“计算机网络技术”课程实验教学分析与设计

林德强

摘 要 “计算机网络技术”是计算机应用专业的必修课程之一，是一门理论性很强的课程。传统的教学方法大多以理论为主，不益于激发学生兴趣。本文讨论了网络实验室建设、实验内容设计等方面。通过角色扮演让学生真正融入到实验教学中，调动学生主动性，提升教学效果。

关键词 网络实验室 RCMS控制服务器 项目式实验

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.02.044

随着社会信息化的发展，计算机网络给我们的生活、学习、工作带来了翻天覆地的变化。而“计算机网络技术”作为高校计算机应用专业的一门核心课程，是其他计算机专业课程的基础，对于计算机专业学生的后续课程起着至关重要的作用。

1 计算机网络技术实验教学的意义及现状

1.1 计算机网络技术实验教学的意义

计算机网络课程中涉及了大量的概念、定义和协议等，而这些内容大都运行于计算机和网络设备内部，非常抽象、空洞，仅仅通过理论教学很难让学生理解和掌握。计算机网络课程的教学有一定的难度，主要体现在以下几个方面：（1）课程理论性较强，涉及的知识点抽象，不易理解，如网络各层协议。（2）传统的实验教学模式以传输理论为主，这样的课堂必将依托老师为中心，极大地限制了学生的独立思考和创新能力。（3）计算机网络技术发展非常迅速，如何能紧跟技术发展，保障教学内容不过时，也是一个重要问题。

实验教学环节让学生将理论联系实际的最好途径。例如通过协议分析软件（如sniffer）捕获网络传输数据，对数据报文进行分析，让学生更直观地理解协议的构成和网络数据的本质。再者实验环节也是最能激发学生兴趣，通过不同的线缆、将不同的设备连接起来，学生通过相应配置实现设备的互联互通。学生容易取得成就感，调动积极性。因此，优秀的实验教学设计对于学生学好本门课程，建立信心有着至关重要的作用。

1.2 计算机网络技术实验教学现状

（1）缺乏配套的网络实验室。网络实验室是开展实验教学的场所，其配套的软硬件资源是实验环节的根本，但由于网络相关的设备资源购置成本高（如路由器、防火墙等），有些高校的教学长期徘徊在课堂讲授和书本上，教学效果很不理想。

（2）实验内容设计不科学。各高校因师资、硬软件设施等差异，造成实验内容差异大，部分高校的实验教学仅是照本宣科，教学形式单一呈现为课堂讲授，使得学生缺乏实践机会。有些高校以书本理论为基础开展实验，各知识章节实验独立，缺乏联系，不利于学生综合应用能力的培养。

2 网络实验室设计

网络实验室是开展实验教学的根本，网络实验室的建设可根据经费投入分两种方式计划。

2.1 以软件模拟为主

目前计算机房是高校的基本配置，可以在机房环境上部署各类网络模拟软件，如Cisco Packet Tracer、net bison、sniffer、Ethereal、Tcpdump等，通过软件模拟实验环境，再配以HUB、交换、路由等低成本设备作为互联示意，完成实验教学。可以开展的实验有各类交换、路由技术、以太网帧的构成、ARP协议及数据包构成、IP控制管理协议、TCP、UDP协议及通讯原理、SNMP协议与网络管理和应用层协议等。

其优点是投入成本低，无需购买昂贵的专业设备，以软件为主，省去了反复连接线缆的步骤，可以灵活的开展实验，不受时间地域限制，学生上手快。缺点是简单设备作为互联示意，缺乏通用性，学生无法通过实验掌握复杂网络的物理拓扑，无法形成对真实网络环境的直观理解。

2.2 以真实设备为主

如果在经费条件允许的情况下，购买专业的网络设备，通过实际设备锻炼学生的动手实践能力，达到学习的最佳效果。

其中实验室内部按照功能可分为教学区，学生操作区、设备互联区、应用服务部署区四个区域。教学区开展实验教学活动，进行现场演示；学生操作区完成线缆制作、测试、设备调试等；设备互联区完成设备的互联互通，集中管理；各类应用服务器调试完毕后，集中部署区于应用服务部署区，类似于真实网络中的DMZ区域，与真实环境对应，便于后续实验中网络策略的调试与部署。

设备互联区可通过RCMS控制服务器方式进行管理，RCMS是一款专门针对网络实验室而开发的控制和管理服务器，它能统一管理和控制实验台上的多台网络设备，无需拔插网络设备上的console线，便可以实现同时管理和控制多台网络设备。其本质是在一台主设备的异步接口通过CAB-OCTAL-ASYNC电缆连接其他实验设备console接口，通过远程方访问主设备对其他实验设备进行集中管理和调试。

各实验设备之间可以通过路由器的串行接口（Serial）、以太网口（Ethernet）进行多链路互联，实现全毗邻关系。在实验时通过配置对应接口和线路在逻辑上实现互联关系，完成组网。避免了重复插拔线缆的工作，同时也避免的设备接口的损耗。图1为北京联合大学文理学院网络实验室的设备互联拓扑。

其中RCMS控制服务器中主设备的关键配置如下：

RCMS控制服务器可以设定多种登陆权限，保护设备的安全性。如，RCMS使用二级密码机制，实验室管理员使用level 15的密码，可以执行所有的指令。而学生使用level 14的密码，不能执行delete、rename、format、copy等可以对路由器的操作系统造成破坏的敏感指令。RCMS还提供“一键清”功能，在教师管理用机上简单一个命令，就可以统一清除实验台上所有网络设备的配置，方便学生多次实验。

以硬件为主的建设方式初期投入高，后期为保证与主流技术同步，可定期更新设备板卡、模块和线缆，并且及时升级设备IOS。由于学生可以通过实物开展实验，对网络设备、环境、配置方式和拓扑结构等都有直观的理解，再配以科学的实验内容，可以取得很好的教学效果。

3 实验教学内容设计

实验环境是基础，实验内容是灵魂。好的实验内容设计应联系实际，以应用为主导，学以致用。实验内容可分为两类：基础式实验和项目式实验。

3.1 基础式实验

可按网络层次划分，包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层等。其中各层次的实验有包括多个。如数据链路层实验包括交换协议分析、生成树应用与配置、VLAN应用与配置、PPP应用与配置等。

各层次实验可划分模块，在每个知识章节完毕后进行练习。并且结合不同章节知识点，联系实际应用把各个单独的模块自由组合，教师给出实际需求，让学生自主设计组合完成。如链路层实验模块有生成树STP、虚拟专网VALN以太网通道和PPP链路捆绑等。通过理论结合实际网络环境可以给出基于数据链路层的网络备份方案设计，让学生自主选择技术并实现。设计方案可以是MSTP+VLAN技术、EthernetChannel+VLAN或PPP链路捆绑等多种组合。通过模块化的方式拓展了实验的灵活性，以学生为主导，培养学生自主创新的意识和能力。

3.2 项目式实验

凯兹博士提出了以学生为本的教学方法——项目式教学模式，主要的教学方式是以学生为主，教师为辅指导学生完成项目学习过程，让学生自主完成教学内容。学生有组织地、有计划地自我安排学习行为，处理解决项目困难和问题。这种学习方式极大地调动了学生的学习能动性和积极性，提升了学习兴趣。项目化学习模式也成为以学生为主教学方式的典型性范例。项目式实验教学方法被认为是计算机学科教育中非常有效的方法，该方法的特点包括：（1）具有系统性、整体性和相互关联的特点。（2）与现实生活或工程实际紧密相关。（3）融合了问题教学法和探究教学法，老师设计项目，学生在完成项目的过程中，发现问题、探索问题并最终解决问题。

结合计算机网络项目，可将项目式实验分为四个阶段：需求、设计、实施、维护与测试。

项目内容结合书本教授的进度，以周期性方式开展。如某企业建业最初的网络设计，随着企业业务发展的不同阶段对网络的需求，逐步从将知识点引入。每个周期的网络设计与实施都要经历需求、设计、实施、维护与测试这四个阶段。保证在熟悉原有知识点的同时，逐步的将新章节的知识点引入到实际应用之中。同时还可将学生分组，每组负责一个周期不同阶段的内容。在不同周期每组轮换，这样及练习了学生的团队协调能力，又照顾到各组学生都能对每个阶段的知识点的掌握。根据课程进度，模拟出4个项目场景，具体内容见表1。

在实验过程中应发挥学生学习的主体地位，从方案设计到设备选型和技术实现，由学生自主讨论、设计和实验。老师的角色一方面是客户，对设计的网络提出要求，对学生设计方案进行讲评；另一方面为学生提供技术支持，引导学生将理论应用到实际中。

4 实验效果评价

实验教学的结果评定应贯穿整个实验过程，应根据每个学生的分工，每组学生负责的任务综合评定。另外，在实验过程中应关注学生的写作能力、沟通能力、思维能力、分析解决问题能力、团队协调能力、创新能力和总结能力，注重学生的能力培养。在实验过程中教师要全程参与，从辅助的角度引导学生，让学生在团队协作的氛围中发现问题、解决问题并最终体会到项目成功带来的喜悦感和成就感。

5 结语

中国有句古话：“授人以鱼，不如授人以渔”，综合性实验和设计性实验是培养学生理论联系实际的重要途径，并能为学生主动学习、团队协作和全面发展提供空间。另外，项目内容的设计也是至关重要的，要做到符合实际需求，贴合学生层次，突出课程重点知识。

参考文献

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