基于 “卓越計(jì)劃”的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究

林盛鑫 黃丁香 鐘惠球 康麗

(1.東莞理工學(xué)院 電子工程學(xué)院，廣東東莞 523808;2.東莞理工學(xué)院 學(xué)報(bào)編輯部，廣東東莞 523808;3.東莞理工學(xué)院 資產(chǎn)后勤管理處，廣東東莞 523808)

“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃” (簡(jiǎn)稱“卓越計(jì)劃”)，旨在通過(guò)教育和行業(yè)、高校和企業(yè)的密切合作，以實(shí)際工程為背景，以工程技術(shù)為主線，著力提高學(xué)生的工程意識(shí)、工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)企業(yè)發(fā)展需要的多種類型優(yōu)秀工程師。對(duì)促進(jìn)高等教育面向社會(huì)需求培養(yǎng)人才，全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量具有十分重要的示范和引導(dǎo)作用［1］。實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)是能否實(shí)現(xiàn)“卓越計(jì)劃”中本科應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的關(guān)鍵，實(shí)驗(yàn)不僅是對(duì)理論的驗(yàn)證，還是對(duì)動(dòng)手能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題等能力的培養(yǎng)［2］。本文針對(duì)目前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、方法及實(shí)踐方面提出改善的方案來(lái)提高學(xué)生的積極性和實(shí)踐能力。

1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題

1.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境制約實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量

網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)設(shè)備為專業(yè)設(shè)備，建立完備的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室，資金投資較大，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程是一門不斷高速發(fā)展的交叉性應(yīng)用型課程［3］，更新速度快，新理論、新技術(shù)、新標(biāo)準(zhǔn)、新服務(wù)層出不窮，給該課程教學(xué)工作帶來(lái)了很大的難度，由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，一般需要兩臺(tái)以上的計(jì)算機(jī)共同實(shí)現(xiàn)，如一臺(tái)計(jì)算機(jī)做服務(wù)器，和一臺(tái)計(jì)算機(jī)做客戶機(jī)。有的還需要幾臺(tái)服務(wù)器和多臺(tái)客戶機(jī)，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)嚴(yán)重不足，以致實(shí)驗(yàn)開出多數(shù)為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，難以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力以及獨(dú)立思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

1.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法單一，學(xué)生難以掌握理論知識(shí)

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)以教師為中心，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容照葫蘆畫瓢，雖然做了實(shí)驗(yàn)，但沒(méi)有把理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐操作中，比較抽象的理論知識(shí)得不到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，難以掌握較抽象的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，無(wú)法提高學(xué)生的積極性，綜合實(shí)踐能力也得不到提高。

2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)改革研究

2.1 建立虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，采用網(wǎng)絡(luò)仿真輔助教學(xué)方法

通過(guò)虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，從根本上解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備缺乏、設(shè)備數(shù)量不足的問(wèn)題。還提供了真實(shí)的演示效果，避免了實(shí)驗(yàn)時(shí)人為對(duì)計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備造成的損壞。虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境主要采用虛擬機(jī)技術(shù)，通過(guò)安裝虛擬機(jī)軟件，可以在一臺(tái)物理計(jì)算機(jī)上模擬出一臺(tái)或多臺(tái)虛擬的計(jì)算機(jī)，像真正的計(jì)算機(jī)那樣可以安裝操作系統(tǒng)、安裝應(yīng)用程序、訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)資源等等。目前已在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)與實(shí)驗(yàn)中得到了普遍應(yīng)用，建立虛擬機(jī)和構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)的工具軟件主要有微軟公司的Virtual PC2007和VM-ware公司的Vmware Workstation。如采用VMware Workstation來(lái)完成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中“局域網(wǎng)組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)”，即無(wú)需考慮網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的連接問(wèn)題，就可以通過(guò)虛擬網(wǎng)絡(luò)組件把虛擬機(jī)器同真實(shí)的物理網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，其原理是在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上通過(guò)安裝VMware Workstation軟件，同時(shí)運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)，為每個(gè)虛擬機(jī)設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的IP地址，來(lái)虛擬多臺(tái)計(jì)算機(jī)，進(jìn)而搭建“局域網(wǎng)組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)”的虛擬環(huán)境，主要分為兩個(gè)步驟:

1)建立虛擬機(jī)。建立虛擬機(jī)最常用的方法是用VMware Workstation向?qū)Ы⑻摂M機(jī)和用備份文件建立虛擬機(jī)兩種。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，老師用VMware Workstation向?qū)Ы⑻摂M機(jī)，啟動(dòng)向?qū)нM(jìn)行有關(guān)參數(shù)的設(shè)置，對(duì)硬盤進(jìn)行分區(qū)和格式化，安裝操作系統(tǒng)等操作。然后備份VMware Workstation用來(lái)記錄虛擬機(jī)的信息的兩個(gè)文件，一個(gè)是配置文件，記錄虛擬機(jī)的硬件資料如內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)卡、聲卡的類型大小等信息;另一個(gè)是磁盤文件，記錄在虛擬機(jī)上安裝的操作系統(tǒng)、存儲(chǔ)的文件等信息。

學(xué)生就可以用這兩個(gè)備份文件快速建立虛擬機(jī)，但需要修改計(jì)算機(jī)名和IP地址，否則不能聯(lián)網(wǎng)。

2)構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)。采用Vmware Workstation組建虛擬網(wǎng)絡(luò)時(shí)，主要應(yīng)用了以下幾個(gè)虛擬設(shè)備:

VMnet0:VMware用于虛擬橋接網(wǎng)絡(luò)下的虛擬交換機(jī);

VMnet1:VMware用于虛擬Host－Only網(wǎng)絡(luò)下的虛擬交換機(jī);

VMnet8:VMware用于虛擬NAT網(wǎng)絡(luò)下的虛擬交換機(jī);

VMware Network Adapter VMnet1:Host用于與Host－Only虛擬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的虛擬網(wǎng)卡;

VMware Network Adapter VMnet8:Host用于與NAT虛擬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的虛擬網(wǎng)卡;

目前虛擬機(jī)支持三種類型的網(wǎng)絡(luò)，分別是bridged(橋接模式)、NAT(網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換模式)和Host－only(主機(jī)模式)如圖1至圖3所示。

圖1 橋接模式

圖2 NAIT模式

圖3 Host-only

1)使用bridged模式的虛擬系統(tǒng)就像是局域網(wǎng)中的一臺(tái)獨(dú)立的主機(jī)，與宿主計(jì)算機(jī)平等的存在于網(wǎng)絡(luò)中，虛擬系統(tǒng)與宿主計(jì)算機(jī)以及宿主計(jì)算機(jī)所在網(wǎng)絡(luò)的其他計(jì)算機(jī)都可以相互訪問(wèn)。如圖1所示，主機(jī)Host與Virtual machine A、Virtual machine B可以相互訪問(wèn)。

2)使用NAT網(wǎng)絡(luò)模式的虛擬系統(tǒng)，借助NAT功能，不需要進(jìn)行任何其他的配置，就可以通過(guò)宿主機(jī)器所在的網(wǎng)絡(luò)來(lái)訪問(wèn)外網(wǎng)。由于該模式下的虛擬系統(tǒng)的TCP/IP配置是由VMnet8(NAT)虛擬網(wǎng)絡(luò)的DHCP服務(wù)器提供，無(wú)法手動(dòng)更改，因此虛擬系統(tǒng)無(wú)法和本局域網(wǎng)中的其他真實(shí)主機(jī)進(jìn)行通訊。如圖2所示，在NAT device下的虛擬系統(tǒng)可以通過(guò)主機(jī)聯(lián)接外網(wǎng)，同時(shí)相互之間可以通信。在使用該網(wǎng)絡(luò)模式時(shí)，需要主機(jī)開啟VMDHCP和VMDAT服務(wù)。

3)使用host－only網(wǎng)絡(luò)模式的虛擬系統(tǒng)，是一個(gè)與外界隔絕的網(wǎng)絡(luò)，其TCP/IP配置信息 (如IP地址、網(wǎng)關(guān)地址、DNS服務(wù)器等)，都由該網(wǎng)絡(luò)模式下的虛擬DHCP服務(wù)器來(lái)動(dòng)態(tài)分配，因此虛擬系統(tǒng)內(nèi)部之間可以相互通信，但虛擬系統(tǒng)和真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)被隔離開，兩者無(wú)法通信，一般在某些特殊的網(wǎng)絡(luò)調(diào)試環(huán)境中使用。如圖3所示，僅主機(jī) (Host－only)模式是在主機(jī)上建立了一個(gè)獨(dú)立的私有網(wǎng)絡(luò)，外部網(wǎng)絡(luò)和虛擬機(jī)不能通訊。

通過(guò)理解以上VMware Workstation所提供的虛擬設(shè)備及其使用方法，根據(jù)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)的原理，進(jìn)行局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)組建操作。采用這種虛擬的仿真教學(xué)環(huán)境進(jìn)行輔助教學(xué)，能夠增進(jìn)學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)體系和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的理解，能夠更新“實(shí)驗(yàn)設(shè)備”型號(hào)與種類，適應(yīng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程更新速度快的特點(diǎn)。

2.2 合理組織實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，轉(zhuǎn)變指導(dǎo)方式

1)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)是對(duì)理論知識(shí)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)補(bǔ)充和形象化的過(guò)程［4］，因遵循由易到難、由簡(jiǎn)單到綜合、由注重傳授基本方法和技能到注重創(chuàng)新能力培養(yǎng)的特點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，處理好實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)的關(guān)系，以及處理好基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)與綜合性實(shí)驗(yàn)的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容既需要包括相關(guān)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，還需要包括提高學(xué)生的積極性以及對(duì)學(xué)生獨(dú)立思考與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2)改變傳統(tǒng)的以教師“一對(duì)多”的指導(dǎo)方式，開展以學(xué)生為主體的學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)，針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容，通過(guò)建立實(shí)驗(yàn)小組，明確小組的任務(wù)，如每一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組負(fù)責(zé)一個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，進(jìn)行分工合作。在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，讓負(fù)責(zé)該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的小組參與指導(dǎo)其它同學(xué)的工作，讓學(xué)生來(lái)演示實(shí)驗(yàn)操作，講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及學(xué)習(xí)心得，而不是知識(shí)灌輸?shù)膶?duì)象，而教師即成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的協(xié)助者和解決問(wèn)題的指導(dǎo)者，使學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)過(guò)程中的主體，有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性，以任務(wù)方式驅(qū)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有進(jìn)一步的加深理解，有利于培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神和合作能力。

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)“卓越計(jì)劃”對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)要求，對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)提出改革的研究，提高學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)的積極性，鼓勵(lì)學(xué)生遇到問(wèn)題自己思考和解決，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題等綜合能力，允許學(xué)生在完成基本要求的基礎(chǔ)上，自由發(fā)揮，深入擴(kuò)展，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。實(shí)現(xiàn)“卓越計(jì)劃”中提出的“培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才”的目標(biāo)。

［1］林健.談實(shí)施“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”引發(fā)的若干變革［J］.中國(guó)高等教育，2010，17:30－32.

［2］吳征遠(yuǎn).計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程改革研究與探索［J］.赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，27(8):216－218.

［3］郭頂龍.對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)改革的思考［J］.考試周刊，2011，46:11.

［4］劉振恒，李冬云，張姝.基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)方法研究［J］.廣西教育，2010(4):98－99.

［5］王紀(jì)鳳，王世剛，尚玉蓮，等.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中的虛擬機(jī)技術(shù)應(yīng)用［J］.中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2011(1):42－43.