模块化、专业化的计算机网络实验教学体系的探索

李 楠 孙凤茹 李玉龙 张华卫

(1兰州交通大学计算机与科学技术国家级实验教学示范中心，兰州 730070；2兰州城市学院城市经济与旅游文化学院，甘肃 兰州 730070；3兰州交通大学电子与信息工程学院，兰州 730070）

1 引言

信息化的社会与计算机网络技术的飞速发展是密不可分的，同时，社会的信息化也需要一大批动手能力强，且熟练掌握计算机网络知识以及相关工程技术的专业技术人才。现在我国高校纷纷开设了计算机网络课程, 来满足社会发展的需求。计算机网络课程作为兰州交通大学电信学院软件工程专业、计算机科学与技术专业等信息类本科生的必修课，是信息类专业的专业基础课和核心课程之一，同时也是我校非信息类本科生的选修课程，2008年，我校的计算机网络课程列入甘肃省精品课程，自2009年开始，计算机网络课程已经列为计算机类专业硕士研究生入学考试的必考科目。

计算机网络课程由于具有学科交叉、理论知识抽象、实践性强的特点，与其相配套的实验课程是不可缺少的教学环节。在实际的教学过程中，经常出现的问题有：实践环节与理论教学相脱节，实验课时偏少，实验教学一刀切，实验内容没有大项目引领，缺乏实用性、创新性等问题，导致部分学生对专业课的学习兴趣不够浓厚，从一定程度上影响了对大学生的综合素质和创新能力的培养[1-3]。因此，如何以人才培养体系整体出发，建立以能力培养为主线分层次、多模块、相互衔接的科学系统的实验教学体系，是当前实验教学工作者必须要考虑的问题[4-5]。

2 设计层次化、递进式的实验教学模块

2.1 确立各专业的实验教学计划以及合理的实验教学内容

由于不同专业对人才的培养目标不相同，计算机网络相关课程的专业定位也不相同，比如，在计算机科学与技术专业的课程设置中，这类课程是专业基础课和专业核心课，而在经管类专业中则是选修课。因此各专业依据各自的人才培养目标，制定的实验教学计划也是不同的。

计算机科学与技术专业的实验教学应注重掌握计算机网络体系结构、局域网、互联网、典型网络应用及IPv6等较深层次的理论知识，熟悉交换机、路由器等网络设备的使用及配置方法，掌握局域网和互联网的工程化设计、组建技术以及相关的网管技术，以适应网络时代对信息技术人才的需求；软件工程专业和信息管理专业的实验教学应该使学生掌握网络的基础理论知识，注重计算机网络的程序设计，进而熟练掌握各种计算机网络相关的应用服务。物联网专业依托计算机科学与技术学科，网络实验教学目的介于以上两个信息类专业之间。而非信息类专业的实验教学目的在于使学生能够通过网络获取、加工、发布信息，培养学生的实际应用能力。针对各专业的计算机网络实验教学计划的不同，设计合理的实验教学内容。

2.2 制定层次化、递进式的实验教学模块

计算机网络实验教学的目标是提高学生科学实验素质, 培养学生创新和工程实践能力。首先组织全校的计算机网络相关课程的任课教师以及相关研究领域的专家，共同探讨梳理计算机网络实验课的实验项目，淡化专业界限，将不同专业、不同课程的实验项目进行统一理顺、整合，将每个实验划分到具体的模块中，然后按照实验的教学目的进行层次化划分，所有的实验可分为基础验证性实验、设计性实验、综合性实验和创新性实验四个层次[6-7]，每个实验模块内的实验项目由此排列，并且根据模块类别进行由易到难地排序，使各类实验项目之间紧密衔接，形成一个递进式的、逐步引导学生掌握理论知识的实验项目教学体系，从而有利于培养“厚基础、宽口径”的计算机网络专业人才[8]。

目前我校开设的与计算机网络相关的课程有网络原理与工程技术实验、计算机网络实验、TCP/IP协议与网络设计、网络信息安全、计算机网络技术与应用，对这些课程的实验项目进行优化处理，打通传统基础验证性实验的分支，将项目引领、任务驱动式的教学理念贯穿其中[8]，以“机房小型局域网的设计与构建”、“中型企业网络的建设”等项目模块为依托安排实验项目，归纳了局域网组建、网络应用、网络协议分析与编程、网络互连、网络安全、工程实践、网络新技术七个模块，每个模块中除了必做实验项目外，还包含了一定数量的选作实验项目，旨在提高学生们分析问题和解决问题的能力。

2.3 网络硬件设备与虚拟软件相结合的实验教学环境

传统的计算机网络实验教学通常会采用单一的实验教学模式，即硬件教学模式或者软件教学模式。单纯硬件的实验教学方式使学生们的动手能力确实得到了极大的锻炼，但是往往忽视了对理论知识的加深理解，尤其一些实验项目也无法靠硬件设备实现，比如FTP的协议分析、DNS服务器的安装和配置等。而纯软件的教学效果正好相反。我校的计算机网络实验室，隶属于国家级计算机科学与技术实验教学示范中心，每年完成实验任务130余万人时数，拥有锐捷、H3C等独立的实验设备及6组锐捷集成实验机柜，并且配有锐捷公司的协议分析软件（PATS）及华为路由器模拟软件（HWLYQMN）。教学过程中，针对不同类型的实验项目，选用不同的软硬件设备。基础验证性实验和设计性实验选用硬件方式，使同学们较容易地掌握相应的理论知识；综合性实验以及创新性实验，由于需要深入地对实验项目进行剖析以及实践，则选用软硬件结合的方式。

3 模块化、递进式的实验教学体系的确立

根据归纳整理好的实验教学内容，针对前面提出的七个实验教学模块，设计相应的基础验证性实验、设计性实验、开放性实验和创新性实验，实验内容由浅入深，兼顾各个专业达到提高学生动手的能力以及分析解决实际问题的目的。具体如图1所示。

图1 模块化的实验教学体系框图

在实验教学研究过程中，随着教学观念的更新，可以实施对实验教学模块的完善，以适应时代发展对人才培养的需要；每个模块中的具体实验项目也可以根据实际情况进行调整更换，构成切合实际的实验教学体系的模块化结构。

4 实施模块化、递进式实验教学体系的具体措施

在实验教学过程中，不能急于求成，应该循序渐进地转变教学观念，合理设置实验教学内容，改革教学方法和教学手段，建立满足培养人才需求的模块化递进式的实验教学体系。

1）转变教学观念,激发学生参与实验项目的兴趣。以往旧的教学观念认为理论重于实践，往往一门课程中理论教学的课时占到90%左右，学生将多数时间花在对理论知识的理解上，最终完成相应的理论考试。现在应该转变旧的观念，重视实验教学，不再依附于理论教学，形成实验教学和理论教学统筹协调的理念和氛围，加大实验课教学课时，独立开设实验课，专业化的教学计划，模块化的教学内容，使实验课程真正实现对学生的操作能力与创新意识培养的教学目的；在全校范围召开实验项目宣讲会，由高年级的学生介绍亲身参与实验项目的心得体会，完成的项目实物作品展示，可以激发在场学生参与实验项目的热情，增强了创新意识，可以更加有效地提升学生的实践技能。

2）实验教学方法与手段的改革。传统的实验教学通常按照“概念-理论-实验项目”的方式来组织教学，为了让学生更加深刻地理解实验内容，可以采用“案例-理论-概念”的案例驱动教学法，案例就是对一个具体的情景加以描述，案例教学的最大特点是它的真实性.由于教学内容是具体的实例，加之采用是形象、直观、生动的形式.给人以身临其境之感，易于学习和理解。教师于教学中扮演着设计者和激励者的角色，在课堂上和学生一起讨论思考，学生可以全身心的投入到共同探讨问题的过程中，进一步地提高了学生的创新精神和实际解决问题的能力。

例如，可以通过如下的案例引入到“RIP路由协议配置”实验中去：某大学有两个校区办学，每个校区分别有一台路由器连接两个子网，需要将两台路由器通过物理链路互联并进行一定的配置，以实现分散的校园网各个子网之间的通信。通过案例描述，可以讲两台路由器通过快速以太网端口连接在一起，每个路由器上设置2个Loopback端口模拟子网，在所有端口运行RIP路由协议，就能够实现所有子网间的互通，实验拓扑图如图2所示。

图2 校园区域网络拓扑图

以上的案例涉及到的仅是一个情景，根据实际案例的复杂程度的不同，案例中可以包含多个情景。

3）加强实验教学队伍建设。首先改变观念，实验教学队伍建设与理论教学队伍建设同等重要，实行同等条件下的同级别待遇，使实验室的专职教师更加专心地投入到实验教学中；其次，目前实验教学队伍知识结构不合理，高职称、高学历的人员不足，技术性教师偏少，为了适应培养创新人才的实验教学目标，一定要优化教学队伍，选择有创新科研项目的教授直接从事创新实验项目的开发，及时将研究成果转化为相对应的实验课题，保证实验教学内容的前瞻性和先进性；同时加强对实验室专职教师的培训，不断提升他们的业务水平；另外，积极探索知识讲授和探索研究相结合的教学模式，鼓励学生参加各类创新性的比赛，学生不但可以获得基础实验技能的训练，还可以最大限度地挖掘内在的科研潜力，最终实现培养实践能力和创新能力兼备的人才的目标。

4）注重实验项目考核的规范性。科学规范的实验考核体系是合理评价学生实验成绩的重要依据[9]。模块化、专业化的实验教学体系中将实验分为四类：基础验证性实验、设计性实验、开放性实验和创新性实验，不同类别的实验制定相应的评分细则，注重评分细则的科学性和可操作性。基础验证性实验和设计性实验，主要是要求学生掌握理论知识以及相关的技术，因此，每学期期末要组织实践考试，试题从不断更新变化的题库中进行选取，最终实验成绩等于平时成绩（50%）与实践考试成绩（50%）两者之和；开放性实验和创新性实验，每学期组织一次交流会，由专家评委小组根据学生的设计报告、答辩报告、实物演示、技术难易程度、实际应用价值以及学生答辩中的临场发挥等因素综合考虑核定成绩，通过答辩，培养了学生的表达能力和应变能力，促进了学生之间的相互交流，开阔了学生的视野，进一步提高了学生的工程实践水平。

5 结 语

模块化、专业化的实验教学体系是结合我校开设计算机网络相关课程专业的实际情况，进行大量的教学调研逐步形成的，经过近一个学期的运行，教学效果良好。在实验教学中，始终坚持“以学生为本”的理念，提供更多的机会给学生，在实验过程中手脑结合，不断积累实践经验，从而可以自主地分析问题和解决问题。学生们普遍对这种改进后的教学体系表示认可，一致认为在专业实践能力、创新性思维以及团队协作意识等方面均得到了进一步的提升，为今后在社会中成为创新型技术人才打下了坚实的基础。

[1]张臣文，李文联，胡坤鹏.网络实验教学新模式的探索与实践[J].实验室研究与探索，2010，29(2)：53-56.

[2]苑迅，郭辉，秦昌明.地方高校应用型人才培养与实践教学体系构建的探索与实践[J].实验室技术与管理，2011，28（8）：1-4.

[3]于猛，单亦先，王绍兰，等.构建完善的实践教学体系［J］.实验室研究与探索，2009，28（5）：126-128，139.

[4]王盛邦，李晓宁，陈立文.基于网络技术的计算机网络课程体系[J].实验室研究与探索，2010，29（4）：49-51.

[5]余小滢.创新人才培养与实践教学改革［J］.实验技术与管理，2010，27（5）：30-32.

[6]愈海英.模块化递进式计算机网络实验教学体系之构建[J].教育教学研究，2012，8（10）：111-113.

[7]赵友.层次化和模块化相结合的计算机实践教学体系改革方案[J].课程教育研究，2014（20）：41-42.

[8]钱洁，房健民，陈志宏.生物技术专业综合性和设计性实验教学改革与实践[J].实验室研究与探索，2014（1），219-222，236.

[9]宫玉芳.电工学实验教学改革研究与探索[J].自动化与仪器仪表，2011（6）：177-178，181.