基于Cisco Packet Tracer的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式構(gòu)建

王玉龍

摘要：本文從教育技術(shù)學(xué)專業(yè)“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程實(shí)踐教學(xué)中存在的問題出發(fā)，依據(jù)協(xié)作學(xué)習(xí)和混合學(xué)習(xí)的核心理念，構(gòu)建了基于Cisco Packet Tracer的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，詳細(xì)分析了各環(huán)節(jié)的活動流程設(shè)計(jì)，并對其應(yīng)用效果進(jìn)行了分析，以期能夠?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供有意義的借鑒。

關(guān)鍵詞：Cisco Packet Tracer；虛擬實(shí)驗(yàn)；教學(xué)模式

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 論文編號：1674-2117（2015）24-0114-03

Cisco Packet Tracer概述

Cisco Packet Tracer是由Cisco公司發(fā)布的一款計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)仿真軟件。[1]學(xué)習(xí)者既可以在該軟件的圖形用戶界面上直接使用拖拽功能建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，也可以在與真實(shí)設(shè)備幾乎完全一致的配置界面中配置設(shè)備參數(shù)，測試網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通性，并通過軟件模擬，使用戶觀察到數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的詳細(xì)處理過程及網(wǎng)絡(luò)實(shí)時運(yùn)行情況。同時，該軟件可以通過“活動向?qū)А眲?chuàng)建網(wǎng)絡(luò)方案，對學(xué)習(xí)者進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)技能考核。該軟件不僅可以提供多種型號的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備、線材，支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的模擬、演示，而且能夠逼真再現(xiàn)多種物理布線環(huán)境，進(jìn)而完成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中的多個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，為教學(xué)提供有效的支持。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

1.課時有限

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程是教育技術(shù)學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)課，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性和應(yīng)用性。該課程不僅注重培養(yǎng)學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、組建、維護(hù)能力及提高學(xué)生的問題意識、動手能力，而且要求學(xué)生能夠有效地遷移所學(xué)知識，解決實(shí)踐中的問題。然而，由于近年來不斷壓縮課內(nèi)學(xué)時，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的實(shí)驗(yàn)課課時逐漸減少，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)難以有效開展。

2.實(shí)驗(yàn)環(huán)境封閉

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課中，學(xué)生需要按照自己的規(guī)劃選擇網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、傳輸媒體、連接端口，自由組網(wǎng)、自主配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、自行測試并優(yōu)化調(diào)整。因此，一個相對自由、靈活、開放的實(shí)驗(yàn)環(huán)境是教學(xué)的必要條件。然而，當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)室在建設(shè)方面封閉、固化；在管理方面規(guī)范、嚴(yán)格。這就很難滿足計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開放性需求，從而導(dǎo)致很多實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目只能通過教師講解和演示等理論化的教學(xué)方式開展。

3.實(shí)驗(yàn)完成率較低

首先，教育技術(shù)學(xué)屬于交叉性學(xué)科，該專業(yè)學(xué)生的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)相對于理工科的學(xué)生來說較薄弱，又由于選修的課程不足，部分學(xué)生很難完成復(fù)雜的綜合性、設(shè)計(jì)性網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。其次，由于缺乏有效的自主學(xué)習(xí)工具和渠道，學(xué)生很難在課前充分地為實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。再次，受課時限制，大部分學(xué)生很難在課上充分地理解并掌握實(shí)驗(yàn)理論內(nèi)容。因此，從實(shí)際教學(xué)來看，有一定比例的學(xué)生無法在課堂的有限時間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)。

4.應(yīng)用環(huán)境難以構(gòu)建

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)踐性和應(yīng)用性較強(qiáng)，但在現(xiàn)有固化、靜態(tài)的實(shí)驗(yàn)條件下，教師很難構(gòu)建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)錯綜復(fù)雜的各類實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，以及呈現(xiàn)常見的網(wǎng)絡(luò)問題情境。因此，學(xué)生只能在理想化、標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用情境下開展實(shí)驗(yàn)，而這種教學(xué)環(huán)境不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、動手能力及解決問題的能力。

5.實(shí)驗(yàn)?zāi)芰﹄y以評價

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，而對實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ挠行гu價一直是難以解決的問題。目前的評價手段一般有三種：一是評閱實(shí)驗(yàn)報告，二是考查學(xué)生當(dāng)堂實(shí)驗(yàn)的完成情況，三是將二者綜合起來進(jìn)行考查。這三種評價手段實(shí)施效率較低，且對實(shí)驗(yàn)?zāi)芰υu價是否有效還有待商榷。

基于Cisco Packet Tracer的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式構(gòu)建

針對上述問題，筆者借鑒協(xié)作學(xué)習(xí)及混合學(xué)習(xí)的核心學(xué)習(xí)策略，對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段、工具平臺、活動設(shè)計(jì)和操作模式進(jìn)行了深入探索，提煉出基于Cisco Packet Tracer的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，如下圖所示。

該模式將社交工具和網(wǎng)絡(luò)平臺作為協(xié)作學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境，并運(yùn)用Cisco Packet Tracer搭建仿真實(shí)驗(yàn)平臺，以微課為資源載體，開展線上、線下，課內(nèi)、課外相結(jié)合的混合式協(xié)作學(xué)習(xí)。[2]該模式共有九個教學(xué)活動流程，延伸至課前、課中和課后三個階段，涵蓋實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)評價等實(shí)驗(yàn)教學(xué)的完整環(huán)節(jié)。同時，每個活動流程都有相應(yīng)的工具、平臺和媒體提供教學(xué)支持。

課前，教師梳理實(shí)驗(yàn)任務(wù)、要求及各類材料，并將其統(tǒng)一放至學(xué)校的BB（Black Board）教學(xué)平臺，學(xué)生可自行下載，并明確實(shí)驗(yàn)任務(wù)及要求。同時，教師將實(shí)驗(yàn)的基本原理和關(guān)鍵操作步驟制作成微課，學(xué)生可以隨時、隨地登錄BB平臺自主學(xué)習(xí)。在自主學(xué)習(xí)的過程中，教師通過QQ群和微信群引導(dǎo)學(xué)生的協(xié)作學(xué)習(xí)過程，對典型、共性問題進(jìn)行分析解答，并將常見問題進(jìn)行整理提煉，作為后續(xù)的學(xué)習(xí)資源發(fā)布至BB教學(xué)平臺。此外，各學(xué)習(xí)小組也可以借助QQ群和微信群開展組內(nèi)和組間的協(xié)作學(xué)習(xí)，分享學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和技巧，就相關(guān)問題互動交流。

課中，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)及要求，利用Cisco Packet Tracer自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。Cisco Packet Tracer模擬了與真實(shí)設(shè)備和真實(shí)環(huán)境幾乎一致的配置界面及應(yīng)用場景，學(xué)生根據(jù)自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，通過鼠標(biāo)點(diǎn)選、拖拽等簡易操作在“實(shí)時模式”下自主選擇實(shí)驗(yàn)設(shè)備，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)環(huán)境，配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，并可切換至“模擬模式”下實(shí)時觀察數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的詳細(xì)處理過程及網(wǎng)絡(luò)實(shí)時運(yùn)行情況；同時，Cisco Packet Tracer還提供了網(wǎng)絡(luò)技能的評估工具。[3]教師可通過“活動向?qū)А惫δ?，圍繞實(shí)驗(yàn)的核心內(nèi)容，設(shè)置考核點(diǎn)，并將其融入詳細(xì)的網(wǎng)絡(luò)方案中，發(fā)布給指定學(xué)生，對其進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)技能考核。學(xué)生可按要求對給定方案進(jìn)行配置操作，系統(tǒng)將對學(xué)生配置與教師設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)化方案進(jìn)行自動比較，并評定相應(yīng)分?jǐn)?shù)。

課后，學(xué)生不僅可以調(diào)出在課堂上保存的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D繼續(xù)實(shí)驗(yàn)操作，撰寫實(shí)驗(yàn)報告，而且可以利用Cisco Packet Tracer無限次再現(xiàn)或重構(gòu)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對自己的課堂實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行優(yōu)化、總結(jié)和反思。部分當(dāng)堂未完成實(shí)驗(yàn)的學(xué)生，也可以在課后繼續(xù)嘗試，完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，同時還可通過課程平臺查詢相關(guān)疑難解答，或借助QQ、微信獲得教師或同學(xué)的幫助。

實(shí)驗(yàn)總評由學(xué)生的當(dāng)堂實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)報告共同決定。其中，學(xué)生的當(dāng)堂實(shí)驗(yàn)成績由Cisco Packet Tracer的“活動向?qū)А蹦K提供的考核評估功能自動評定。對實(shí)驗(yàn)報告的評價可采用學(xué)生組間互評、教師評價相結(jié)合的方式靈活處理，最大限度地凸顯評價的客觀性、公正性及有效性，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性并促進(jìn)其辨別、批判、總結(jié)、反思等自主學(xué)習(xí)能力的有效發(fā)展。

教學(xué)效果簡析

1.有效拓展了實(shí)驗(yàn)教學(xué)時空

Cisco Packet Tracer無須網(wǎng)絡(luò)支持，學(xué)生可以隨時、隨地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。因而，基于Cisco Packet Tracer的教學(xué)模式突破了教學(xué)場地和時間等物理性的限制，拓展了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時空，緩解了實(shí)驗(yàn)學(xué)時不足的現(xiàn)實(shí)難題，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)開展得更為扎實(shí)、有效，最終使實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率得到大幅度提高。

2.課堂實(shí)驗(yàn)完成率大幅提高，“學(xué)困生”漸進(jìn)發(fā)展

課前，學(xué)生不僅可以確切地了解實(shí)驗(yàn)任務(wù)和要求，而且部分基礎(chǔ)較為薄弱的學(xué)生還可以通過微課反復(fù)學(xué)習(xí)、查缺補(bǔ)漏，從而大大地提升了當(dāng)堂實(shí)驗(yàn)的完成率。同時，Cisco Packet Tracer也為學(xué)生提供了更為充足的試誤時間和空間，學(xué)生可以不斷地嘗試操作、調(diào)整、優(yōu)化。因此，“學(xué)困生”的學(xué)習(xí)壓力有所緩解，學(xué)習(xí)挫敗感顯著降低，并能夠自主、自覺地投入到學(xué)習(xí)中，進(jìn)入漸進(jìn)發(fā)展的良性循環(huán)。

3.學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和意識顯著提升

教師通過BB平臺，以微課形式為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供了有效的資源支持。學(xué)生在課前可通過微課進(jìn)行釋疑、解難，在課中可依據(jù)微課實(shí)時調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案，在課后可借助微課進(jìn)行總結(jié)、反思。同時，在課外環(huán)節(jié)，教師可以有意識地引導(dǎo)學(xué)生利用QQ群、微信和課程博客進(jìn)行分享、答疑、交流與互動，并引導(dǎo)學(xué)生圍繞實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)操作的具體問題開展更有目的性、聚焦性的協(xié)作學(xué)習(xí)。這種基于問題和需求的協(xié)作學(xué)習(xí)能夠有效地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，久而久之，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識和能力就會得以形成和發(fā)展。

4.學(xué)生的問題解決能力得到有效提高

培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力最為有效的方法就是將學(xué)生置于真實(shí)的問題情境之中，促使其感受、體驗(yàn)和嘗試。Cisco Packet Tracer可以逼真地模擬多種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境，再現(xiàn)真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)故障，并為學(xué)生提供無限次嘗試的機(jī)會，使學(xué)生在不斷的探索、嘗試中尋找最佳的問題解決方案。同時，在此過程中學(xué)生能夠及時獲得反饋，觀察到網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時運(yùn)行狀況。

5.實(shí)驗(yàn)評價更為高效、精準(zhǔn)、多元

Cisco Packet Tracer通過“活動向?qū)А碧峁┝艘环N有效的網(wǎng)絡(luò)技能評價手段。教師可以從繁重的實(shí)驗(yàn)報告評閱及低效的當(dāng)堂實(shí)驗(yàn)觀察中解脫出來，并將主要精力集中于考核方案設(shè)計(jì)及考核要點(diǎn)設(shè)置，而系統(tǒng)則可以根據(jù)教師設(shè)計(jì)的考核方案及考核要點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自動評價。同時，教師可根據(jù)不同學(xué)生的能力基礎(chǔ)，有針對性地設(shè)計(jì)多種考核方案，實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)的多元化、差異化評價。

存在的問題與展望

1.Cisco Packet Tracer系統(tǒng)尚存在不足

Cisco Packet Tracer系統(tǒng)的服務(wù)對象主要還是面向初學(xué)者，雖然它能逼真地模擬大部分的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及其配置與應(yīng)用環(huán)境，并直觀地演示網(wǎng)絡(luò)工作過程，但對于幾類常見的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，如web、dns、ftp、dhcp等，目前還只能演示其基本工作原理，具體的配置界面、操作方式與真實(shí)環(huán)境還有較大差異。

2.虛擬實(shí)驗(yàn)如何與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相融合尚待探索

虛擬實(shí)驗(yàn)雖然具有高效益、低損耗、易管理、可重復(fù)、直觀性等顯著優(yōu)勢，但還只是一個相對理想化、標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，只能判斷其某些既定行為是否發(fā)生，卻無法完全預(yù)設(shè)真實(shí)環(huán)境下的全部可能性，特別是對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的物理故障及由自然因素造成的一系列實(shí)時性、突發(fā)性問題顯得無能為力。因此，虛擬實(shí)驗(yàn)無法完全取代真實(shí)實(shí)驗(yàn)。如何充分發(fā)揮虛擬實(shí)驗(yàn)和真實(shí)實(shí)驗(yàn)各自的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)二者的有效互補(bǔ)和融合，在不失客觀性的情況下提高實(shí)驗(yàn)效益，還有待于進(jìn)一步探索。

參考文獻(xiàn)：

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