基于 “卓越计划”的计算机网络实验教学改革研究

林盛鑫 黄丁香 钟惠球 康丽

(1.东莞理工学院 电子工程学院，广东东莞 523808;2.东莞理工学院 学报编辑部，广东东莞 523808;3.东莞理工学院 资产后勤管理处，广东东莞 523808)

“卓越工程师教育培养计划” (简称“卓越计划”)，旨在通过教育和行业、高校和企业的密切合作，以实际工程为背景，以工程技术为主线，着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力，培养造就一大批创新能力强、适应企业发展需要的多种类型优秀工程师。对促进高等教育面向社会需求培养人才，全面提高工程教育人才培养质量具有十分重要的示范和引导作用［1］。实验教学环节是能否实现“卓越计划”中本科应用型人才培养目标的关键，实验不仅是对理论的验证，还是对动手能力、分析问题和解决问题等能力的培养［2］。本文针对目前计算机网络课程在实验教学环节存在的问题，对实验教学内容、方法及实践方面提出改善的方案来提高学生的积极性和实践能力。

1 计算机网络课程在实验教学环节存在的问题

1.1 实验环境制约实验教学质量

网络实验设备为专业设备，建立完备的计算机网络实验室，资金投资较大，计算机网络课程是一门不断高速发展的交叉性应用型课程［3］，更新速度快，新理论、新技术、新标准、新服务层出不穷，给该课程教学工作带来了很大的难度，由于计算机网络实验内容，一般需要两台以上的计算机共同实现，如一台计算机做服务器，和一台计算机做客户机。有的还需要几台服务器和多台客户机，导致计算机严重不足，以致实验开出多数为验证实验，难以培养学生的动手能力以及独立思考问题、解决问题的能力。

1.2 实验教学方法单一，学生难以掌握理论知识

传统实验教学以教师为中心，学生根据实验内容照葫芦画瓢，虽然做了实验，但没有把理论知识应用于实践操作中，比较抽象的理论知识得不到实验验证，难以掌握较抽象的网络技术，无法提高学生的积极性，综合实践能力也得不到提高。

2 计算机网络课程在实验教学环节改革研究

2.1 建立虚拟网络实验环境，采用网络仿真辅助教学方法

通过虚拟网络实验环境，从根本上解决了传统实验教学实验设备缺乏、设备数量不足的问题。还提供了真实的演示效果，避免了实验时人为对计算机硬件设备造成的损坏。虚拟网络实验环境主要采用虚拟机技术，通过安装虚拟机软件，可以在一台物理计算机上模拟出一台或多台虚拟的计算机，像真正的计算机那样可以安装操作系统、安装应用程序、访问网络资源等等。目前已在计算机网络课程教学与实验中得到了普遍应用，建立虚拟机和构建虚拟网络的工具软件主要有微软公司的Virtual PC2007和VM-ware公司的Vmware Workstation。如采用VMware Workstation来完成计算机网络课程中“局域网组网实验”，即无需考虑网络设备以及网络设备的连接问题，就可以通过虚拟网络组件把虚拟机器同真实的物理网络连接起来，其原理是在一台计算机上通过安装VMware Workstation软件，同时运行多个虚拟机，为每个虚拟机设置一个独立的IP地址，来虚拟多台计算机，进而搭建“局域网组网实验”的虚拟环境，主要分为两个步骤:

1)建立虚拟机。建立虚拟机最常用的方法是用VMware Workstation向导建立虚拟机和用备份文件建立虚拟机两种。在实验教学中，老师用VMware Workstation向导建立虚拟机，启动向导进行有关参数的设置，对硬盘进行分区和格式化，安装操作系统等操作。然后备份VMware Workstation用来记录虚拟机的信息的两个文件，一个是配置文件，记录虚拟机的硬件资料如内存、硬盘、网卡、声卡的类型大小等信息;另一个是磁盘文件，记录在虚拟机上安装的操作系统、存储的文件等信息。

学生就可以用这两个备份文件快速建立虚拟机，但需要修改计算机名和IP地址，否则不能联网。

2)构建虚拟网络。采用Vmware Workstation组建虚拟网络时，主要应用了以下几个虚拟设备:

VMnet0:VMware用于虚拟桥接网络下的虚拟交换机;

VMnet1:VMware用于虚拟Host－Only网络下的虚拟交换机;

VMnet8:VMware用于虚拟NAT网络下的虚拟交换机;

VMware Network Adapter VMnet1:Host用于与Host－Only虚拟网络进行通信的虚拟网卡;

VMware Network Adapter VMnet8:Host用于与NAT虚拟网络进行通信的虚拟网卡;

目前虚拟机支持三种类型的网络，分别是bridged(桥接模式)、NAT(网络地址转换模式)和Host－only(主机模式)如图1至图3所示。

图1 桥接模式

图2 NAIT模式

图3 Host-only

1)使用bridged模式的虚拟系统就像是局域网中的一台独立的主机，与宿主计算机平等的存在于网络中，虚拟系统与宿主计算机以及宿主计算机所在网络的其他计算机都可以相互访问。如图1所示，主机Host与Virtual machine A、Virtual machine B可以相互访问。

2)使用NAT网络模式的虚拟系统，借助NAT功能，不需要进行任何其他的配置，就可以通过宿主机器所在的网络来访问外网。由于该模式下的虚拟系统的TCP/IP配置是由VMnet8(NAT)虚拟网络的DHCP服务器提供，无法手动更改，因此虚拟系统无法和本局域网中的其他真实主机进行通讯。如图2所示，在NAT device下的虚拟系统可以通过主机联接外网，同时相互之间可以通信。在使用该网络模式时，需要主机开启VMDHCP和VMDAT服务。

3)使用host－only网络模式的虚拟系统，是一个与外界隔绝的网络，其TCP/IP配置信息 (如IP地址、网关地址、DNS服务器等)，都由该网络模式下的虚拟DHCP服务器来动态分配，因此虚拟系统内部之间可以相互通信，但虚拟系统和真实的网络被隔离开，两者无法通信，一般在某些特殊的网络调试环境中使用。如图3所示，仅主机 (Host－only)模式是在主机上建立了一个独立的私有网络，外部网络和虚拟机不能通讯。

通过理解以上VMware Workstation所提供的虚拟设备及其使用方法，根据计算机联网的原理，进行局域网网络组建操作。采用这种虚拟的仿真教学环境进行辅助教学，能够增进学生对网络体系和网络协议的理解，能够更新“实验设备”型号与种类，适应计算机网络课程更新速度快的特点。

2.2 合理组织实验内容，转变指导方式

1)实验环节是对理论知识学习环节补充和形象化的过程［4］，因遵循由易到难、由简单到综合、由注重传授基本方法和技能到注重创新能力培养的特点，合理设计实验内容，处理好实验教学与理论教学的关系，以及处理好基础性实验、验证性实验与综合性实验的关系。实验教学内容既需要包括相关教学知识点，还需要包括提高学生的积极性以及对学生独立思考与创新能力的培养。

2)改变传统的以教师“一对多”的指导方式，开展以学生为主体的学习与实验，针对不同的教学内容，通过建立实验小组，明确小组的任务，如每一个实验小组负责一个实验内容，进行分工合作。在实验环境下，让负责该实验内容的小组参与指导其它同学的工作，让学生来演示实验操作，讲解实验内容以及学习心得，而不是知识灌输的对象，而教师即成为实验教学中的协助者和解决问题的指导者，使学生真正成为学习过程中的主体，有效地调动学生的主动性和积极性，以任务方式驱动学生主动学习，对实验内容有进一步的加深理解，有利于培养学生的表达能力，有利于培养学生分析问题和解决问题的能力，有利于培养学生的团队精神和合作能力。

3 结语

根据“卓越计划”对学生的培养要求，对计算机网络课程实验教学环节提出改革的研究，提高学生对计算机网络课程学习的积极性，鼓励学生遇到问题自己思考和解决，培养学生独立分析问题和解决问题等综合能力，允许学生在完成基本要求的基础上，自由发挥，深入扩展，培养学生创新能力。实现“卓越计划”中提出的“培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才”的目标。

［1］林健.谈实施“卓越工程师培养计划”引发的若干变革［J］.中国高等教育，2010，17:30－32.

［2］吴征远.计算机网络课程改革研究与探索［J］.赤峰学院学报，2011，27(8):216－218.

［3］郭顶龙.对计算机网络课程教学改革的思考［J］.考试周刊，2011，46:11.

［4］刘振恒，李冬云，张姝.基于应用型人才培养的计算机网络课程教学方法研究［J］.广西教育，2010(4):98－99.

［5］王纪凤，王世刚，尚玉莲，等.计算机网络课程教学中的虚拟机技术应用［J］.中国现代教育装备，2011(1):42－43.