高职计算机网络课程实验教学改革探究

余　宏，胡晓蓉，李德鑫

（南昌师范高等专科学校信息科学系,南昌330013）



高职计算机网络课程实验教学改革探究

余宏，胡晓蓉，李德鑫

（南昌师范高等专科学校信息科学系,南昌330013）

摘要：基于当前高校计算机网络实验教学中存在的问题，通过构建网络硬件设备与虚拟软件相结合的实验教学环境、任务驱动式教学方法的应用及多样化的实验任务类型设计三个方面进行计算机网络实验教学改革创新。实践表明，该教学方式教学效果良好，学生的动手实践能力和对网络相关课程的学习兴趣得到提升。

关键词：实验教学；计算机网络；实验环境；任务驱动教学

0　引言

《计算机网络》是计算机相关专业的一门重要专业课，其内容涵盖了网络的基本概念、网络体系结构、网络协议工作原理以及网络应用等相关知识。大部分《计算机网络》教材都是以网络参考模型作为主线进行叙述，内容比较抽象，如果采用纯理论教学，学生大多感觉难理解，学习兴趣不高。《计算机网络》实验教学作为教学体系中一重要的教学环节，能够将抽象的网络理论、原理通过实验设备和实验手段进行直观化，便于学生的理解，而且学生的动手实践能力也在实验探究过程中得到了锻炼。为了改善《计算机网络》课程实验教学的效果，本文从高职院校人才培养目标和课程特点出发，对计算机网络实验教学的改革进行了有益的探索。

1　《计算机网络》课程实验教学存在的问题

《计算机网络》课程中的网络原理比较抽象、难理解，同时它又是一门应用性、实践性要求较高的学科，因此，计算机网络实验教学一直受到各个高校的重点关注，有少数高校将该门课程的实验教学列为一门独立的课程，而大部分学校则是将其作为《计算机网络》课程内教学的一部分。然而，由于各方面的原因，实验教学效果难于达到课程的预设目标。究其原因，主要有以下问题：

（1）实验环境的限制

目前，国内一些重点大学资金相对雄厚，建有大规模设备完善的网络实验室，并且设置有开放性实验室，学生按需预定实验时间，并配有专业的实验老师进行指导，但是国内还有相当多的学校由于经费和人力物力等方面原因，实验室的规模比较小，设备的数量有限，难以满足实验教学需求，特别对一些实践性、综合性较强的实验难以开展，从而在一定程度上影响了教学的效果。

（2）重理论、轻实践，实验内容不系统

对《计算机网络》课程，大部分教师依据教材的安排，以网络参考模型作为主线进行网络原理的讲授，对原理的应用涉及较少，学生听起来感觉比较抽象。即使上课有实验内容，也大多是由教师进行实验演示，用以辅助教师系统地向学生传授理论知识，且由于缺乏统一的优秀实验指导教材，造成实验内容不系统，随意性大。另外，计算机网络实验对实验环境要求较高，特别对一些较复杂的实验，往往可能因为实验环境的某一个隐性条件未符合要求，导致预先计划开展的实验一堂课下来都难以得到实验结果,进而影响学生实验的积极性；而且由于影响到教学进度，致使教师进行实验教学的意念降低。但这种重理论、轻实验的教学方式不利于学生动手能力的培养，与高职高专的人才培养目标不一致。

（3）实验形式比较单一

由于受实验课时的限制，大部分学校的网络实验课会选择一些难度小、易实现的实验让学生进行训练，而对一些较复杂、难度较大的综合型实验则很少涉及。而且在实验过程中，学生们一般都是按教师事先设定好的实验方法和步骤进行实验，进而获得实验结果，撰写实验报告。学生只是被动地实验，缺乏独立思考，很难培养其实践探究和创新能力。

2　实验教学改革探究

本文将从计算机网络实验环境的构建、实验教学方法的改进及实验内容的优化等方面进行改革和探究。

2.1实验环境的构建

在网络硬件设备上进行实验可以极大的锻炼到学生的动手能力，但容易忽视对理论知识的深入理解，特别是一些实验项目也无法靠硬件设备实现，例如网络协议分析等。另外，单纯硬件的实验教学方式还受实验设备数量和实验时间等因素的限制；相反，虚拟软件的仿真实验平台不受时间和空间的限制，学生可以自主安排实验时间，有利于调动学生的积极性，培养学生的兴趣。因此，采用网络硬件设备与虚拟软件相结合的实验教学环境是一种较好的选择，两者能够互为补充。

南昌师范高等专科学校有网络通信实验室和综合布线实验室两个网络硬件实验室，其中网络通信实验室包含五组锐捷网络设备，共15台交换机和15台路由器及30台PC；在该实验室主要安排常用的网络命令练习，交换机、路由基本操作等方面的实验；而综合布线实验室主要承担双绞线制作、工程布线方面的实训任务。在虚拟软件的实验环境方面，主要采用Wireshark软件和Packet Tracer网络仿真软件分别进行网络协议分析和网络设计方面的实验。Wireshark是一款典型的数据包嗅探和分析的软件，通过从网络上抓包分析，可以得到相应的协议数据包的信息，如源IP地址、目的IP地址、源端口、目的端口、数据包的长度等，通过这类实验，学生对网络协议的报文格式会有更直观的认识和更深入的理解。Packet Tracer是由Cisco公司发布的一个辅助学习工具软件，能模拟各类网络设备的命令行界面，可以利用它学习Cisco IOS的配置方法；另外，Packet Tracer还可以较直观地呈现出数据包在网络传输过程中的处理过程，有助于锻炼学生的网络故障排查能力。

2.2实验教学方法的改革

传统的实验教学通常按照“概念-原理-实验”的方式来组织教学，即先由教师讲授理论知识和示范操作步骤，再由学生进行模仿操作。在这种教学模式下，学生是在被动地实验，难以体会到实验探究的乐趣。为了切实提高实验教学的效果，采用“任务-原理-实验”的任务驱动式教学法。与传统的教学方法相比，任务驱动教学法以学生为中心，有利于调动学生学习的积极性；以完成任务为主线，更加有利于学生明确自己的实验目标；以学生实验探究为主，有利于培养学生解决实际问题的能力。

“任务-原理-实验”的任务驱动式教学法在实施的时候分为以下三个步骤：任务设计、任务实施、任务评价。

（1）任务设计。教师在选择和设计实验任务时，应以教学目标为引领，以课程的知识模块为基础,不仅要体现对网络技术要点的考查，而且应充分体现实验内容的现实应用性特点，以激发学生的实践兴趣。另外，教师在设计项目任务时应充分考虑学生的认知水平和实验能力，把握任务的难易程度，如果任务难度过高，学生难以完成，会影响到学生实验探究的积极性。

（2）任务实施。教师设计出符合学情和教学要求的实验任务后，将实验任务布置给学生，然后由学生独立或是通过分组协作的方式进行任务的实施。在这一阶段，要充分体现学生的主体性，教师只是起引导作用。教师在布置任务时，提出实验要求，介绍并分析任务中考查的网络相关技术原理及方法，学生通过教师讲解内容，自己完成相应实验任务。学生在任务实施过程中如果遇到难题解决不了时，教师要给予引导和示范；同时，教师要跟踪学生实施任务的进展情况，如果发现大部分学生进展不下去，可以考虑调整实验方案。在任务实施的过程中主要是以学生为主体，让学生在进行实验探究的过程中锻炼动手实践能力和解决实际问题的能力。

（3）任务评价。学生完成实验任务后，教师可以通过检查学生填写的任务书来检查学生的完成情况，然后对学生完成任务的情况进行一个综合性的评估，同时给出学生的考核成绩，并对学生存在的普遍问题，未发现的问题及实际应用作综合性的讲解，这对于学生的知识水平及实践技能的提升都有重要作用。

2.3实验教学内容的优化

基于虚实结合的实验环境和课上与课下结合的实验方式，必须结合高职人才培养目标与课程教学要求，对实验任务进行创新设计以配套实验教学的开展。在对实验任务进行设计时必须以建立知识体系为目标，充分体现以学生为主体、以能力培养为中心、注重理论与实践的结合。在实验教学内容的选择上必须覆盖OSI参考模型各个层次的关键的技术原理或重要协议；实验任务的设计要有层次性，实验难度要难易结合；实验任务的设计类型应当多样化。根据实验内容和难易程度，将实验类型分为基础验证型实验、设计型实验和综合型实验。具体实验设计如下：

（1）基础验证型实验。通过基础性的实验来验证计算机网络的基本原理，并适当增加一些实用的网络知识，提升学生学习兴趣的同时巩固理论基础。主要内容包括：①直通双绞线和交叉双绞线的制作；②常用的网络命令练习及协议分析，要求学生掌握常用的网络命令的使用，如ping、ipconfig、arp、route、tracert、netstat等，并要求在运行命令之前，开启Wireshark捕获ICMP等报文并进行分析。③Web应用及协议分析。实验主要是从捕获的报文中选取HTTP报文，分析其中的DNS过程以及TCP 3次握手的连接过程和TCP 4次握手的关闭过程。针对某个Web应用，学生能看到OSI参考模型中上至应用层协议（HTTP），下至数据链路层协议的相关信息，通过分析后，学生对常见的网络通信的具体实现过程能有更深的理解。④Web、FTP、DNS、DHCP服务器的配置与使用。

（2）设计型实验。通过设计型实验加强学生对重要网络原理和技术的理解，提高学生的实践能力。设计型实验分为必做部分和选做部分，必做实验为：①交换机的配置以及VLAN划分；②路由器的配置以及静态路由和动态路由实验。③广域网PPP协议配置。选做实验为：①ACL访问控制列表设计与应用实验；②NAT网络地址转换设计与应用应用；③Winsock编程实现基本的TCP/IP客户端/服务器模型，该实验要求每个学生将自己的计算机和邻座的计算机分别作为服务器和客户机，通过Socket编程实现两台计算机通信，使学生对网络通信实质有切身理解。

（3）综合型实验。综合型实验着重考查学生对相关知识的融会贯通，通过设计合理的实验内容强化知识间的联系，提升学生网络实际应用的能力，使学生的综合素质得到提高。例如根据用户需求，搭建一个功能完备的校园网络。

3　实验教学改革的实施效果

南昌师范高等专科学校的计算机网络实验教学，在实验环境的构建、实验教学方法和实验任务设计上进行了部分的创新实践，取得了较好的效果。实验任务涵盖了课程中几乎所有的重要网络技术原理，通过这些任务驱动式的实验项目的训练，增强了学生对网络原理的理解，培养了学生的动手实践能力和解决问题的能力。

通过后期对学生进行跟踪和调查发现，学生学习计算机网络后续相关课程的积极性明显提高，学生在计算机网络相关领域的就业能力增强。但由于受实验课时等因素的制约，个别实验项目的实验效果还有待提高。

参考文献：

[1]罗逸甫,任务驱动教学法在高校计算机网络实验教学中的运用.信息与电脑(理论版)[J],2013(3).

[2]李玉军,侯孟书,邢建川,《计算机网络》实验教学改革初步探讨.实验科学与技术[J],2011,8.

[3]林元乖,项目驱动法在计算机网络实验教学中的应用，实验科学与技术[J]，2011,8.

[4]王亚丽,张俊娜,应用型《计算机网络》课程实验教学改革研究.现代计算机(专业版) [J], 2012,7.

余宏（1977-），男，硕士，讲师，研究方向：数据挖掘、数字媒体技术。

胡晓蓉（1961-），男，江西南昌人，本科，副教授，研究方向为软件技术

李德鑫（1959-），男，江西南昌人，本科，副教授，研究方向为网络技术

Research on the Experimental Teaching for Computer Network

YU Hong，HU Xiao-rong，LI De-xin
(Department of Information Science，Nanchang Teachers' College，Nanchang 330103)

Abstract：On the analysis of the problems which exist currently in the experimental teaching for computer network, introduces the reform measures for experimental teaching for computer network subject, which includes constructing a experimental teaching environment combining network equipment and virtue software, applying task-driving teaching method to experimental teaching and designing the types of experiment task. The practice shows that the experimental teaching mode is very effective, which can help the students to further improve the ability of professional practice and the interest of learning courses related with computer network.

Keywords：Experimental Teaching; Computer Network; Experimental Environment; Task-Driving Teaching Method

收稿日期：2015-12-22修稿日期：2016-03-15

作者简介：

文章编号：1007-1423（2016）09-0041-04

DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.09.010

基金项目：南昌师范高等专科学校教改项目（No.JG-201305）