浅析现代教育技术在计算机网络实验教学中的应用

山东协和学院 刘莉

实验教学是高等教育的重要环节，是培养学生创新精神，发现问题并解决问题，提高创新能力，进行传统教学模式改革的重要途径。伴随着全国信息化建设大潮，数字校园建设也得以稳步推进：以计算机、多媒体、人工智能、虚拟现实、模拟仿真技术为主基调的现代教育模式得以提速并实现跨越式发展，如何将这种现代教育模式完全融入实验教学之中成为促进素质教育深入发展的关键环节。

计算机网络专业中有关交换机和路由器的实验是配合《计算机网络基础》、《数据通信与计算机网络》、《交换与路由技术》等课程教学而专门开设的实验课程，实验内容的选取是现在计算机网络领域比较有代表性的专题科目，实验的目的就是更好地理解教材中“网络组件”、“数据包在各层的流动”，“路由”、“交换”等网络经典概念的含义。我校计算机科学与技术、网络工程、物联网工程、电子信息工程等专业都开设了这几门专业核心课程。计算机网络课程的教学任务通俗讲就是使得学生拥有计算机网络中IP地址整体规划能力，熟练掌握交换机、路由器的配置方法，针对用户的各种需求整合配置相关的网络设备。学生通过计算机网络课程的学习可以进一步认识和理解计算机相关体系结构，并针对华为、思科等国内外大型网络设备商的产品应用案例进行学习，提高学生在网络从业范畴的动手能力，促进就业率的提升。

一、高校计算机实验教学现状

近年来，随着我国教育事业迅速提升，各高校的招生规模不断扩大，大学里面学生的保有量日趋增大，院校缓慢充实的硬件资源与快速扩招的生源相形成强烈的反差和不对等，而硬件资源中最明显的短板就是高校实验环节：僧多粥少是最典型的写照，几个人才分得一台机子做实验。即使是这样的情况，还存在设备型号老化、软硬件方面的配置不够合理等现象存在，从而严重阻碍学生动手能力的提升，对教材中理论观点的认知程度也因为学生无法“亲自上手”验证观点而大打折扣，无法满足教学所需，具体存在的问题如下：

1.出于使用安全和方便维护，很多学校实验PC的BIOS 都设置了密码，硬盘也有相对应的保护卡，操作系统屏蔽了控制面板等系统组件，学生在实验课上根本无法进行BIOS 的设置以及对OS系统组件和应用软件的安装调试。

2.由于上机课会经常做一些比如磁盘分区、逻辑格式化、安装操作系统等类型的试验，理论上来讲，会在一定程度上对硬件设备折旧或损耗。因此，很多授课教师为了规避这种状况，类似实验课基本上都采用 “纯口述”方式的课堂教学。

3. 高校当前机房建设规划及试验设备采购步伐相比生源的“爆炸增长”严重脱节，无法满足学生实验课时的实际所需，不能进行相应计算机网络实验。

4.实验环境相关物理条件欠缺，导致很多系统实验（各种类型操作系统的安装）和网络安全实验（网络设备攻防安全策略及数据抓包分析）无法正常演练，这样一来学生只能在课堂上获取干瘪的理论知识，或者是仅仅尝试一些入门操作，网络知识学习效果大打折扣，动手能力就更不必说。针对以上存在的这些问题、参照当前IT发展的形势，完全可以将多媒体技术和计算机虚拟化技术应用在实验教学过程中，在实际硬件资源严重不足的情况下确保实验教学工作保质（实验效果）保量（实验课时）正常开展。

二、利用多媒体课件专业制作平台丰富和增强教材实验科目实操阶段的教学手段

依据计算机网络课程设计，主讲教师将当堂实验课制作成课件后提前加载到“超星学习通”应用平台中，这样隶属于该教师平台账号下的学生用户在正式实验课之前即可以通过课件观摩相关实验内容：包含音视频素材的课件可“声图并茂”地呈现出实验目的、实验仪器的全方位功效及使用介绍，同时还提供仪器各细节的高清图片，接着短视频讲解各个实验环节的操作步骤。各步骤间会留有长短不一的时间间隔，便于学生理解吃透课件中传递出的理论要点。当然了，根据实际情况，我们亦可边看多媒体课件边“同步上手”，真实操作。课件不仅动（视频）静（图片）结合，更有授课老师娓娓道来的旁白，可谓生动形象地展示了各实验操作步骤要领。

在实验课正式讲授过程中，为统一学生实验进度，可要求学生在实验之前依据老师加载在“超星学习通”中的课件为参照标准，提前熟练掌握课件中的实验步骤，切实领会各步骤要验证的试验观点。当学生在真正的“物理实验”过程中遇到的问题上报后，授课老师可以借助平台工具，通过分析抽取学生共性问题进行有针对性集中讲解，避免实验过程中因个人操作不当等非实验故障因素而拖累整个实验课进度的情况出现。

三、将虚拟化技术应用在计算机网络实验中

由于计算机网络实验有时规模较大，搭建实验环境需要用到的设备较多，如PC及相应单机操作系统、服务器及相应服务器操作系统、单片机、交换机、路由器、防火墙等，相应地就需要匹配面积较大的实验室，高校实际的机房实验环境以及硬件设施都很难满足网络实验课要求，大大降低了学习效率，即使勉强做通网络实验，效果也不会太好。而虚拟化技术则可以有效解决实验室硬件条件不达标的难题，将为数不多的物理实验设备进行多次完整克隆，满足多人同时进行实验操作。在搭建的虚拟环境中，学生可以通过一台电脑的虚拟系统,身临其境地完成多个不同的网络实验任务，不仅为学生完成多个实验增加了上手操作的机会，培养了学生的动手能力，对高校管理部门而言，也有效提高了有限硬件设备的综合利用率，大大缓解校方教育硬件设施严重不足的窘迫局面，达到学生和学校双赢的目的。

另外，在实验教学中涉及交换机、路由器、防火墙的调试配置问题，可引入一些实用性和针对性较强的模拟软件，最典型的就是思科的PacketTracer、GNS3，华为的eNSP， 尤其是GNS3这款应用软件,甚至可以灌入网络设备的IOS来逼真模拟网络设备的配置过程，学生在GNS3环境下得到的使用体验完全可以媲美真实的网络设备。不但能够为学校节约大量的建设网络实验室的成本，还能够提高学生的学习能力和动手能力，可谓一举多得。比如，“计算机网络”实验教学的过程中， VLAN 划分、跨VLAN间通讯及相关交换机配置的实验时，因为该实验不但要有二层交换机，还需要三层交换机或路由器等三层设备的支持才能展开实验，所以学生参与实验学习的整体成本十分昂贵，出于资金压力，高校也无法为学生配置人手一套的实验设备硬件。此种情形，通过虚拟化技术，在各虚拟主机中运行网络设备模拟软件，搭建相应网络案例拓扑并进行各组件的相关命令配置，从而完成交换机仿真配置实验顺利展开。

除此之外，学生动手能力层次不齐，有的不能在课上按时完成实验任务，有的是实验没有达到预期目标，这种情况在实际的物理实验条件下很难进行处理，因为实验室无法给你保留实验进度或配置现场，但在虚拟环境中这种情况根本不是问题，因为虚拟系统只是主系统中的一个文件，每个人都有属于自己的文件，根据自己的意愿随意使用和管理，相互之间不会造成任何干扰，上次实验结果在下次上课的时候会完整保存下来，学生完全可以继续实验，无需重头再来。这样一来，学生实验课程进度不一的问题就可以迎刃而解了。

对于虚拟环境中实施的一系列操作，其实和现实系统是一样的，包括命令执行后的系统的回馈、命令输入错误提示、实验案例的最终运行效果等。对于实验室硬件设施这方面，高校无需投入过多的资金，便可以对原有的网络实验室设备进行更新和改进，为学生打造一个良好、实用的实验环境，避免由于网络设备短缺或实验室面积不足而对学生的实验效果造成不良影响，也不会额外增加设备的养护和维修费用。同时虚拟化技术的合理使用，可以让学生在一台物理电脑上进行多项网络安全实验，在安装调试这些应用平台的过程中，学生可以充分掌握不同工具的不同使用方法，将理论知识更好的应用到实践当中，激发学习热情的同时保证了较高的学习效率。

四、结束语

综上所述，眼下诸多高校受限于资金压力，计算机网络实验教学存在很多问题：有的是设备数量不足，有的是设备种类不全、还有的就是设备的配置参数已经远远低于当下的要求，凡此种种，严重影响了教学质量。而将现代化教育技术（高清画面结合音视频一体的幻灯教案、虚拟化系统、专业模拟软件平台）应用到高校计算机网络实验教学中，不仅可以有效解决实验设备不足、种类不全的问题，同时也能变向扩大实验空间，丰富实验案例，线性控制实验进度，从而打造良好的实验教学环境，保证学生实验课的数量和质量，在提升学生计算机网络能力的同时增强其综合素质，由此可见，现代化教育技术对于高校的计算机网络实验教学来说极具推广价值。