计算机网络实验教学探讨

　　摘 要: 针对非计算机工科专业计算机网络课程实验教学面临的问题，提出利用虚拟仿真软件与真实设备相结合形式构建虚实结合的计算机网络实验平台，并通过在课程修学前后，分层次规划设计认识实训、基础实验和综合实验任务，完善实验教学体系和考核评价机制，强化实验教学作用。教学实践表明: 该模式可增强学生网络知识的综合运用和实际动手能力，提高计算机网络课程教学水平，促进应用型和创新型人才的培养。

　　关键词: 计算机网络; 网络实验平台; 实验教学

　　“计算机网络”课程不仅是计算机专业学生必修的专业基础课，也是自动化、测控等工科专业学生的重要选修课。教学要求理论与应用紧密结合，实验是整个教学过程中的重要环节。对于非计算机专业工科学生选修课来说，实际应用能力培养更为重要。通过“计算机网络实验”可以激发学生学习兴趣，有助于学生应用技能的锻炼和提高，更有助于学生对理论知识的掌握和升华。“计算机网络实验” 教学质量的好坏直接影响到计算机网络课程教学的质量和效果[1-4]。

　　1 计算机网络实验教学面临的问题

　　信息科学与工程学院( 以下简称: 学院) 自动化专业、测控专业、电子科学与技术专业不同程度地开设计算机应用基础课程，其中“计算机网络”是重要选修课程之一。而学校主要承担计算机专业网络课程教学任务的计算机科学与工程学院位于远离校本部的浑南校区，相关实验教学资源难以利用，因此学院承担起非计算机专业工科学生的计算机网络实验教学任务。学院在计算机网络实验教学过程中面临一些实际问题，虽然具有我校的特殊性，但对于应用型本科高校计算机网络实验教学也基本普遍存在。

　　1.1 实验教学重要性需要强化

　　计算机网络涉及电子、通信和计算机等多学科，知识点分散且大多较为抽象，学生较难掌握。对于非计算机专业工科学生来说，“计算机网络”又是一门强调应用、技术性很强的课程。有必要强调实验环节重要性，加大教学时间占比，创造更多更好的实验条件，使学生可以通过实验，边操作边思考，更好地学习、掌握和应用[5-6]。

　　1.2 实验教学平台建设有待提升

　　传统计算机网络实验室建设往往采用硬件实物搭建，受物理空间限制并且存在投资大、维护成本高等问题，在实物实验室使用过程中还受到开放时间和设备本身限制。实物实验环境对于学生直观了解和动手操作十分必要且不可替代，但如何利用现代化的实验教学手段，建设更为开放性的实验平台值得探讨研究[7]。

　　1.3 实验教学体系需要完善

　　“计算机网络实验”教学不应仅仅局限于课堂，而应该贯穿于整个大学学习过程中。通过在不同阶段分层次设置不同的实践实验内容，完善整个实验教学体系，使学生从初步了解、产生兴趣、学习掌握、综合运用乃至达到创新型应用，顺应高校日益强调的应用型和创新型人才培养目标[8]。

　　2 构建虚实结合的计算机网络实验平台

　　实验平台是计算机网络实验的基础。随着学校教育经费投入增加，大多学校都投资建设了计算机网络实验室，配备了计算机、交换机、路由器、服务器等硬件设备。虽然硬件满足了学生对网络设备的直观感性认识和操作体验，但由于硬件实验环境的使用受时间和空间限制，难以在教学周期内完全满足学生的实验需要。而目前存在很多款功能强大的虚拟仿真软件，在普通计算机上就可以运行，使用不受时空限制，完全可以作为计算机网络实验的有效补充和扩展。因此，采用虚拟仿真与真实设备相结合，构建覆盖计算机网络教学全过程的综合实验平台是必要且可行的方法。

　　2.1 计算机网络实验硬件环境

　　我实验中心采用锐捷公司网络产品组建计算机网络实 验 室，共 有 6 组 设 备，每 组 设 备 包 括 3 台 S2928 二 层 交 换 机、3 台 S5750 三 层 交 换 机、6 台RSR20 路由器和 1 台 RG-RCMS 实验室机架控制管理服务器，每组设备配有 6 台双网卡计算机网络实验工作台，每组实验室机架控制管理服务器以及工作台计算机的一块网卡通过交换机组成局域网并与校园网相连，另外实验室配有教师机、投影仪等实验教学辅助设备。实验室拓扑图如图 1 所示。

　　2.2 计算机网络实验虚拟仿真软件环境

　　我实验中心根据计算机网络实验教学需要，在组建硬件实物实验平台的基础上，选取主流软件应用产品，提出虚拟仿真软件实验环境平台搭建方案，在实验室工作台计算机上安装，并将方案和相关软件提供给实验学生参考使用。实验室相关软件见表 1 所示。

　　由于我实验中心是担负非计算机专业工科学生的“计算机网络课程实验”教学任务，在硬件环境建设上受空间限制较大。因此，在建设必要的硬件实验平台基础上，辅助以网络模拟仿真软件为学生创造更为 开 放 的 实 验 环 境。以 Cisco 公 司 发 布 的 Packet Tracer 模拟仿真软件为例，只需要安装在独立的计算机上就可以模拟网络设备和网络数据处理过程，学习者可以在图形界面上采用拖拽形式建立网络拓扑图、仿真配置网络设备、观察数据包在网络中行进的处理过程以及网络实时运行情况、进行仿真环境下的网络故障检测和排除以及网络设计方案验证等。Packet Tracer 软件无论是在教师理论课堂的教学演示中，还是在学生预习、复习乃至进行开放性实验中都效果明显。硬件实验环境和软件仿真环境两者相辅相成，通过搭建虚实结合的计算机网络实验平台有助于提高网络课程教学水平以及学生掌握理论知识并进行综合实际应用的能力。

　　3、分阶段多层次完善计算机网络实验教学体系

　　实验平台建设为进一步发挥计算机网络课程实验教学作用提供可能。充分利用和发挥实验平台作用还需要提高课程实验实践环节所占比例，进一步完善实验教学体系和强化实验教学评价机制。我实验中心在学生学习的不同阶段，针对计算机网络实践实验任务进行了规划设计。

　　3.1 接触认识阶段

　　在工科专业一年级实训课程中设置计算机组装及组网部分内容，不仅使学生能够进行计算机硬件组装及操作系统和应用软件的安装，还可以熟悉常用办公软件和虚拟机系统软件的应用，更可通过动手制作网线、配置网卡、通过家用路由器组建简单局域网、利用网络命令进行网络连通性测试及网络简单故障排除等实训项目，使学生对计算机网络建立初步感性认识，从而激发学生的学习兴趣，为后续选修和学好计算机网络课程做好准备。

　　3.2 基础实验阶段

　　基础实验是选修计算机网络课程内必修的实验，包括交换机和路由器的基本配置、交 换 机 的 VLAN 配置、跨交换机 VLAN 配置、基于二层和三层交换机的 VLAN 间路由、静态路由配置、动态路由配置等实验，可以采用实物环境与仿真环境相结合的形式，通过适当增加实验课时，布置课前预习任务和课后思考问题，加大实验考核成绩占课程成绩比例，完善实验本身考评方案，提高对知识理解和问题思考能力的考评，从而强化实验效果，提高学生对计算机理论知识的掌握和实际动手动脑能力。这里需要注意的是，实物环境和仿真环境难免存在差异，因此在课堂教学和实验指导书编写时需要给予说明，在实验内容设置上也要根据两者差异给予不同侧重。

　　3.3 综合实验阶段

　　针对计算机网络感兴趣想要进一步学习和提高的学生，可以设置一些扩展性开放性实验项目，如以小型校园网为背景提出网络需求，学生可以通过建立兴趣研究小组，通过开放性实验平台或预约实验室自主实验，以团队形式共同完成[9-10]，包括网络拓扑及方案设计、地址规划、网络设备选型、仿真环境下配置网络设备并进行测试验证等组网全过程。综合实验增加了学生实践机会，通过营造自主学习的宽松环境，团队成员从兴趣爱好出发，最大限度地挖掘自身潜能，同时通过合作学习，发挥小组成员想象力和创造力，不仅能够培养学生的网络知识综合运用能力，也能够培养学生的动手实践能力和团队协作精神，有助于学校高层次高质量创新型人才的培养。

　　4 结语

　　对于非计算机专业工科学生选修的“计算机网络”课程，在注重理论教学的基础上，更应该强调实验教学的重要性。在投资建设先进的硬件实验环境的同时，也应该充分发挥虚拟仿真软件的作用，搭建虚实结合开放性的计算机网络实验平台。通过课程选修前后及课程学习过程中间分层次设置实验实践内容，加长实验占比时间，完善实验教学体系和评价机制，强化实验环节作用。通过实践证明，以上实验教学措施有助于学生对“计算机网络”课程基础知识的学习理解，也有助于提高学生的计算机网络综合运用能力和创新能力。当然，在实际教学实践中还需要在实物实验与仿真实验有效衔接和综合性开放性实验内容设置等方面进行研究、探索和提高。

　　参考文献( References) :

　　[1] 肖明，石泽顺.计算机网络实验课程的探索与改革[J].计算机教育，2016( 4) : 103-106.

　　[2] 边胜琴，王建萍，崔晓龙.计算机网络实验室建设与实验教学改革[J].实验室研究与探索，2017，36( 2) : 259-262.

　　[3] 琚生根，陈黎，周刚，等.“计算机网络”实验课程的教学探讨[J].实验技术与管理，2013，30( 4) : 159-161，165.

　　[4] 王小妹，王建萍，张爽，等.计算机网络实验教学改革的系统性研究[J].实验技术与管理，2015，32( 1) : 209-211，225.

　　[5] 钱权，张瑞，袁方.计算机网络课程中的项目式实验教学[J].实验室研究与探索，2013，32( 5) : 142-145.

　　[6] 顾国盛.应用型本科高校计算机网络实验室的建设[J].实验室研究与探索，2013，32( 1) : 160-161，195.

　　[7] 谭筠梅，李玉龙，杜永文，等.计算机网络开放实验教学平台的建设研究[J].中国电力教育，2013( 17) : 123-124.

　　[8] 谭印.刍议计算机网络实验教学改革的系统性研究[J].数码世界，2018( 1) : 175.

　　[9] 廉佐政，刘相娟，李耀成，等.计算机课程网络协作式开放实验教学模式探索[J].高师理科学刊，2013( 5) : 106-108.

　　[10] 万念斌，黄九香.高校计算机教育教学方法的创新研究[J].电子制作，2014( 6) : 123-124.

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