淺析現(xiàn)代教育技術(shù)在計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)中的應(yīng)用

山東協(xié)和學(xué)院 劉莉

實驗教學(xué)是高等教育的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神，發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，提高創(chuàng)新能力，進行傳統(tǒng)教學(xué)模式改革的重要途徑。伴隨著全國信息化建設(shè)大潮，數(shù)字校園建設(shè)也得以穩(wěn)步推進：以計算機、多媒體、人工智能、虛擬現(xiàn)實、模擬仿真技術(shù)為主基調(diào)的現(xiàn)代教育模式得以提速并實現(xiàn)跨越式發(fā)展，如何將這種現(xiàn)代教育模式完全融入實驗教學(xué)之中成為促進素質(zhì)教育深入發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

計算機網(wǎng)絡(luò)專業(yè)中有關(guān)交換機和路由器的實驗是配合《計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》、《數(shù)據(jù)通信與計算機網(wǎng)絡(luò)》、《交換與路由技術(shù)》等課程教學(xué)而專門開設(shè)的實驗課程，實驗內(nèi)容的選取是現(xiàn)在計算機網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域比較有代表性的專題科目，實驗的目的就是更好地理解教材中“網(wǎng)絡(luò)組件”、“數(shù)據(jù)包在各層的流動”，“路由”、“交換”等網(wǎng)絡(luò)經(jīng)典概念的含義。我校計算機科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程、物聯(lián)網(wǎng)工程、電子信息工程等專業(yè)都開設(shè)了這幾門專業(yè)核心課程。計算機網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)任務(wù)通俗講就是使得學(xué)生擁有計算機網(wǎng)絡(luò)中IP地址整體規(guī)劃能力，熟練掌握交換機、路由器的配置方法，針對用戶的各種需求整合配置相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。學(xué)生通過計算機網(wǎng)絡(luò)課程的學(xué)習(xí)可以進一步認識和理解計算機相關(guān)體系結(jié)構(gòu)，并針對華為、思科等國內(nèi)外大型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商的產(chǎn)品應(yīng)用案例進行學(xué)習(xí)，提高學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)從業(yè)范疇的動手能力，促進就業(yè)率的提升。

一、高校計算機實驗教學(xué)現(xiàn)狀

近年來，隨著我國教育事業(yè)迅速提升，各高校的招生規(guī)模不斷擴大，大學(xué)里面學(xué)生的保有量日趨增大，院校緩慢充實的硬件資源與快速擴招的生源相形成強烈的反差和不對等，而硬件資源中最明顯的短板就是高校實驗環(huán)節(jié)：僧多粥少是最典型的寫照，幾個人才分得一臺機子做實驗。即使是這樣的情況，還存在設(shè)備型號老化、軟硬件方面的配置不夠合理等現(xiàn)象存在，從而嚴重阻礙學(xué)生動手能力的提升，對教材中理論觀點的認知程度也因為學(xué)生無法“親自上手”驗證觀點而大打折扣，無法滿足教學(xué)所需，具體存在的問題如下：

1.出于使用安全和方便維護，很多學(xué)校實驗PC的BIOS 都設(shè)置了密碼，硬盤也有相對應(yīng)的保護卡，操作系統(tǒng)屏蔽了控制面板等系統(tǒng)組件，學(xué)生在實驗課上根本無法進行BIOS 的設(shè)置以及對OS系統(tǒng)組件和應(yīng)用軟件的安裝調(diào)試。

2.由于上機課會經(jīng)常做一些比如磁盤分區(qū)、邏輯格式化、安裝操作系統(tǒng)等類型的試驗，理論上來講，會在一定程度上對硬件設(shè)備折舊或損耗。因此，很多授課教師為了規(guī)避這種狀況，類似實驗課基本上都采用 “純口述”方式的課堂教學(xué)。

3. 高校當(dāng)前機房建設(shè)規(guī)劃及試驗設(shè)備采購步伐相比生源的“爆炸增長”嚴重脫節(jié)，無法滿足學(xué)生實驗課時的實際所需，不能進行相應(yīng)計算機網(wǎng)絡(luò)實驗。

4.實驗環(huán)境相關(guān)物理條件欠缺，導(dǎo)致很多系統(tǒng)實驗（各種類型操作系統(tǒng)的安裝）和網(wǎng)絡(luò)安全實驗（網(wǎng)絡(luò)設(shè)備攻防安全策略及數(shù)據(jù)抓包分析）無法正常演練，這樣一來學(xué)生只能在課堂上獲取干癟的理論知識，或者是僅僅嘗試一些入門操作，網(wǎng)絡(luò)知識學(xué)習(xí)效果大打折扣，動手能力就更不必說。針對以上存在的這些問題、參照當(dāng)前IT發(fā)展的形勢，完全可以將多媒體技術(shù)和計算機虛擬化技術(shù)應(yīng)用在實驗教學(xué)過程中，在實際硬件資源嚴重不足的情況下確保實驗教學(xué)工作保質(zhì)（實驗效果）保量（實驗課時）正常開展。

二、利用多媒體課件專業(yè)制作平臺豐富和增強教材實驗科目實操階段的教學(xué)手段

依據(jù)計算機網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計，主講教師將當(dāng)堂實驗課制作成課件后提前加載到“超星學(xué)習(xí)通”應(yīng)用平臺中，這樣隸屬于該教師平臺賬號下的學(xué)生用戶在正式實驗課之前即可以通過課件觀摩相關(guān)實驗內(nèi)容：包含音視頻素材的課件可“聲圖并茂”地呈現(xiàn)出實驗?zāi)康?、實驗儀器的全方位功效及使用介紹，同時還提供儀器各細節(jié)的高清圖片，接著短視頻講解各個實驗環(huán)節(jié)的操作步驟。各步驟間會留有長短不一的時間間隔，便于學(xué)生理解吃透課件中傳遞出的理論要點。當(dāng)然了，根據(jù)實際情況，我們亦可邊看多媒體課件邊“同步上手”，真實操作。課件不僅動（視頻）靜（圖片）結(jié)合，更有授課老師娓娓道來的旁白，可謂生動形象地展示了各實驗操作步驟要領(lǐng)。

在實驗課正式講授過程中，為統(tǒng)一學(xué)生實驗進度，可要求學(xué)生在實驗之前依據(jù)老師加載在“超星學(xué)習(xí)通”中的課件為參照標(biāo)準(zhǔn)，提前熟練掌握課件中的實驗步驟，切實領(lǐng)會各步驟要驗證的試驗觀點。當(dāng)學(xué)生在真正的“物理實驗”過程中遇到的問題上報后，授課老師可以借助平臺工具，通過分析抽取學(xué)生共性問題進行有針對性集中講解，避免實驗過程中因個人操作不當(dāng)?shù)确菍嶒灩收弦蛩囟侠壅麄€實驗課進度的情況出現(xiàn)。

三、將虛擬化技術(shù)應(yīng)用在計算機網(wǎng)絡(luò)實驗中

由于計算機網(wǎng)絡(luò)實驗有時規(guī)模較大，搭建實驗環(huán)境需要用到的設(shè)備較多，如PC及相應(yīng)單機操作系統(tǒng)、服務(wù)器及相應(yīng)服務(wù)器操作系統(tǒng)、單片機、交換機、路由器、防火墻等，相應(yīng)地就需要匹配面積較大的實驗室，高校實際的機房實驗環(huán)境以及硬件設(shè)施都很難滿足網(wǎng)絡(luò)實驗課要求，大大降低了學(xué)習(xí)效率，即使勉強做通網(wǎng)絡(luò)實驗，效果也不會太好。而虛擬化技術(shù)則可以有效解決實驗室硬件條件不達標(biāo)的難題，將為數(shù)不多的物理實驗設(shè)備進行多次完整克隆，滿足多人同時進行實驗操作。在搭建的虛擬環(huán)境中，學(xué)生可以通過一臺電腦的虛擬系統(tǒng),身臨其境地完成多個不同的網(wǎng)絡(luò)實驗任務(wù)，不僅為學(xué)生完成多個實驗增加了上手操作的機會，培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力，對高校管理部門而言，也有效提高了有限硬件設(shè)備的綜合利用率，大大緩解校方教育硬件設(shè)施嚴重不足的窘迫局面，達到學(xué)生和學(xué)校雙贏的目的。

另外，在實驗教學(xué)中涉及交換機、路由器、防火墻的調(diào)試配置問題，可引入一些實用性和針對性較強的模擬軟件，最典型的就是思科的PacketTracer、GNS3，華為的eNSP， 尤其是GNS3這款應(yīng)用軟件,甚至可以灌入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的IOS來逼真模擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置過程，學(xué)生在GNS3環(huán)境下得到的使用體驗完全可以媲美真實的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。不但能夠為學(xué)校節(jié)約大量的建設(shè)網(wǎng)絡(luò)實驗室的成本，還能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和動手能力，可謂一舉多得。比如，“計算機網(wǎng)絡(luò)”實驗教學(xué)的過程中， VLAN 劃分、跨VLAN間通訊及相關(guān)交換機配置的實驗時，因為該實驗不但要有二層交換機，還需要三層交換機或路由器等三層設(shè)備的支持才能展開實驗，所以學(xué)生參與實驗學(xué)習(xí)的整體成本十分昂貴，出于資金壓力，高校也無法為學(xué)生配置人手一套的實驗設(shè)備硬件。此種情形，通過虛擬化技術(shù)，在各虛擬主機中運行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模擬軟件，搭建相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)案例拓撲并進行各組件的相關(guān)命令配置，從而完成交換機仿真配置實驗順利展開。

除此之外，學(xué)生動手能力層次不齊，有的不能在課上按時完成實驗任務(wù)，有的是實驗沒有達到預(yù)期目標(biāo)，這種情況在實際的物理實驗條件下很難進行處理，因為實驗室無法給你保留實驗進度或配置現(xiàn)場，但在虛擬環(huán)境中這種情況根本不是問題，因為虛擬系統(tǒng)只是主系統(tǒng)中的一個文件，每個人都有屬于自己的文件，根據(jù)自己的意愿隨意使用和管理，相互之間不會造成任何干擾，上次實驗結(jié)果在下次上課的時候會完整保存下來，學(xué)生完全可以繼續(xù)實驗，無需重頭再來。這樣一來，學(xué)生實驗課程進度不一的問題就可以迎刃而解了。

對于虛擬環(huán)境中實施的一系列操作，其實和現(xiàn)實系統(tǒng)是一樣的，包括命令執(zhí)行后的系統(tǒng)的回饋、命令輸入錯誤提示、實驗案例的最終運行效果等。對于實驗室硬件設(shè)施這方面，高校無需投入過多的資金，便可以對原有的網(wǎng)絡(luò)實驗室設(shè)備進行更新和改進，為學(xué)生打造一個良好、實用的實驗環(huán)境，避免由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備短缺或?qū)嶒炇颐娣e不足而對學(xué)生的實驗效果造成不良影響，也不會額外增加設(shè)備的養(yǎng)護和維修費用。同時虛擬化技術(shù)的合理使用，可以讓學(xué)生在一臺物理電腦上進行多項網(wǎng)絡(luò)安全實驗，在安裝調(diào)試這些應(yīng)用平臺的過程中，學(xué)生可以充分掌握不同工具的不同使用方法，將理論知識更好的應(yīng)用到實踐當(dāng)中，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情的同時保證了較高的學(xué)習(xí)效率。

四、結(jié)束語

綜上所述，眼下諸多高校受限于資金壓力，計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)存在很多問題：有的是設(shè)備數(shù)量不足，有的是設(shè)備種類不全、還有的就是設(shè)備的配置參數(shù)已經(jīng)遠遠低于當(dāng)下的要求，凡此種種，嚴重影響了教學(xué)質(zhì)量。而將現(xiàn)代化教育技術(shù)（高清畫面結(jié)合音視頻一體的幻燈教案、虛擬化系統(tǒng)、專業(yè)模擬軟件平臺）應(yīng)用到高校計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)中，不僅可以有效解決實驗設(shè)備不足、種類不全的問題，同時也能變向擴大實驗空間，豐富實驗案例，線性控制實驗進度，從而打造良好的實驗教學(xué)環(huán)境，保證學(xué)生實驗課的數(shù)量和質(zhì)量，在提升學(xué)生計算機網(wǎng)絡(luò)能力的同時增強其綜合素質(zhì)，由此可見，現(xiàn)代化教育技術(shù)對于高校的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)來說極具推廣價值。