優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)主干課程教學內(nèi)容體系的探索與實踐

云紅艷,潘振寬,趙志剛,高 磊

（青島大學 計算機科學技術(shù)學院，山東 青島 266071）

0 引 言

網(wǎng)絡(luò)工程是新興的工程教育專業(yè),地方本科院校網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)建設(shè)需要依據(jù)《計算機類專業(yè)教學質(zhì)量國家標準》、工程教育專業(yè)認證要求和高等學校網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)規(guī)范,通過強化專業(yè)內(nèi)涵建設(shè),提高人才培養(yǎng)質(zhì)量[1]。當前高校網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)在應用型人才培養(yǎng)上存在以下問題[2]:①網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)課程知識體系更新慢;②專業(yè)課程實踐教學案例和創(chuàng)新實驗設(shè)計相對薄弱,理論與實踐存在一定脫節(jié);③網(wǎng)絡(luò)環(huán)境受限、實驗設(shè)備條件不足、設(shè)備更新慢;④以“教師為主”的傳統(tǒng)課堂教學模式重在傳授知識,忽視了學生的認知主體作用,對學生進行科學思維方法訓練不足[3]。這些問題都不利于網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

學生創(chuàng)新能力的提升離不開專業(yè)教育教學水平的提高,而課程教學是高校專業(yè)教育教學的根本[4]。由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展更新快、網(wǎng)絡(luò)新應用層出不窮,必須根據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展和社會需求,適時調(diào)整優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)課程知識體系[5],以適應“萬物互聯(lián)”時代對高級網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才培養(yǎng)的需求。思科網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學院面向全球教育機構(gòu)免費提供“互聯(lián)網(wǎng)+”信息技術(shù)基礎(chǔ)等通識類課程以及面向網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)和網(wǎng)絡(luò)安全的課程,并免費提供相應的教學云平臺、評測系統(tǒng)和模擬軟件Cisco Packet Tracer。為此,我們在教學中試圖融入思科課程教學內(nèi)容,優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)主干課程知識體系。

1 思科課程簡介

思科“IT Essentials”(簡稱ITE)課程教學內(nèi)容主要包含計算機硬件組成及組裝、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、筆記本與移動電腦等基礎(chǔ)知識。ITE課程的部分教學內(nèi)容與網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)一年級學生的學科導論課計算機科學導論教學內(nèi)容相近。

“CCNA路由和交換:網(wǎng)絡(luò)簡介”(簡稱CCNA1)課程[6]的教學目標:①了解并描述支持數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)通信的設(shè)備和服務(wù);②了解并描述數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中協(xié)議層的作用;③了解并描述IPV4和IPV6環(huán)境中編址和命名方案對于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)各層的重要性;④計算并應用子網(wǎng)掩碼和地址以完成IPV4和IPV6網(wǎng)絡(luò)中的特定要求;⑤使用路由器和交換機構(gòu)建以太網(wǎng),使用命令行界面(CLI)命令執(zhí)行基本的路由器和交換機配置;⑥利用常見的網(wǎng)絡(luò)實用程序驗證小型網(wǎng)絡(luò)操作并分析數(shù)據(jù)通信量。

“CCNA路由和交換:路由和交換基礎(chǔ)”(簡稱CCNA2)課程的教學目標: ①了解并描述基本的交換概念、思科交換機的操作和增強型交換技術(shù);②了解并描述動態(tài)路由協(xié)議、距離矢量路由協(xié)議和鏈路狀態(tài)路由協(xié)議;③小型交換機和路由器網(wǎng)路的配置和故障排除[7];④VLAN配置和VLAN間路由故障排除;⑤了解并描述訪問控制列表(ACL)的用途和類型;⑥IPV4和IPV6的ACL配置、監(jiān)控及故障排除;⑦了解并描述動態(tài)主機配置協(xié)議(DHCP)和域名系統(tǒng)(DNS)的操作;⑧描述、配置網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換(NAT)的操作并對其進行故障排除。

“CCNA路由和交換:擴展網(wǎng)絡(luò)”(簡稱CCNA3)課程的教學目標:①了解、配置和排除增強型交換技術(shù)故障,例如VLAN、快速生成樹協(xié)議(RSTP)、增強型VLAN生成樹協(xié)議(PVST+);②了解、配置和排除交換網(wǎng)絡(luò)中的第一跳冗余協(xié)議(HSRP)故障;③了解、配置和排除無線路由器和無線客戶端故障;④配置和排除復雜路由IPV4或IPV6網(wǎng)絡(luò)(使用單區(qū)域OSPF、多區(qū)域OSPF和增強型內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議EIGRP)中的路由器故障;⑤管理Cisco IOS配置文件。

“CCNA路由和交換:連接網(wǎng)絡(luò)”(簡稱CCNA4)課程的教學目標:①了解并描述不同WLAN技術(shù)及其優(yōu)點;②了解并描述虛擬專用網(wǎng)絡(luò)(VPN)和隧道的操作和優(yōu)點;③理解、配置串行連接并對其進行故障排除;④理解、配置寬帶連接并對其進行故障排除;⑤理解、配置IPsec隧道操作并對其進行故障排除;⑥理解、配置網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換(NAT)并對其進行故障排除;⑦使用系統(tǒng)日志、SNMP和NetFlow監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)操作并對其進行故障排除;⑧了解并描述網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

2 優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)核心課程知識體系

選取思科ITE課程和CCNA系列課程融入網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)主干課程教學知識體系,建立網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)階梯式競賽梯隊框架,如圖1所示。

圖1 融入思科課程優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)主干課程教學知識體系框架

融合思科ITE課程優(yōu)化計算機科學導論課程;融合思科CCNA1課程優(yōu)化計算機網(wǎng)絡(luò)原理課程;融合CCNA2課程優(yōu)化路由與交換技術(shù)課程; 融合CCNA3和CCNA4課程優(yōu)化“網(wǎng)絡(luò)工程”課程。通過融合思科課程教學內(nèi)容、實踐教學案例,重新梳理專業(yè)課程教學知識體系、重構(gòu)教學內(nèi)容,推進優(yōu)質(zhì)教學資源建設(shè),提升網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)課程教學質(zhì)量。學生在學習網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)主干課程時,同步注冊思科云平臺學習相應思科課程,成績合格可取得思科課程證書并參加相應的ITE、CCENT和CCNA等競賽。

下面以計算機網(wǎng)絡(luò)原理課程為例進行闡述。計算機網(wǎng)絡(luò)原理課程主要講授計算機網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)概念、基本原理和基本方法;要求學生掌握計算機網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識、TCP/IP 協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)分層參考模型的各層功能和典型網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,了解典型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的組成、特點和工作原理,能夠運用計算機網(wǎng)絡(luò)的基本概念、原理和方法進行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的分析、設(shè)計和應用。

2.1 計算機網(wǎng)絡(luò)原理課程教學內(nèi)容優(yōu)化

計算機網(wǎng)絡(luò)原理課程教學內(nèi)容優(yōu)化如圖2所示,選取CCNA1課程內(nèi)容中的第2章配置操作系統(tǒng)、第5章以太網(wǎng)、第6章網(wǎng)絡(luò)層、第7章傳輸層、第8章IP尋址等章節(jié)的部分教學內(nèi)容和教學案例融入計算機網(wǎng)絡(luò)原理課堂教學中,通過教學案例增加網(wǎng)絡(luò)原理課程理論與行業(yè)應用實踐相結(jié)合的教學內(nèi)容。選用“十二五”普通高等學校教育本科國家級規(guī)劃教材,謝希仁編著、電子工業(yè)出版社出版的《計算機網(wǎng)絡(luò)原理》(第6版)作為教材。教材內(nèi)容選取包含物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應用層的5層網(wǎng)絡(luò)參考模型。教學中根據(jù)教材章節(jié)內(nèi)容重點介紹第1章到第6章內(nèi)容及第9章和第10章的部分小節(jié)內(nèi)容;教學內(nèi)容先總后分,第1章總體概述計算機網(wǎng)絡(luò)原理的基本概念、體系結(jié)構(gòu)、研究內(nèi)容,然后按照網(wǎng)絡(luò)5層參考模型分別介紹各層的功能、原理及算法。網(wǎng)絡(luò)5層參考模型圍繞兩條主線來介紹(如圖2虛線框內(nèi)所示):一是網(wǎng)絡(luò)各層協(xié)議和數(shù)據(jù)封裝;二是網(wǎng)絡(luò)各層典型網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成和功能原理。

圖2 計算機網(wǎng)絡(luò)原理課程教學內(nèi)容優(yōu)化

在教學講授時,注重以下幾個方面[8]:①講透原理:計算機網(wǎng)絡(luò)原理是根本(體系結(jié)構(gòu)、算法原理),Internet技術(shù)是實例(協(xié)議、應用);②弱化介紹數(shù)據(jù)通信知識;③數(shù)據(jù)鏈路層圍繞封裝成幀、透明傳輸和差錯控制3個問題展開;局域網(wǎng)廣播技術(shù)是重點,要求學生理解競爭技術(shù)(重點介紹以太網(wǎng)802.3和第9章的無線局域網(wǎng)802.11);④點-點通信是端-端通信的基礎(chǔ),引入滑動窗口概念,在滑動窗口機制的講授中強調(diào)流量控制;⑤網(wǎng)絡(luò)層圍繞分組交換技術(shù),用教學案例和仿真軟件模擬介紹IP協(xié)議、ARP協(xié)議、路由協(xié)議的功能原理,增強抽象協(xié)議的可理解性;⑥傳輸層中重點介紹TCP連接管理和擁塞控制;⑦應用層介紹DNS域名系統(tǒng)、文件傳送協(xié)議FTP、電子郵件和萬維網(wǎng)WWW等應用;⑧介紹下一代網(wǎng)際協(xié)議IPv6地址空間內(nèi)容。

主講教師講授計算機網(wǎng)絡(luò)原理課程時在思科云平臺為學生注冊開班,學生利用課下時間同步學習思科CCNA1的課程內(nèi)容,作為計算機網(wǎng)絡(luò)原理課程學習的課外補充。學生通過在線參加思科課程章節(jié)測試、PT技能考試、期末考試,考試成績合格的學生可獲得思科CCNA、課程結(jié)業(yè)證書。

2.2 計算機網(wǎng)絡(luò)原理課程實驗教學內(nèi)容優(yōu)化

實驗教師選擇思科課程實驗教學案例和任務(wù)設(shè)計場景,為學生提供更多設(shè)計型實驗項目和綜合實驗任務(wù),以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)核心課程實驗。通過加強學生實踐應用能力培養(yǎng),拓展學生網(wǎng)絡(luò)知識技能訓練。利用仿真軟件剖析計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的原理及工作過程,通過協(xié)議交互型實驗設(shè)計驗證,加深學生對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的認知及開發(fā)設(shè)計理解;通過“進階式”的實驗方式,引導學生建立“協(xié)議分析-協(xié)議學習-協(xié)議開發(fā)-協(xié)議應用-協(xié)議測評”為主線的學習方式,從而深入掌握計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議知識;在實驗中,強調(diào)學生的主動性和設(shè)計性,拓寬學生的思路。

Packet Tracer是思科公司推出的一款仿真軟件程序,能夠為思科認證網(wǎng)絡(luò)工程師(CCNA)學習提供幫助?；赑acket Tracer可以方便地構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗平臺、模擬試驗網(wǎng)絡(luò)行為、構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型并提出假設(shè)問題[9]。使用Packet Tracer可以仿真相對復雜的網(wǎng)絡(luò)拓撲,且不受實驗場地、實驗環(huán)境和設(shè)備的限制。另外,思科云協(xié)作教學平臺提供在線Packet Tracer實驗技能測試題庫和自動評分系統(tǒng),方便師生利用思科云協(xié)作教學平臺進行在線實驗測試和評分。

根據(jù)計算機網(wǎng)絡(luò)原理實驗課程教學大綱要求,選取CCNA1的9個實驗設(shè)計案例(見表1)。實驗教師可根據(jù)實驗課時選取表1中的實驗用于計算機網(wǎng)絡(luò)原理實驗課教學。

表1 計算機網(wǎng)絡(luò)原理實驗課選取的CCNA1實驗

3 結(jié) 語

2015年青島大學計算機科學技術(shù)學院與思科公司合作成立“青島大學思科網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學院”。2016年獲批教育部-思科公司產(chǎn)學合作改革課程建設(shè)項目--“計算機網(wǎng)絡(luò)原理”省級精品課程立體化建設(shè)。以培養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)創(chuàng)新人才為目標,以產(chǎn)學合作課程建設(shè)為契機,青島大學計算機科學技術(shù)學院教師研究思科ITE課程和CCNA系列課程教學知識體系,選取思科課程部分教學內(nèi)容、網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)和教學實踐案例,重新梳理專業(yè)課程教學知識體系、重構(gòu)組織教學內(nèi)容;依托思科網(wǎng)院云協(xié)作平臺實驗環(huán)境和仿真軟件Packet Tracer搭建課程虛擬實驗平臺,設(shè)計綜合性課程實驗項目和創(chuàng)新訓練項目。

經(jīng)過2學年4學期的教學實踐,青島大學計算機科學技術(shù)學院累計有6門次專業(yè)主干課程優(yōu)化融合思科課程教學內(nèi)容,在10個教學班中進行專業(yè)課程教學改革實踐;累計超過500名學生在思科云平臺同步注冊在線學習ITE、CCNA1、CCNA2課程;組織超過50名學生參加大學生網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大賽和中國高校計算機大賽-網(wǎng)絡(luò)技術(shù)挑戰(zhàn)賽,并獲得全國本科組比賽二等獎、全國三等獎和華東賽區(qū)比賽二等獎和三等獎;超過60名學生參加專業(yè)課程相關(guān)大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目;2017年青島大學網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)學生考研錄取率接近40%。通過專業(yè)主干課程教學內(nèi)容體系改革,更新了主講教師教學知識結(jié)構(gòu),激發(fā)了學生專業(yè)學習興趣,在教學實踐中取得了較好的教學效果,切實提高了專業(yè)課程教學質(zhì)量和人才培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

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