探析基于实践能力培养的计算机网络课程教学改革方法

游海晖

摘 要：在分析目前高校计算机网络课程教学中存在的教学内容与实际脱离、实验教学环节薄弱等诸方面问题的基础上，结合教学的过程中的实际经验，围绕计算机网络课程的教学目标，对计算机网络课程的教学进行总结分析，强调实践能力的培养和软件仿真实训在该课程教学中的重要地位。

关键词：计算机网络；教学改革；软件仿真实训

中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1001-7836（2014）03-0057-02

在计算机网络课程的教学中，如何根据这门新兴学科和网络技术飞速发展的特点进行学生实践能力的培养呢？目前的教学内容、教学方法和手段、实验环节能够很好地培养学生的实践动手能力吗？结合这些问题，本文对计算机网络课程教学改革进行探讨。

1 计算机网络课程教学现状分析

1.1 教学内容

目前，我国高校计算机网络课程教学内容总体上分为三大部分：第一部分，原理部分，主要是以TCP/IP和OSI参考模型为主介绍网络的层次模型及网络协议；第二部分是网络技术部分，介绍网络硬件设备（如网卡、集线器、交换机、路由器等）及一些典型的广域网和局域网技术，（如FDDI， X. 25，顿中继、ATM、无线网等）；第三部分，网络应用部分，包括网络操作系统功能及应用，网络安全及管理，Internet的特点与应用。在实验课程中，进行的一些主要实验有验证性实验、网络安全实验、组网实验等。当然根据授课对象的不同，教学内容的侧重点和难易程度也有所不同[1]。

1.2 教学模式

从当前多数高校的教学情况来看，计算机网络课程的授课基本都是一个模式：讲授课和实验课。其中讲授课比重较大，实验课比重则小些，而且讲授课与实验课的结合程度不是很紧密。教师在授课过程中采用主要的教学手段和方法有以下几种：传统的粉笔板书教学、PowerPoint幻灯片教学、CAI课件教学等。实验课的教学环节是教师事先安排好的实验内容，并在实验过程中给予指导和评定。

2 计算机网络课程实践教学存在的问题

长期以来，网络课程的教学存在重理论、轻实践的问题，对于如何将教学内容应用到实际的工作中关注得不够，这一现状与国家重点倡导的应用型人才培养目标越来越不符合。对于具有强烈工程应用背景的计算机网络课程而言，如何建立实践教学模式，提高实践教学效果，在整个课程教学过程中具有至关重要的影响。现行的计算机网络课程在实践教学环节上存在着诸多不足，主要表现在以下几个方面：（1）实验教学重视不够。在实验教学中，只开设验证性实验，缺少设计性实验，更没有大中型网络规划方面的实验，使得学生分析问题、解决问题的实际能力得不到培养，满足不了计算机网络在知识、技术等多方面的要求。（2）教学硬件设备不足。实验用的路由器、交换机和防火墙等设备昂贵，由于资金缺乏，无法为实验教学配备这些教学设备，导致计算机网络课程的许多实验只能用教学模拟软件来模拟实现。模拟实验由于学生无法接触到实际的网络设备，更不用说用其来组网了，所以无法达到教学目的。（3）教师实践经验不足。目前，计算机网络课程教学的“双师型”教师缺乏，大多数教师没有参与过大型网络，如GSM网络、TD-SCDMA网络、LTE网络等的实践经验，缺乏对大型网络设备的认识，导致网络实验教学理论与实践的脱离[2]。

3 基于实践能力培养的教改研究

计算机网络不仅是一门理论性很强的课程，同时也是一门实践性很强的课程。学生必须通过大量严格的实验训练才能真正掌握和深入理解网络技术的基本理论和概念，并和实际网络环境结合起来，最终学以致用，掌握基本的网络应用构建和配置。实验教学环节的改革首先需要给学生提供完善的实验条件。在良好的硬件条件下，网络中心开设从物理层到应用层系列实验，包括双绞线的制作、构造对等网络、交换机的配置、VLAN配置、路由器基本配置、Windows环境下的TCP/IP服务的配置与管理、LINUX环境下的TCP/IP服务的配置与管理等。但由于实验环境所限，学生不能做出更多、深层次的实验。基于这种情况，我们在教学中使用了相应仿真软件作为实践能力培养的主要方式。

3.1 NS-2仿真平台

NS-2是一种面向对象的网络仿真器，本质上是一个离散事件模拟器，由UC Berkeley开发而成。它本身有一个虚拟时钟，所有的仿真都由离散事件驱动。NS-2是一种针对网络技术的源代码公开的、免费的软件模拟平台，研究人员使用它可以很容易地进行网络技术的开发，而且发展到今天，它所包含的模块几乎涉及到了网络技术的所有方面。所以，NS成了目前学术界广泛使用的一种网络模拟软件。此外，NS也可作为一种辅助教学的工具，被广泛应用在网络技术的教学方面。因此，目前在学术界和教育界，有大量的人正在使用或试图使用NS。目前NS-2可以用于仿真各种不同的IP网，已经实现的一些仿真有网络传输协议，比如TCP和UDP，业务源流量产生器，比如FTP，Telnet，Web CBR和VBR；路由队列管理机制，比如Droptail，RED和CBQ，路由算法比如AODV、DSDV、DS。用仿真器进行教学灵活、生动、直观。运用NS-2，特别是NAM工具的动画演示可以清楚深刻地向学生演示网络协议的运行过程。通过NS-2进行教学，学生可以直观地看到网络协议的行为，了解各种环境或其他因素对网络的影响，也可以通过对比来演示各种策略的优缺点。

3.2 Sniffer（嗅探）

Sniffer是一个获取网络包、分析包、产生包的软件，Sniffer可以在全部7层协议上进行解码。Sniffer采用类似剥洋葱的方式从最低层开始，一直到第7层，每一层使用不同的颜色加以区别[3]。在计算机网络课程中，分层和协议簇是两个非常重要的概念，同时也非常抽象，在教学过程中充分利用Sniffer分析数据包的解码功能，来帮助学生理解。通过设置抓取一个访问网站的HTTP数据报文，从中可以清楚地看到一个应用报文是如何从应用层到传输层再到网络层接着到链路层逐层进行封装，并且可以看到各层中相应协议规定结构的具体内容，通过这样的演示和实验，使学生可以建立清晰的分层结构模型以及理解各层是如何协同工作的。Sniffer网络分析仪是一个网络故障、性能和安全管理的有力工具，它能够自动地帮助网络专业人员维护网络，查找故障，极大地简化了发现和解决网络问题的过程，广泛适用于Ethernet、Fast Ethernet、Token Ring、Switched LANs、FDDI、X.25、DDN、Frame Relay、ISDN、ATM和Gigabits等网络。endprint

3.3 Boson netsim

Boson netsim是目前操作最接近真实环境的模拟工具。与真实实验相比，使用它省去了我们制作网线连接设备，频繁变换CONSOLE线，不停地往返于设备之间的环节。同时，它的命令也和最新的Cisco的IOS保持一致，它可以模拟出Cisco的中端产品35系列交换机和45系列路由器。它还具备一项非常强大的功能，那就是自定义网络拓扑结构及连接。通过Boson软件，我们可以随意构建网络，PC、交换机、路由器都可被模拟出来，而且它还能模拟出多种连接方式（如PSTN、ISDN、PPP等）。Boson NetSim有两个组成部分：Boson Network Designer（实验拓扑图设计软件）和Boson NetSim（实验环境模拟器）。Boson NetSim安装结束以后，在桌面上会产成两个图标：Boson Network Designer和Boson NetSim。其中Boson Network Designer用来绘制网络拓扑图，Network Designer可让用户构建自己的网络结构或在实验中查看网络拓扑结构。我们就是通过这个组件搭建自己的免费实验室的。Boson NetSim用来进行设备配置练习， 是最重要的组件，用户可以选择网络拓扑结构中不同的路由、交换设备并进行配置，也就是说输入指令、切换设备都是在Control Panel中进行。全部的配置命令均在这个组件中输入。

4 结束语

计算机网络课程的特点决定了该课程在教学活动中必须紧扣实践，而仿真式的实验教学方法正是基于“实践中求真知”的原则展开的。使学生真正掌握和理解理论知识，提高动手能力，实践中取得了较好的效果。然而，计算机网络是一个迅猛发展的学科领域，新的技术和应用层出不穷，在后续的教学实践过程中，我们将关注这些新变化，并不断对课程进行相应的改革创新，达到传授知识、提升实践能力的教学目标。

参考文献：

[1]沈德海.基于NS-2的计算机网络课程教学探索[J].渤海大学学报，2005， （4）：371-372

[2]刘彦保.计算机网络课程教学改革探讨[J].高等理科教育，2001， （3）：80-81

[3]胡晓娅.基于创新能力培养的计算机网络课程教改研究[J].理工高教研究，2008，（4）：116-118endprint