摘要：分析实验教学环节的4大要素，提出实验教学结构改革的3个方向：面向能力培养的实验设置，主体一主导论的师生角色以及现场实验与仿真实验并存的实验模式;阐述每个方向的改革目标、改革方法和具体的改革内容。
关键词：网络工程;实验教学;教学结构改革
引言
近年来，随着社会对应用型人才的需求，各高校工科教育的重心从理论偏向实践，加大了课程中实践性教学环节的力度，突出了对学生实践素质和创新能力的培养。网络工程是计算机网络系列课程中的一门核心课程，又是应用性较强的课程，其主要教学内容包括网络基本组件及其应用、网络拓扑规划与设计、网络应用与服务的建立以及网络工程的组织与实施等。作为一门工程性课程，除了要通过课堂教学使学生全面掌握相关理论知识外，立足网络工程应用实际需求，培养学生的网络设计、安装、维护与管理的应用技能也是该课程设置与实施的重要目标。在该课程的设置与实施中，强化实践教学环节，对实验教学进行合理的设计是非常必要的。
目前，已有许多高校结合自身的培养特色从硬件和软件两方面对实验教学进行了大量的改革探索。硬件方面加大了网络工程实验室的建设力度，丰富了实验资源配置，使实验室环境尽可能地满足高层次实验的要求;软件方面改革了实验教学的方式方法，促进了学生的学习积极性，提高了学生的专业学习水平。然而，由于学科技术的发展、社会需求的变化以及学生自身的差异，如何使网络工程的实验教学结构适用新的需求仍然是值得探索的问题。
1 实验教学环节的要素及教学结构改革的方向
任何实验教学环节都包括教师、学生、实验内容及实验工具或环境4大要素，网络工程的实验教学也不例外。这4大要素不是孤立的，而是相互联系，相互作用的，其具体关系如图1所示。教师根据教学内容的要求依托现有的可为学生提供的实验工具及环境设置实验教学的内容，学生使用对应的实验工具或设备完成教师布置的实验任务。同时，教师在实验实施环节中还负责对学生指导、监督和检查。
整个实验教学过程中，如何有效协调教师与学生，实验内容与实验工具或环境之间的关系，从而促进教师设置更合理的实验内容，激发学生实验环节的积极性，以及如何在现有条件下，加强实验工具或环境对实验内容的支持是网络工程实验教学能否取得良好成效的关键问题。
为了使网络工程的实验教学环节更有实效，笔者将从实验内容、实验工具及实验教学中的师生角色3个方向探索该课程的实验教学结构改革。改革过程中除充分体现实验教学对基本知识、基本技术和基本技能的培养外，重点推行面向能力培养的实验设置、主体一主导论的师生角色以及现场实验与仿真实验并存的实验模式等3种教学结构在实验教学环节的综合运用，以使实验教学过程的针对性更强，效果更明显。
2 实验教学结构改革的具体内容与方法
2.1 面向能力培养的实验设置
实践创新能力的培养是目前实验教学环节的重要目标。为了适应不同层次的培养目标，许多高校根据实验内容的难易程度将实验分为验证型、操作型、综合型和设计型等几种类型。然而，这种单一的划分方式不能很好地体现对学生各种能力的培养需求。
学生的实践创新能力是多方面具体能力的综合体现，包括发现问题能力、问题解决能力、想象能力、实验设计能力、技术开发能力、产品改进能力和应用能力等，因而有必要建立面向各种具体能力培养的更细粒度的实验设置体系。本文结合本校的网络工程课程教学要求和目标，从知识学习能力、问题发现和解决能力、实验设计能力、学习迁移能力4个角度设置实验内容，希望探讨一种更好的培养学生能力的教学方法。
2.1.1 面向知识学习能力的实验
面向知识学习能力的实验的教学目标是让学生学习网络工程中基本组件的配置使用方法和验证基本组件的工作原理。通过实验，学生能达到加深理解和巩固课堂教学内容的目标。这类实验的内容设置方法与传统的验证型或操作型实验相似，由教师指定具体的实验内容及实验步骤，学生通过逐步完成实验，掌握实验内容涉及的相关知识。为了加深学生对实验内容的记忆和学习，教师还应在实验结束后，总结实验实施过程中学生普遍存在的问题和易犯的错误。适用于该类型的实验内容包括网络线缆的制作、交换机与路由器的启动及基本配置等。
2.1.2 面向问题发现和解决能力的实验
面向问题发现和解决能力的实验的教学目标是让学生学习如何在实际网络运行环境中发现存在的问题，以及利用所学知识解决这些问题，从而获得对网络知识的深刻理解和深入把握;培养学生运用理论知识进行网络应用的能力，为学生未来从事网络应用和管理的相关工作打下良好的基础。
该类实验内容设置的难度较大，教师需根据教学内容和自身经验，设计完整的网络拓扑与配置方案，将网络应用中可能存在的实际问题部署在实验网络中。学生的实验任务就是发现教师设计的网络中存在的问题，并进一步提出对这些问题的解决方案，最终依据自己可行的解决方案完成实验的配置和测试任务。
该类实验不同于传统实验，学生在整个实验实施过程中，没有事先确定的步骤可循。在问题发现阶段，学生需经过自己的观察和测试分析网络存在的问题，这种方式既锻炼了学生分析和发现问题的能力，同时也激发了学生的实验兴趣;在问题解决阶段，实验设置不拘泥于统一的解决方案，这使得学生有了更大的自主空间，发挥自身的主动性和创新性。他们可根据已发现的问题，提出自己的解决方案并论证其合理性，最终完成实验任务。适用于该类型的实验包括路由协议、路由环路、广播风暴以及交换机环路等。
2.1.3 面向实验设计能力的实验
面向实验设计能力的实验的教学目标是进一步深化学生对网络系统及规划设计的理解，让学生学习如何收集网络需求、分析网络性能、制定具体网络技术解决方案及网络工程的实施。 该类实验设置的内容包括两部分：文档设计和实验部署。教师使用案例式教学方法，通过具体情境，提出实验设计的问题和要求。学生需详细分析这些问题和要求，确定具体的实验设计方案(包括网络拓扑)，并进一步将方案转化为具体的实现。
实验设计能力是实验能力的最高层次，其本身具有较强的综合性、创造性和灵活性等特点。笔者所提出的面向实验设计能力的实验设置部分类似于传统的综合设计型实验，但更强调设计环节，要求学生必须完成设计文档，文档中需针对实际情境中的具体问题和要求是否在实验设计方案得以体现和解决给出详细说明。适用于该类型的实验有小型局域网设计实践和三层网络规划设计等。
2.1.4 面向学习迁移能力的实验
所谓学习迁移能力是指应用一种情境中所学的理论和知识解决另一情境中相似问题的能力，有时也被认为是教育的最终目标。面向学习迁移能力的实验的教学目标就是让学生利用已学的一种理论知识和原理通过自学解决另一种相似原理的设备使用和配置问题。
这种类型的实验是本文教学改革中最大胆的一个尝试，希望通过该实验的设置在一定程度上启发和培养学生的学习迁移能力，为学生后续的深造学习及相关应用建立基础。该类实验设置的内容完全是学生自学知识，教师只提出实验目标和实验结果要求，由学生独立自学完成实验，教师只针对学生遇到的疑难问题统一讲解。适用该类型的实验如防火墙的配置与使用，由于包过滤防火墙的工作原理与路由器的访问控制列表的工作原理相似，因而学生可将之前所学知识迁移应用到该实验的实施过程中。
2.2 主体一主导论的师生角色
教师与学生是教学活动中的两大主体，构成了教与学的基本关系。传统的网络工程实验教学以教师为中心，遵循“传授知识一以知识点为核心设计实验一布置实验任务一检查实验结果”的基本过程，学生在整个实验环节中只能被动接受，按部就班地完成实验任务，束缚了学生学习主体作用的发挥，不利于学生应用能力和创新思维的培养。
建构主义学习理论强调以学生为中心，要求学生由外部刺激的被动接受者转变为信息加工主体和知识意义的主动构建者，而教师则转变为学生知识构建的帮助者和促进者。这种教学结构虽然极大程度地促进了学生的主动学习，但忽略了教师的主导作用，学生在学习过程中可能偏离教学目标。因而，有些教育工作者提出了优势互补的教学模式，即以教师为主导，以学生为主体的“主体一主导论”。我们使用“主体一主导论”的思想处理网络工程实验教学的师生角色，力求实验过程中的教师主导作用和学生主体地位的体现，同时对教师和学生也提出了新的要求。
2.2.1 教师的主导作用
教师的主导作用体现在实验设置、实验活动监控和实验检查评价3个步骤中。面向能力培养的实验设置对教师提出了更高的要求，不但要求教师全面把握教学目标和内容，还需要教师增加网络工程的实际经验，推动教师投入更多的精力和时间去考查、思考和设计复杂的基于学生各种具体能力培养的实验。在实验活动监控环节，教师需充当帮助者和促进者的角色，尽可能引导学生独立完成实验过程。最后，在实验检查评价阶段，教师对实验报告的要求不拘泥于实验步骤和结果，应通过实验报告促进学生对实验的反思和反馈，给学生更大的空间思考一些开放性的问题。
2.2.2 学生的主体地位
学生是实验教学环节的主体，其主体地位体现在学生“思考分析一自我展示一反思总结一调节提高”的完整过程中。学生在实验过程中要充分发挥主动性，积极分析情境和思考问题，弄清楚需求是什么，该采用什么技术来满足需求，然后自己动手解决和实现问题;还需反思总结前期行为，以便对实验过程有全面的解析和认识，促进改进未来行为;必要时学生还可通过与其他同学的团结合作或与教师的交流沟通完善自己的认识。
2.3 现场实验与仿真实验并存的实验模式
网络工程的特点决定其实验设备的复杂性和多样性，国内高校网络工程实验室的基本硬件多以小型的交换机和路由器为主，辅以少量的网络设备、终端。限于资金与场地空间的不足，现场网络实验室的条件限制了实验组网的规模，无法有效地给学生一个完整的实验平台，从而影响了部分实验的部署实施。
