基于工程教育的計算機網(wǎng)絡實驗教學研究

張萬禮，路紅梅，宋啟祥，房愛東，楊小瑩

宿州學院信息工程學院，安徽宿州,234000

基于工程教育的計算機網(wǎng)絡實驗教學研究

張萬禮，路紅梅，宋啟祥，房愛東，楊小瑩

宿州學院信息工程學院，安徽宿州,234000

針對我國應用型高校計算機網(wǎng)絡實驗教學存在的問題，研究了如何進行基于工程教育模式的計算機網(wǎng)絡實驗教學。首先通過構建一體化的實驗教學體系，在校內實施單元實驗、綜合實驗和課程設計，在校企合作基地進行實踐，解決理論與實踐環(huán)節(jié)的孤立化問題；然后結合當代工程應用的實際，制定符合要求的創(chuàng)新型實驗內容，使學生能夠適應當代工程實踐工作的需要；采用真實實驗為主、虛擬實驗為輔的實驗平臺，為學生提供更廣闊的實驗空間；最后通過成立開放實驗室和科技活動小組，實現(xiàn)分組實驗、基本實驗和自主實驗結合以及撰寫課程論幾種方式激發(fā)學生的創(chuàng)新能力。

計算機網(wǎng)絡實驗；工程教育；教學體系；虛擬實驗平臺

工程教育目的是把學生培養(yǎng)成為滿足社會需要的工程人才[1]，著力培養(yǎng)學生的工程意識、加強工程訓練和提高工程實踐能力，以滿足工作崗位的要求。在我國本科院校計算機網(wǎng)絡實驗教學中，缺乏對學生工程能力的培養(yǎng)[2-3]。因此，課程體系教學與產業(yè)需求聯(lián)系不緊密，教學實踐有悖工程化原則[4]。

國內學者對計算機網(wǎng)絡實驗進行了大量的研究。林元乖提出建立立體化的實驗教學體系和創(chuàng)新型的實驗環(huán)境[5]；杜興勇等提出對不同層次的學生采用不同的實驗內容和實驗手段進行教學，以克服傳統(tǒng)計算機網(wǎng)絡實驗教學存在的不足[6]；王盛邦等提出面向應用的綜合案例型實驗平臺[7]。這些研究均未將工程教育思想貫穿到計算機網(wǎng)絡實驗教學中，針對此問題，本文提出基于工程教育的計算機網(wǎng)絡實驗教學，以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新和工程實踐能力。

1 創(chuàng)建一體化實驗教學體系，實現(xiàn)教學體系的工程化

以“工程教育”為背景的人才培養(yǎng)方案要求將工程意識和工程技術能力培養(yǎng)貫穿整個培養(yǎng)過程，使學生掌握基礎理論知識，提高工程意識和工程實踐能力。而目前理論與實踐環(huán)節(jié)孤立化，針對這一局面，建立“一體化”實踐教學體系，如圖1所示。

在校內實施第一階段，即教學過程中實施的單元實驗以及綜合實驗，課程結束以課程設計方式進行考核，然后進入第二階段——基地實踐階段，將學生送入校企合作企業(yè)，學生把理論與企業(yè)的生產實際相結合，將所學內容真正用到實踐中。本階段需要學生到企業(yè)進行實踐，充分發(fā)揮校外實訓基地的作用，在企業(yè)工程師的指導下參與真實項目的開發(fā)。在真實環(huán)境中，培養(yǎng)學生的綜合應用能力和職業(yè)素質，讓其盡快成長為社會所需要的工程應用人才。這一教學過程，學生真正將所學知識運用到實際中，達到工程化教育的目的。第三個階段，將所學內容用到畢業(yè)設計中，綜合各項知識，結合基地實踐，進行畢業(yè)設計。 新教學體系實現(xiàn)了單元實驗、綜合實驗、基地實踐以及畢業(yè)設計的一體化，有效解決了實踐環(huán)節(jié)孤立化的問題，提高了學生的工程實踐能力。

2 創(chuàng)新改革實驗內容，實現(xiàn)教學內容的工程化

創(chuàng)新教學內容，讓其貼近當代工程應用的實際。根據(jù)實驗教學大綱要求以及已有的實驗條件，創(chuàng)新可行性的教學內容。設置必做與選做兩類實驗項目，將理論知識與實驗操作結合起來，實現(xiàn)實驗教學內容的靈活性、多層次性和科學化，使學生畢業(yè)后能夠適應當代工程實踐工作的需要。

計算機網(wǎng)絡實驗主要是讓學生通過實際的動手操作，深化對理論知識的理解，培養(yǎng)學生的科學思維方式，提高動手能力和創(chuàng)新能力。在多年的教學中，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的實驗項目側重硬件的學習與鍛煉。創(chuàng)新型實驗融入系統(tǒng)的工程教育理念，相對一般實驗來說，具有更高的挑戰(zhàn)性。創(chuàng)新型實驗能夠很好地調動學生學習的自主性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力和綜合素質能力，實現(xiàn)工程化教育對學生創(chuàng)新能力的要求。

表1 實驗項目

本文將實驗內容分為設計型、驗證型、綜合型和創(chuàng)新型。設計型實驗包括路由器、交換機等網(wǎng)絡設備的配置：廣域網(wǎng)以及無線網(wǎng)絡等屬于驗證型；局域網(wǎng)等屬于能力提高型實驗，將其歸化為綜合型實驗；因特網(wǎng)模擬實驗等屬于創(chuàng)新型，如表1所示。設計型和創(chuàng)新型有利于素質的培養(yǎng)。因此，在設計型和綜合型的基礎上，鼓勵創(chuàng)新型實驗，充分發(fā)揮學生的創(chuàng)造性。實驗類型的個性化，能夠提高實驗教學的吸引力。

3 創(chuàng)新改進實驗平臺

遵循以真實實驗為主、虛擬實驗為輔的原則，開發(fā)利用虛擬實驗室，結合各自的優(yōu)勢，改進實驗教學，使學生在實際、科研和創(chuàng)新方面的能力得到有效提高，有助于案例教學、工程項目化教學等“工程化”教學方式的開展。

虛擬實驗室的體系結構采用B/S (瀏覽器/服務器)模式，如圖2所示。安裝一個客戶端瀏覽器，通過圖形用戶界面輸入客戶的信息要求，提交給服務器或在客戶本地處理，實現(xiàn)虛擬實驗，本地瀏覽器上運行虛擬實驗室軟件系統(tǒng)，利用其驗證實驗結果。聊天客戶端軟件：向服務器發(fā)出連接請求，請求成功后，發(fā)送數(shù)據(jù)信息到服務器進行處理，處理結果傳給已連接的客戶端。服務器端：具有控制、用戶管理和通訊接口等功能，客戶瀏覽器被用戶訪問，是網(wǎng)絡虛擬實驗室的核心。聊天服務器為每個連接請求成功的用戶創(chuàng)建一個線程，在關閉連接之前，一直由其負責客戶的通信工作。后臺數(shù)據(jù)庫：存儲實驗內容、結果、虛擬儀器等模擬信息以及用戶信息，由虛擬實驗平臺調用，供教師檢查。

圖2 計算機網(wǎng)絡虛擬實驗圖

如圖3所示，真實環(huán)境和虛擬環(huán)境相結合的實驗平臺，體現(xiàn)了實驗操作的交互性和系統(tǒng)的開放性。

學生可以到虛擬實驗中尋找在真實實驗中遇到問題的答案，用虛擬實驗中的經(jīng)驗解決真實實驗的問題，然后再進行真實實驗。學生可在兩種實驗平臺之間，根據(jù)實際情況隨意穿梭。虛實結合的實驗平臺相輔相承，相互促進，為學生提供了更廣闊的實驗空間。學生從實驗設計到完成，都是自主的。教師只起輔助作用，負責指導、答疑、監(jiān)控和評價學生。

4 激發(fā)學生創(chuàng)新能力

成立開放實驗室和科技活動小組，讓學生自主地開展實驗，切實培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識，使實驗室真正成為滿足不同層次教學需要、面向學生開放的計算機網(wǎng)絡技術實驗基地和人才培養(yǎng)基地，從而達到培養(yǎng)學生的實踐能力、創(chuàng)新能力和就業(yè)創(chuàng)業(yè)能力，進而達到工程化教育的目的。

實行分組實驗，增強合作能力。計算機網(wǎng)絡的部分實驗不是一個人能夠單獨完成的[8]，在實際教學中，讓學生自主分組共同完成同一個實驗項目，在實驗過程中，學生不僅僅掌握了知識，更重要的是鍛煉了他們的團隊精神和協(xié)調能力。

基本實驗和自主實驗結合，教學中不局限于給學生提供要掌握的實驗，同時還可以給學有余力的學生一些自主學習項目，鍛煉學生自主學習的能力。撰寫課程論文，掌握發(fā)展動態(tài)。在實驗課程結束時，給學生布置關于了解計算機網(wǎng)絡一項新技術的論文，并談談自己對于本課程的認識。教學實踐證明，論文的撰寫不僅能夠加深學生對課程的認識，同時還能培養(yǎng)學生適應未來工作需要的能力和素質。

5 結束語

為了提高應用型高校網(wǎng)絡實驗教學的質量，實現(xiàn)工程化思想，急需對實驗教學體系和教學內容進行改革。根據(jù)創(chuàng)新性實驗教學理念，構建一體化的教學體系，制定符合實際的創(chuàng)新型實驗內容，采用虛擬環(huán)境和真實環(huán)境相結合的實驗平臺，能夠有效提高學生的創(chuàng)新能力，從而使網(wǎng)絡實驗教學效果得到了很大的提高。有效培養(yǎng)了學生的技能、創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力以及學生的綜合素質，體現(xiàn)了應用型高校工程化教育的辦學思想。

[1]溫濤.基于TOPCARES-CDIO的一體化人才培養(yǎng)模式探索與實踐[J].計算機教育，2010,8(11):23-29

[2]張川,楊潤萍,周宗鋼.獨立學院計算機網(wǎng)絡課程教學模式改革與探討[J].計算機時代,2012(8):48-52

[3]朱曉靜,林元乖.基于多維互動模式的計算機網(wǎng)絡實驗教學改革與實踐[J].中國科技信息,2012(24):105-108

[4]柳嬋娟.計算機網(wǎng)絡實驗教學模式的改革[J].計算機教育,2010(13):123-136

[5]林元乖.創(chuàng)新型計算機網(wǎng)絡實驗教學研究[J].實驗技術與管理,2010,27(12):174-177

[6]杜興勇,劉海東.創(chuàng)新計算機網(wǎng)絡實驗教學與實驗平臺的改革探索[J].中國成人教育,2009(16):149-152

[7]王盛邦.基于網(wǎng)絡技術的計算機網(wǎng)絡實驗課程體系[J].實驗室研究與探索,2010,29(4):49-51

[8]王培俊.建設虛擬設計與制造創(chuàng)新性實驗平臺多層次培養(yǎng)創(chuàng)新能力[J].實驗技術與管理,2010,27(3):100-102

2013-08-16

安徽省高等學校省級教學研究項目“以應用能力培養(yǎng)為導向的計算機專業(yè)實踐教學方法研究”(2008jxm518)；宿州學院教學研究項目“應用型高校計算機網(wǎng)絡實驗創(chuàng)新教學研究”(szxyjyxm201111)；安徽省高等學校省級教學研究項目“地方本科高?！吭接媱潯虒W質量保障體系的構建”(2012jyxm540)；安徽省教育廳質量工程項目“注重CAD能力培養(yǎng)的化工專業(yè)實踐教學研究”(20101077)；宿州學院教學研究項目“操作系統(tǒng)雙語教學的研究”(SZXYJYXM20110)；安徽省高等學校省級教學研究項目“CAD應用能力培養(yǎng)”(20101077)。

張萬禮(1977-)，安徽宿州人，碩士，講師，主要研究方向：計算機網(wǎng)絡，物聯(lián)網(wǎng)。

10.3969/j.issn.1673-2006.2014.01.034

G642.0

A

1673-2006(2014)01-0118-03

(責任編輯劉小陽)