電子信息類專業(yè)網(wǎng)絡(luò)綜合實驗教學探索

肖湘?鄧曙光?楊冰?鄧楊保

摘要：分析高校網(wǎng)絡(luò)實驗教學的現(xiàn)狀，針對其中的突出問題，對網(wǎng)絡(luò)綜合實驗教學過程中的實驗內(nèi)容、教學形式、考核方式三方面進行探索，并構(gòu)建相應的實驗教學平臺。此實驗教學平臺基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真軟件和Packet Tracer仿真系統(tǒng)構(gòu)建，涵蓋了網(wǎng)絡(luò)課程的大部分原理和協(xié)議，并且能夠?qū)⒊橄笊鷿木W(wǎng)絡(luò)知識以直觀、容易理解的方式展現(xiàn)出來。通過網(wǎng)絡(luò)實驗教學的探索和改進可以有效提高學生的學習積極性，提升實驗教學效果。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)綜合實驗教學；實驗內(nèi)容；教學形式；考核方式；實驗教學平臺

作者簡介：肖湘（1986-），女，湖南益陽人，湖南城市學院通信與電子工程學院，助教。（湖南 益陽 413000）

基金項目：本文系湖南城市學院校級教改項目（項目批準號：湘城院發(fā)[2013]44號序號29）的研究成果。

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）09-0123-02

一、網(wǎng)絡(luò)實驗的現(xiàn)狀

由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，社會對電子信息類專業(yè)學生的網(wǎng)絡(luò)工程技術(shù)要求越來越高。如何以市場為導向，形成完善的網(wǎng)絡(luò)綜合實驗教學體系，使網(wǎng)絡(luò)實驗教學適應時代的要求培養(yǎng)實踐型人才和創(chuàng)新人才，這成為了國內(nèi)外高等院校一直探索的課題。目前，國內(nèi)外各大學都在積極探索網(wǎng)絡(luò)實驗教學的新模式。但是，還有相當多的學校實驗資金投入不足，師資不足或者教學管理跟不上，導致網(wǎng)絡(luò)實驗教學質(zhì)量上不去。[1]總體看來，網(wǎng)絡(luò)教學實驗尚處于探索階段，實驗效果不盡如人意，普遍存在以下問題：

1.實驗內(nèi)容以驗證性實驗為主，缺乏實用性和創(chuàng)新性

一直以來，網(wǎng)絡(luò)實驗主要是驗證性實驗，實驗內(nèi)容主要為IP地址設(shè)定，一些基本網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測指令的操作，簡單的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)的傳輸和捕獲，缺少設(shè)計性實驗和創(chuàng)新型實驗。

2.實驗教學采用單一的“演示式”教學方式，缺乏啟發(fā)性

目前的網(wǎng)絡(luò)實驗多采用“演示式”教學方式，即學生照著老師的演示進行同樣的操作。這樣的教學方式?jīng)]有給學生思考和設(shè)計的空間，不能發(fā)揮學生的主觀能動性，調(diào)動不了學生的積極性。

3.實驗教學評價難以全面體現(xiàn)學生的能力，缺乏激勵性

傳統(tǒng)的實驗教學評價方式主要是觀察實驗內(nèi)容的完成情況、查看實驗結(jié)果的正確性和檢查統(tǒng)一模式的實驗報告，這樣只能在一定程度上檢測出學生對理論知識的掌握情況，無法真實反映出學生的實驗操作和理性思維能力，無法激勵學生達到實驗教學目標。[2]

二、網(wǎng)絡(luò)綜合實驗教學方法的探索與實踐

1.階梯式的實驗內(nèi)容使學生對知識先鞏固后深入

針對目前網(wǎng)絡(luò)教學的情況以及學生基礎(chǔ)的差異性現(xiàn)狀，建立科學的網(wǎng)絡(luò)綜合實驗教學體系，將網(wǎng)絡(luò)實驗劃分為基礎(chǔ)型實驗、故障處理型和設(shè)計型三個層次，實現(xiàn)學生知識體系、實踐能力、創(chuàng)新設(shè)計三方面的提高。第一個層次主要用于幫助學生理解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、鞏固所學的理論知識；第二個層次注重于加強處理網(wǎng)絡(luò)故障的實踐能力；第三個層次注重于強化學生的網(wǎng)絡(luò)方案的設(shè)計能力、創(chuàng)新能力。[3]

2.采用多形式教學的結(jié)合，培養(yǎng)學生的學習興趣和創(chuàng)新能力

改變以往“灌輸式”和“演示式”的傳統(tǒng)教學方式，采用“啟發(fā)式”、“自學式”與“討論式”相結(jié)合的教學方式更有利于培養(yǎng)學生的科學思維方式和創(chuàng)新能力。

（1）在實驗課程的開始環(huán)節(jié)實行“啟發(fā)式”教學方式，主要介紹實驗室主要儀器設(shè)備、實驗要點、實驗涉及的相關(guān)知識和新技術(shù)及驗證型、設(shè)計型和創(chuàng)造型的特點和入門方法。

（2）在實驗動手操作環(huán)節(jié)實行“自學式”教學方式。實驗指導老師必須積極啟發(fā)學生充分自學和利用設(shè)備說明書與實驗指導書等參考資料，積極引導學生充分利用實驗室提供的網(wǎng)絡(luò)資源。

（3）在實驗后階段采用“討論式”教學方式。同學們相互交流實驗工程中遇到的難題以及解決的方法。

3.改革實驗考核方式，加強實驗報告寫作訓練

傳統(tǒng)的實驗考核方式無法真實體現(xiàn)學生的實際動手能力和思維能力，不利于激發(fā)學生的學習熱情和培養(yǎng)創(chuàng)新能力。要加大實驗過程中對學生的考核力度，把實驗過程中學生發(fā)現(xiàn)問題、分析并解決問題的能力計入總分，這樣更有利于激發(fā)學生的創(chuàng)新意識和學習熱情，達到培養(yǎng)學生全面思考和創(chuàng)新能力的目的。

改變傳統(tǒng)的實驗報告書寫形式，通過實驗報告的書寫達到培養(yǎng)學生寫作能力、分析能力、總結(jié)能力的目的。

三、網(wǎng)絡(luò)綜合實驗教學平臺的構(gòu)建

網(wǎng)絡(luò)課程涉及大量的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和設(shè)備，在資金和網(wǎng)絡(luò)條件都受到限制的現(xiàn)狀下，學校很難構(gòu)建大規(guī)模的實驗平臺。所以，如何利用現(xiàn)有資源構(gòu)建滿足教學需要的虛擬仿真教學平臺是相關(guān)教育工作者的當務之急。

1.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真軟件

現(xiàn)在，不少高校已經(jīng)構(gòu)建基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真軟件的網(wǎng)絡(luò)實驗平臺。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真軟件主要由主控中心平臺、數(shù)據(jù)采集器、仿真編輯器和協(xié)議分析器四個部分組成。軟件能夠仿真各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的數(shù)據(jù)包進行編輯和發(fā)送，并捕獲和分析它們，還可以提供多種網(wǎng)絡(luò)工具，靈活地仿真多種網(wǎng)絡(luò)行為。[4]

（1）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真實驗實例。下面以IP協(xié)議和本主機實時操作實驗為例簡單介紹網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真軟件的基本操作和功能。

利用仿真編輯器新建多個IP數(shù)據(jù)包，設(shè)置好相應的IP協(xié)議頭信息后進行發(fā)送。在系統(tǒng)的監(jiān)控端就可以進行數(shù)據(jù)包的捕獲，并且有詳細的標志記錄。如圖所示：

通過實例可以很清晰地發(fā)現(xiàn)，基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真軟件的網(wǎng)絡(luò)實驗平臺能夠使學生清楚地理解和掌握網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與協(xié)議，通過編輯各種協(xié)議的數(shù)據(jù)包深入學習網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部原理，還可以通過深入實驗很好地輔助網(wǎng)絡(luò)編程的調(diào)試，可以完成本文階梯型實驗體系的基礎(chǔ)型實驗內(nèi)容。

但是上文中介紹的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真軟件系統(tǒng)沒有提供交換機、路由器等通信設(shè)備和各種傳輸介質(zhì)的模擬仿真，無法進行網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的設(shè)計，不能靈活地設(shè)置網(wǎng)絡(luò)模擬環(huán)境，實現(xiàn)不了本文階梯型實驗體系的故障處理型和設(shè)計型實驗。因此，網(wǎng)絡(luò)實驗平臺還必須引入Packet Tracer仿真實驗系統(tǒng)才能構(gòu)建基本涵蓋網(wǎng)絡(luò)實驗教學內(nèi)容、符合教學目的的實驗平臺，更好地培養(yǎng)學生的操作能力和創(chuàng)新能力，提升實驗教學效果。

2.Packet Tracer的網(wǎng)絡(luò)仿真實驗系統(tǒng)

Packet Tracer是由Cisco公司開發(fā)的一款網(wǎng)絡(luò)模擬器，是可以用來設(shè)計、配置和排除網(wǎng)絡(luò)故障的模擬仿真軟件。相比網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真軟件，Packet Tracer具有以下兩個最主要的優(yōu)勢：

一是具有真實的操作界面。Packet Tracer的用戶界面采用全新的直觀動感圖形化計，軟件中提供各種型號的通信設(shè)備和傳輸介質(zhì)，學生可以自主地設(shè)計和拓展網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進行仿真實驗，所有的實驗操作和整個的網(wǎng)絡(luò)模擬環(huán)境跟真實情況幾乎一樣。

二是靈活配置、易于擴展。學生只需通過鼠標點擊就可以輕松地將Packet Tracer模擬器提供的豐富的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件（包括各種型號的主機、無線AP、交換機、路由器等等）添加到設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)中，靈活方便地對配置進行更新，網(wǎng)絡(luò)進行擴展。

Packet Tracer仿真實驗實例。利用Packet Tracer仿真模擬系統(tǒng)可以構(gòu)建各種的虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，完成不同類型的網(wǎng)絡(luò)實驗。如：靜態(tài)路由和默認路由的設(shè)置；OSPF路由進程的啟動以及相關(guān)信息的查看和調(diào)試；不同VLAN間計算機通信方法的實現(xiàn)；IPV6靜態(tài)路由與默認路由的配置和調(diào)試。

通過例子來直觀介紹的基本功能，如圖所示：首先在軟件的工作區(qū)域繪制設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)實驗拓撲結(jié)構(gòu)圖；對設(shè)備進行參數(shù)設(shè)置；配置設(shè)備后對其進行連通性測試；如果不能全部連通，則進行故障的查找和排除。

可以發(fā)現(xiàn)，利用Packet Tracer仿真系統(tǒng)應用到網(wǎng)絡(luò)實驗中能夠彌補網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真系統(tǒng)的不足，真實模擬網(wǎng)絡(luò)場景，將抽象生澀的網(wǎng)絡(luò)知識以直觀、容易理解的方式展現(xiàn)出來。學生可以設(shè)計和繪制網(wǎng)絡(luò)拓撲圖進行網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和維護，從而使得他們對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置、網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的應用從感性的認識上升到系統(tǒng)的理性認識。

構(gòu)建基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真軟件和Packet Tracer仿真系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)綜合實驗教學平臺可以實現(xiàn)各種協(xié)議仿真、通信過程仿真、網(wǎng)絡(luò)拓撲仿真等過程。該實驗教學平臺基本仿真了網(wǎng)絡(luò)課程中的大部分理論知識，而且可以仿真網(wǎng)絡(luò)的最新技術(shù)和進展。學生使用該實驗平臺很大程度地促進了理論知識的消化，提高了學習興趣，增強了實驗教學效果。[5]

四、結(jié)論

本文分析和研究了國內(nèi)外高校網(wǎng)絡(luò)實驗教學現(xiàn)狀，積極探索有利于培養(yǎng)學生實踐能力和思維能力的有效教學途徑。通過對網(wǎng)絡(luò)綜合實驗課程實驗平臺、實驗內(nèi)容、教學方式、評價體系等方面的探索和改革不僅幫助學生更加深入地理解、驗證和鞏固網(wǎng)絡(luò)的基本概念和原理，更注重于充分發(fā)揮學生的主觀能動性，培養(yǎng)其動手能力、創(chuàng)新能力和科研能力，從而實現(xiàn)高等院校培養(yǎng)適應社會發(fā)展需求的“厚基礎(chǔ)、寬口徑”電子信息類創(chuàng)新性人才的目標。

參考文獻：

[1]張少中，楊亞萍，張增年，等.培養(yǎng)應用型人才的電子信息類實驗教學體系[J].實驗室研究與探索，2006，25（8）：971-974.

[2]徐 成，李仁發(fā)，曾娟麗，等.計算機與電子類專業(yè)自主實驗教學模式研究[J].計算機教育，2011，17，（5）：77-80.

[3]夏建川，張秀娟，方蕓.計算機實踐教學改革探討[J].高教論壇，2009，11（2）：78-80.

[4]陳建，徐海軍，徐煊.計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析與開發(fā)實驗的一種新教學方法[J].計算機教育，2011，10（5）.

[5]蔡群英，黃鎮(zhèn)建.搭建網(wǎng)絡(luò)實驗環(huán)境的探索與實踐[J].計算機與數(shù)字工程，2009，37（6）：195-197.

（責任編輯：王祝萍）