电子信息类专业网络综合实验教学探索

肖湘?邓曙光?杨冰?邓杨保

摘要：分析高校网络实验教学的现状，针对其中的突出问题，对网络综合实验教学过程中的实验内容、教学形式、考核方式三方面进行探索，并构建相应的实验教学平台。此实验教学平台基于网络协议仿真软件和Packet Tracer仿真系统构建，涵盖了网络课程的大部分原理和协议，并且能够将抽象生涩的网络知识以直观、容易理解的方式展现出来。通过网络实验教学的探索和改进可以有效提高学生的学习积极性，提升实验教学效果。

关键词：网络综合实验教学；实验内容；教学形式；考核方式；实验教学平台

作者简介：肖湘（1986-），女，湖南益阳人，湖南城市学院通信与电子工程学院，助教。（湖南 益阳 413000）

基金项目：本文系湖南城市学院校级教改项目（项目批准号：湘城院发[2013]44号序号29）的研究成果。

中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）09-0123-02

一、网络实验的现状

由于网络技术的迅速发展，社会对电子信息类专业学生的网络工程技术要求越来越高。如何以市场为导向，形成完善的网络综合实验教学体系，使网络实验教学适应时代的要求培养实践型人才和创新人才，这成为了国内外高等院校一直探索的课题。目前，国内外各大学都在积极探索网络实验教学的新模式。但是，还有相当多的学校实验资金投入不足，师资不足或者教学管理跟不上，导致网络实验教学质量上不去。[1]总体看来，网络教学实验尚处于探索阶段，实验效果不尽如人意，普遍存在以下问题：

1.实验内容以验证性实验为主，缺乏实用性和创新性

一直以来，网络实验主要是验证性实验，实验内容主要为IP地址设定，一些基本网络监测指令的操作，简单的网络协议数据的传输和捕获，缺少设计性实验和创新型实验。

2.实验教学采用单一的“演示式”教学方式，缺乏启发性

目前的网络实验多采用“演示式”教学方式，即学生照着老师的演示进行同样的操作。这样的教学方式没有给学生思考和设计的空间，不能发挥学生的主观能动性，调动不了学生的积极性。

3.实验教学评价难以全面体现学生的能力，缺乏激励性

傳统的实验教学评价方式主要是观察实验内容的完成情况、查看实验结果的正确性和检查统一模式的实验报告，这样只能在一定程度上检测出学生对理论知识的掌握情况，无法真实反映出学生的实验操作和理性思维能力，无法激励学生达到实验教学目标。[2]

二、网络综合实验教学方法的探索与实践

1.阶梯式的实验内容使学生对知识先巩固后深入

针对目前网络教学的情况以及学生基础的差异性现状，建立科学的网络综合实验教学体系，将网络实验划分为基础型实验、故障处理型和设计型三个层次，实现学生知识体系、实践能力、创新设计三方面的提高。第一个层次主要用于帮助学生理解网络协议、巩固所学的理论知识；第二个层次注重于加强处理网络故障的实践能力；第三个层次注重于强化学生的网络方案的设计能力、创新能力。[3]

2.采用多形式教学的结合，培养学生的学习兴趣和创新能力

改变以往“灌输式”和“演示式”的传统教学方式，采用“启发式”、“自学式”与“讨论式”相结合的教学方式更有利于培养学生的科学思维方式和创新能力。

（1）在实验课程的开始环节实行“启发式”教学方式，主要介绍实验室主要仪器设备、实验要点、实验涉及的相关知识和新技术及验证型、设计型和创造型的特点和入门方法。

（2）在实验动手操作环节实行“自学式”教学方式。实验指导老师必须积极启发学生充分自学和利用设备说明书与实验指导书等参考资料，积极引导学生充分利用实验室提供的网络资源。

（3）在实验后阶段采用“讨论式”教学方式。同学们相互交流实验工程中遇到的难题以及解决的方法。

3.改革实验考核方式，加强实验报告写作训练

传统的实验考核方式无法真实体现学生的实际动手能力和思维能力，不利于激发学生的学习热情和培养创新能力。要加大实验过程中对学生的考核力度，把实验过程中学生发现问题、分析并解决问题的能力计入总分，这样更有利于激发学生的创新意识和学习热情，达到培养学生全面思考和创新能力的目的。

改变传统的实验报告书写形式，通过实验报告的书写达到培养学生写作能力、分析能力、总结能力的目的。

三、网络综合实验教学平台的构建

网络课程涉及大量的网络协议和设备，在资金和网络条件都受到限制的现状下，学校很难构建大规模的实验平台。所以，如何利用现有资源构建满足教学需要的虚拟仿真教学平台是相关教育工作者的当务之急。

1.网络协议仿真软件

现在，不少高校已经构建基于网络协议仿真软件的网络实验平台。网络协议仿真软件主要由主控中心平台、数据采集器、仿真编辑器和协议分析器四个部分组成。软件能够仿真各种网络协议的数据包进行编辑和发送，并捕获和分析它们，还可以提供多种网络工具，灵活地仿真多种网络行为。[4]

（1）网络协议仿真实验实例。下面以IP协议和本主机实时操作实验为例简单介绍网络协议仿真软件的基本操作和功能。

利用仿真编辑器新建多个IP数据包，设置好相应的IP协议头信息后进行发送。在系统的监控端就可以进行数据包的捕获，并且有详细的标志记录。如图所示：

通过实例可以很清晰地发现，基于网络协议仿真软件的网络实验平台能够使学生清楚地理解和掌握网络的内部结构与协议，通过编辑各种协议的数据包深入学习网络的内部原理，还可以通过深入实验很好地辅助网络编程的调试，可以完成本文阶梯型实验体系的基础型实验内容。

但是上文中介绍的网络协议仿真软件系统没有提供交换机、路由器等通信设备和各种传输介质的模拟仿真，无法进行网络拓扑结构的设计，不能灵活地设置网络模拟环境，实现不了本文阶梯型实验体系的故障处理型和设计型实验。因此，网络实验平台还必须引入Packet Tracer仿真实验系统才能构建基本涵盖网络实验教学内容、符合教学目的的实验平台，更好地培养学生的操作能力和创新能力，提升实验教学效果。

2.Packet Tracer的网络仿真实验系统

Packet Tracer是由Cisco公司开发的一款网络模拟器，是可以用来设计、配置和排除网络故障的模拟仿真软件。相比网络协议仿真软件，Packet Tracer具有以下两个最主要的优势：

一是具有真实的操作界面。Packet Tracer的用户界面采用全新的直观动感图形化计，软件中提供各种型号的通信设备和传输介质，学生可以自主地设计和拓展网络结构，进行仿真实验，所有的实验操作和整个的网络模拟环境跟真实情况几乎一样。

二是灵活配置、易于扩展。学生只需通过鼠标点击就可以轻松地将Packet Tracer模拟器提供的丰富的网络构件（包括各种型号的主机、无线AP、交换机、路由器等等）添加到设计的网络中，灵活方便地对配置进行更新，网络进行扩展。

Packet Tracer仿真实验实例。利用Packet Tracer仿真模拟系统可以构建各种的虚拟网络环境，完成不同类型的网络实验。如：静态路由和默认路由的设置；OSPF路由进程的启动以及相关信息的查看和调试；不同VLAN间计算机通信方法的实现；IPV6静态路由与默认路由的配置和调试。

通过例子来直观介绍的基本功能，如图所示：首先在软件的工作區域绘制设计的网络实验拓扑结构图；对设备进行参数设置；配置设备后对其进行连通性测试；如果不能全部连通，则进行故障的查找和排除。

可以发现，利用Packet Tracer仿真系统应用到网络实验中能够弥补网络协议仿真系统的不足，真实模拟网络场景，将抽象生涩的网络知识以直观、容易理解的方式展现出来。学生可以设计和绘制网络拓扑图进行网络的构建和维护，从而使得他们对网络设备的配置、网络的构建、网络协议的应用从感性的认识上升到系统的理性认识。

构建基于网络协议仿真软件和Packet Tracer仿真系统的网络综合实验教学平台可以实现各种协议仿真、通信过程仿真、网络拓扑仿真等过程。该实验教学平台基本仿真了网络课程中的大部分理论知识，而且可以仿真网络的最新技术和进展。学生使用该实验平台很大程度地促进了理论知识的消化，提高了学习兴趣，增强了实验教学效果。[5]

四、结论

本文分析和研究了国内外高校网络实验教学现状，积极探索有利于培养学生实践能力和思维能力的有效教学途径。通过对网络综合实验课程实验平台、实验内容、教学方式、评价体系等方面的探索和改革不仅帮助学生更加深入地理解、验证和巩固网络的基本概念和原理，更注重于充分发挥学生的主观能动性，培养其动手能力、创新能力和科研能力，从而实现高等院校培养适应社会发展需求的“厚基础、宽口径”电子信息类创新性人才的目标。

参考文献：

[1]张少中，杨亚萍，张增年，等.培养应用型人才的电子信息类实验教学体系[J].实验室研究与探索，2006，25（8）：971-974.

[2]徐 成，李仁发，曾娟丽，等.计算机与电子类专业自主实验教学模式研究[J].计算机教育，2011，17，（5）：77-80.

[3]夏建川，张秀娟，方芸.计算机实践教学改革探讨[J].高教论坛，2009，11（2）：78-80.

[4]陈建，徐海军，徐煊.计算机网络协议分析与开发实验的一种新教学方法[J].计算机教育，2011，10（5）.

[5]蔡群英，黄镇建.搭建网络实验环境的探索与实践[J].计算机与数字工程，2009，37（6）：195-197.

（责任编辑：王祝萍）