案例和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)相對(duì)薄弱,理論與實(shí)踐存在一定脫節(jié);③網(wǎng)絡(luò)環(huán)境受限、實(shí)驗(yàn)設(shè)備條件不足、設(shè)備更新慢;④以“教師為主”的傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式重在傳授知識(shí),忽視了學(xué)生的認(rèn)知主體作用,對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)思維方法訓(xùn)練不足[3]。這些問(wèn)題都不利于網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

學(xué)生創(chuàng)新能力的提升離不開(kāi)專(zhuān)業(yè)教育教學(xué)水平的提高,而課程教學(xué)是高校專(zhuān)業(yè)教育教學(xué)的根本[4]。由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展更新快、網(wǎng)絡(luò)新應(yīng)用層出不窮,必須根據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展和社會(huì)需求,適時(shí)調(diào)整優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)課程知識(shí)體系[5],以適應(yīng)“萬(wàn)物互聯(lián)”時(shí)代對(duì)高級(jí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才培養(yǎng)的需求。思科網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學(xué)院面向全球教育機(jī)構(gòu)免費(fèi)提供“互聯(lián)網(wǎng)+”信息技術(shù)基礎(chǔ)等通識(shí)類(lèi)課程以及面向網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)和網(wǎng)絡(luò)安全的課程,并免費(fèi)提供相應(yīng)的教學(xué)云平臺(tái)、評(píng)測(cè)系統(tǒng)和模擬軟件Cisco Packet Tracer。為此,我們?cè)诮虒W(xué)中試圖融入思科課程教學(xué)內(nèi)容,優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)主干課程知識(shí)體系。

1 思科課程簡(jiǎn)介

思科“IT Essentials”(簡(jiǎn)稱(chēng)ITE)課程教學(xué)內(nèi)容主要包含計(jì)算機(jī)硬件組成及組裝、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、筆記本與移動(dòng)電腦等基礎(chǔ)知識(shí)。ITE課程的部分教學(xué)內(nèi)容與網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)一年級(jí)學(xué)生的學(xué)科導(dǎo)論課計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論教學(xué)內(nèi)容相近。

“CCNA路由和交換:網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介”(簡(jiǎn)稱(chēng)CCNA1)課程[6]的教學(xué)目標(biāo):①了解并描述支持?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)通信的設(shè)備和服務(wù);②了解并描述數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中協(xié)議層的作用;③了解并描述IPV4和IPV6環(huán)境中編址和命名方案對(duì)于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)各層的重要性;④計(jì)算并應(yīng)用子網(wǎng)掩碼和地址以完成IPV4和IPV6網(wǎng)絡(luò)中的特定要求;⑤使用路由器和交換機(jī)構(gòu)建以太網(wǎng),使用命令行界面(CLI)命令執(zhí)行基本的路由器和交換機(jī)配置;⑥利用常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)用程序驗(yàn)證小型網(wǎng)絡(luò)操作并分析數(shù)據(jù)通信量。

“CCNA路由和交換:路由和交換基礎(chǔ)”(簡(jiǎn)稱(chēng)CCNA2)課程的教學(xué)目標(biāo): ①了解并描述基本的交換概念、思科交換機(jī)的操作和增強(qiáng)型交換技術(shù);②了解并描述動(dòng)態(tài)路由協(xié)議、距離矢量路由協(xié)議和鏈路狀態(tài)路由協(xié)議;③小型交換機(jī)和路由器網(wǎng)路的配置和故障排除[7];④VLAN配置和VLAN間路由故障排除;⑤了解并描述訪問(wèn)控制列表(ACL)的用途和類(lèi)型;⑥IPV4和IPV6的ACL配置、監(jiān)控及故障排除;⑦了解并描述動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議(DHCP)和域名系統(tǒng)(DNS)的操作;⑧描述、配置網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換(NAT)的操作并對(duì)其進(jìn)行故障排除。

“CCNA路由和交換:擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)”(簡(jiǎn)稱(chēng)CCNA3)課程的教學(xué)目標(biāo):①了解、配置和排除增強(qiáng)型交換技術(shù)故障,例如VLAN、快速生成樹(shù)協(xié)議(RSTP)、增強(qiáng)型VLAN生成樹(shù)協(xié)議(PVST+);②了解、配置和排除交換網(wǎng)絡(luò)中的第一跳冗余協(xié)議(HSRP)故障;③了解、配置和排除無(wú)線路由器和無(wú)線客戶端故障;④配置和排除復(fù)雜路由IPV4或IPV6網(wǎng)絡(luò)(使用單區(qū)域OSPF、多區(qū)域OSPF和增強(qiáng)型內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議EIGRP)中的路由器故障;⑤管理Cisco IOS配置文件。

“CCNA路由和交換:連接網(wǎng)絡(luò)”(簡(jiǎn)稱(chēng)CCNA4)課程的教學(xué)目標(biāo):①了解并描述不同WLAN技術(shù)及其優(yōu)點(diǎn);②了解并描述虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)(VPN)和隧道的操作和優(yōu)點(diǎn);③理解、配置串行連接并對(duì)其進(jìn)行故障排除;④理解、配置寬帶連接并對(duì)其進(jìn)行故障排除;⑤理解、配置IPsec隧道操作并對(duì)其進(jìn)行故障排除;⑥理解、配置網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換(NAT)并對(duì)其進(jìn)行故障排除;⑦使用系統(tǒng)日志、SNMP和NetFlow監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)操作并對(duì)其進(jìn)行故障排除;⑧了解并描述網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

2 優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)核心課程知識(shí)體系

選取思科ITE課程和CCNA系列課程融入網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)主干課程教學(xué)知識(shí)體系,建立網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)階梯式競(jìng)賽梯隊(duì)框架,如圖1所示。

圖1 融入思科課程優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)主干課程教學(xué)知識(shí)體系框架

融合思科ITE課程優(yōu)化計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論課程;融合思科CCNA1課程優(yōu)化計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理課程;融合CCNA2課程優(yōu)化路由與交換技術(shù)課程; 融合CCNA3和CCNA4課程優(yōu)化“網(wǎng)絡(luò)工程”課程。通過(guò)融合思科課程教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐教學(xué)案例,重新梳理專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)知識(shí)體系、重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容,推進(jìn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源建設(shè),提升網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)質(zhì)量。學(xué)生在學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)主干課程時(shí),同步注冊(cè)思科云平臺(tái)學(xué)習(xí)相應(yīng)思科課程,成績(jī)合格可取得思科課程證書(shū)并參加相應(yīng)的ITE、CCENT和CCNA等競(jìng)賽。

下面以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理課程為例進(jìn)行闡述。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理課程主要講授計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)概念、基本原理和基本方法;要求學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識(shí)、TCP/IP 協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)分層參考模型的各層功能和典型網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,了解典型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的組成、特點(diǎn)和工作原理,能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念、原理和方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理課程教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理課程教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化如圖2所示,選取CCNA1課程內(nèi)容中的第2章配置操作系統(tǒng)、第5章以太網(wǎng)、第6章網(wǎng)絡(luò)層、第7章傳輸層、第8章IP尋址等章節(jié)的部分教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)案例融入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理課堂教學(xué)中,通過(guò)教學(xué)案例增加網(wǎng)絡(luò)原理課程理論與行業(yè)應(yīng)用實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容。選用“十二五”普通高等學(xué)校教育本科國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材,謝希仁編著、電子工業(yè)出版社出版的《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理》(第6版)作為教材。教材內(nèi)容選取包含物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層的5層網(wǎng)絡(luò)參考模型。教學(xué)中根據(jù)教材章節(jié)內(nèi)容重點(diǎn)介紹第1章到第6章內(nèi)容及第9章和第10章的部分小節(jié)內(nèi)容;教學(xué)內(nèi)容先總后分,第1章總體概述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理的基本概念、體系結(jié)構(gòu)、研究?jī)?nèi)容,然后按照網(wǎng)絡(luò)5層參考模型分別介紹各層的功能、原理及算法。網(wǎng)絡(luò)5層參考模型圍繞兩條主線來(lái)介紹(如圖2虛線框內(nèi)所示):一是網(wǎng)絡(luò)各層協(xié)議和數(shù)據(jù)封裝;二是網(wǎng)絡(luò)各層典型網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成和功能原理。

圖2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理課程教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

在教學(xué)講授時(shí),注重以下幾個(gè)方面[8]:①講透原理:計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理是根本(體系結(jié)構(gòu)、算法原理),Internet技術(shù)是實(shí)例(協(xié)議、應(yīng)用);②弱化介紹數(shù)據(jù)通信知識(shí);③數(shù)據(jù)鏈路層圍繞封裝成幀、透明傳輸和差錯(cuò)控制3個(gè)問(wèn)題展開(kāi);局域網(wǎng)廣播技術(shù)是重點(diǎn),要求學(xué)生理解競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)(重點(diǎn)介紹以太網(wǎng)802.3和第9章的無(wú)線局域網(wǎng)802.11);④點(diǎn)-點(diǎn)通信是端-端通信的基礎(chǔ),引入滑動(dòng)窗口概念,在滑動(dòng)窗口機(jī)制的講授中強(qiáng)調(diào)流量控制;⑤網(wǎng)絡(luò)層圍繞分組交換技術(shù),用教學(xué)案例和仿真軟件模擬介紹IP協(xié)議、ARP協(xié)議、路由協(xié)議的功能原理,增強(qiáng)抽象協(xié)議的可理解性;⑥傳輸層中重點(diǎn)介紹TCP連接管理和擁塞控制;⑦應(yīng)用層介紹DNS域名系統(tǒng)、文件傳送協(xié)議FTP、電子郵件和萬(wàn)維網(wǎng)WWW等應(yīng)用;⑧介紹下一代網(wǎng)際協(xié)議IPv6地址空間內(nèi)容。

主講教師講授計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理課程時(shí)在思科云平臺(tái)為學(xué)生注冊(cè)開(kāi)班,學(xué)生利用課下時(shí)間同步學(xué)習(xí)思科CCNA1的課程內(nèi)容,作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理課程學(xué)習(xí)的課外補(bǔ)充。學(xué)生通過(guò)在線參加思科課程章節(jié)測(cè)試、PT技能考試、期末考試,考試成績(jī)合格的學(xué)生可獲得思科CCNA、課程結(jié)業(yè)證書(shū)。

2.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

實(shí)驗(yàn)教師選擇思科課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例和任務(wù)設(shè)計(jì)場(chǎng)景,為學(xué)生提供更多設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和綜合實(shí)驗(yàn)任務(wù),以?xún)?yōu)化網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)核心課程實(shí)驗(yàn)。通過(guò)加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力培養(yǎng),拓展學(xué)生網(wǎng)絡(luò)知識(shí)技能訓(xùn)練。利用仿真軟件剖析計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的原理及工作過(guò)程,通過(guò)協(xié)議交互型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)驗(yàn)證,加深學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的認(rèn)知及開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)理解;通過(guò)“進(jìn)階式”的實(shí)驗(yàn)方式,引導(dǎo)學(xué)生建立“協(xié)議分析-協(xié)議學(xué)習(xí)-協(xié)議開(kāi)發(fā)-協(xié)議應(yīng)用-協(xié)議測(cè)評(píng)”為主線的學(xué)習(xí)方式,從而深入掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議知識(shí);在實(shí)驗(yàn)中,強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主動(dòng)性和設(shè)計(jì)性,拓寬學(xué)生的思路。

Packet Tracer是思科公司推出的一款仿真軟件程序,能夠?yàn)樗伎普J(rèn)證網(wǎng)絡(luò)工程師(CCNA)學(xué)習(xí)提供幫助?；赑acket Tracer可以方便地構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、模擬試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)行為、構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型并提出假設(shè)問(wèn)題[9]。使用Packet Tracer可以仿真相對(duì)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?且不受實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)環(huán)境和設(shè)備的限制。另外,思科云協(xié)作教學(xué)平臺(tái)提供在線Packet Tracer實(shí)驗(yàn)技能測(cè)試題庫(kù)和自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng),方便師生利用思科云協(xié)作教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行在線實(shí)驗(yàn)測(cè)試和評(píng)分。

根據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)大綱要求,選取CCNA1的9個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)案例(見(jiàn)表1)。實(shí)驗(yàn)教師可根據(jù)實(shí)驗(yàn)課時(shí)選取表1中的實(shí)驗(yàn)用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)。

表1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理實(shí)驗(yàn)課選取的CCNA1實(shí)驗(yàn)

3 結(jié) 語(yǔ)

2015年青島大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院與思科公司合作成立“青島大學(xué)思科網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學(xué)院”。2016年獲批教育部-思科公司產(chǎn)學(xué)合作改革課程建設(shè)項(xiàng)目--“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理”省級(jí)精品課程立體化建設(shè)。以培養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)創(chuàng)新人才為目標(biāo),以產(chǎn)學(xué)合作課程建設(shè)為契機(jī),青島大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院教師研究思科ITE課程和CCNA系列課程教學(xué)知識(shí)體系,選取思科課程部分教學(xué)內(nèi)容、網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)和教學(xué)實(shí)踐案例,重新梳理專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)知識(shí)體系、重構(gòu)組織教學(xué)內(nèi)容;依托思科網(wǎng)院云協(xié)作平臺(tái)實(shí)驗(yàn)環(huán)境和仿真軟件Packet Tracer搭建課程虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái),設(shè)計(jì)綜合性課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目。

經(jīng)過(guò)2學(xué)年4學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐,青島大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院累計(jì)有6門(mén)次專(zhuān)業(yè)主干課程優(yōu)化融合思科課程教學(xué)內(nèi)容,在10個(gè)教學(xué)班中進(jìn)行專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)改革實(shí)踐;累計(jì)超過(guò)500名學(xué)生在思科云平臺(tái)同步注冊(cè)在線學(xué)習(xí)ITE、CCNA1、CCNA2課程;組織超過(guò)50名學(xué)生參加大學(xué)生網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大賽和中國(guó)高校計(jì)算機(jī)大賽-網(wǎng)絡(luò)技術(shù)挑戰(zhàn)賽,并獲得全國(guó)本科組比賽二等獎(jiǎng)、全國(guó)三等獎(jiǎng)和華東賽區(qū)比賽二等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng);超過(guò)60名學(xué)生參加專(zhuān)業(yè)課程相關(guān)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目;2017年青島大學(xué)網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生考研錄取率接近40%。通過(guò)專(zhuān)業(yè)主干課程教學(xué)內(nèi)容體系改革,更新了主講教師教學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu),激發(fā)了學(xué)生專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)興趣,在教學(xué)實(shí)踐中取得了較好的教學(xué)效果,切實(shí)提高了專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

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