随着计算机网络技术的发展, 计算机网络课程,作为学习过程中所必须的实践环节———计算机网络实验, 发挥着理论学习不可替代的重要作用[ 1 ] 。从专业教育角度出发, 计算机网络实验可以培养学生理解、建设、管理和应用网络的能力; 从素质教育角度出发, 它可以培养学生分析和解决问题的能力。目前不少高等学校设计的计算机网络实验内容还停留在对现有网络产品应用的层面上, 这种透明的使用网络产品实验方式并不能让学生理解其产品内在的工作机理,而在实验中补充网络产品原理介绍时既占用课时、又打乱课程内容的整体结构, 由于单一网络产品仅涵盖了小部分网络技术, 会影响学生实验的积极性

　　因此, 设计和使用好计算机网络实验对与提高学生实验兴趣、增强其动手能力至关重要, 根据计算机网络课程组近些年在网络实验的设计和使用方面所进行的尝试和创新, 探索出一种适用于计算机网络实验的新框架, 对课程的改革和发展起到促进作用。

　　1 实验框架

　　本文设计的计算机网络实验框架是以实验库为核心, 分为实验设计和实验使用两个阶段。实验设计直接决定了实验库的质量, 实验使用是对实验库的实践检验。在实验设计阶段, 主要关注的是实验内容选择、结构组织和操作方式设计, 可供参考的来源可以是教学和实际应用中经过加工的原理和方法。由于实验使用效果还会影响到原来实验的设计, 因此使用实验时, 还要注重环境、方式、过程、考核等方面的处理, 下面以典型的计算机组网实验为例, 具体说明两阶段实验框架的使用。

　　2 实验设计

　　实验教学是以内容为核心、以结构为框架、以形式为特点的, 因此实验设计应该从内容、结构和形式这3个方面综合进行考虑。

　　211 实验内容在教学过程涉及到应用性强的知识点时, 可以实验的方式让学生加深理解。而设计合理的实验内容应该遵循如下3条基本原则:

　　(1)联系教学内容。

　　计算机网络课程的教学内容通常包括计算机网络基本概念: 1 ) 数据通信技术; 2 ) 网络体系结构;3)因特网原理及应用; 4)局域网技术; 5)广域网技术; 6)网络操作系统; 7)网络安全和管理等[ 6 ] 。实验受学时限制, 应做到少而精, 因此在设计实验内容时, 实验尽量覆盖所有的教学内容, 体现课程对知识点的教学要求。表1所示的实验反映了内容与教学要求的对应关系, 通过将实验内容与理论知识交叉渗透, 加深了学生对理论知识的理解[ 7 ] 。

　　(2)反映技能水平。

　　设计计算机网络实验的目的是为了提高学生的专业技能和素质, 所以实验按照技能水平可以分为4类, 即:懂———理解网络原理、相关协议和标准;建———掌握组建网络的工程技术;管———学会管理、配置和维护网络;用———在理解基本应用基础上, 学会使用将网络作为信息发布和管理的平台。实验就是在全面理解各知识点的同时, 通过技能点来反映相关的技能水平。实验内容所表现的技能水平直接决定了实验的质量, 只有那些反映多种技能水平的实验才能有效地培养和锻炼学生的实践能力。

　　(3)紧跟技术发展。

　　伴随着计算机网络技术的快速发展, 会不断涌现出许多新的技术和方法, 实验内容应结合新技术的发展进行调整和, 以满足实际的需求, 为此, 在设计实验内容时需要关注内容的新颖性、实用性和延伸性。

　　1)新颖性: 实验内容应该顺应网络技术的发展方向, 补充各种较为先进和成熟的产品与方法, 激发学生的实验兴趣;

　　2)实用性: 实验内容应该针对不同专业的学生,本着“学以致用”的原则, 围绕一些常见问题, 提供多种可行的解决方案, 突出实验适应应用环境的实用效果;3)延伸性: 实验内容应该具有一定的深度和广度, 需要学生在查阅相关资料并积累一定知识后, 才能设计出问题的具体解决办法, 强化对学生创新能力的培养。考虑到当前网络技术的发展情况, 结合目前的实验环境, 可以对原有实验内容进行了一定的拓展, 例如: 组网实验可以新增如表3所示的内容, 通过实验内容的更新可以保证学生掌握的动手能力能够与网络技术的发展相同步。

　　212 实验结构实验内容包括: “实验名称”要简明扼要; “实验目的”是对知识点和技能点的教学要求; “实验条件”是本次实验所使用的硬件设备、工具和软件; “实验原理”是属于“懂”层面的技能点; “实验内容”是本次实验的总体描述; “实验步骤”是对实验内容中具体操作的描述; “实验提示”是对问题的简单解答; “实验报告”既是对实验记录的整理, 也是对实验的总结和归纳; “实验简介”是相关知识点的介绍; “补充内容”是对基本实验内容在新颖性、实用性和延伸性方面的引申。清晰的实验结构不仅对实验内容的编排起到指导作用, 还方便了教师教学和学生实验。

　　213 实验类型以学生为主体的计算机网络实验, 在形式上可以分为验证、操作、综合和设计等类型。其中验证和操作实验具有既定的实验步骤和实验设备, 一般作为基础实验供多数学生掌握基本的网络原理使用; 综合实验往往要涉及多个实验专题、配置多台异构设备、体现多种实验技能, 可作为提高实验供学生全面提升实践能力使用; 设计实验一般只有实验目标和实验环境, 可作为高级实验供有能力的学生提高网络应用水平使用。表5对实验进行了类型划分, 这种多样化的实验形式不仅满足了不同层次学生的实验要求, 也体现了个性化培养和因材施教的教学理念。

　　3 实验使用

　　311 实验资源计算机网络实验环境对实验设备的种类和性能要求较高。本着经济实用、适当超前的原则, 重新整合了实验资源, 搭建了两种实验环境: 一种是适合大规模学生配置和使用的以网络软件为主导的实验环境,该环境拥有百余台客户机和服务器, 通过高速局域网方式接入校园网; 另一种实验环境是适合小规模学生针对网络硬件设备而使用的, 拥有60余台专用服务器、路由器、交换机、无线AP等专用网络设备, 可供学生自行组网。为了避免设备配置不当对实验的影响, 在第一种实验环境中, 有必要在各台计算机中安装专用的保护卡, 以便系统能够从因误操作引发的出错恢复到正确, 在第二种实验环境中, 需要增设专门的网络设备管理软件以屏蔽那些对设备执行破坏性配置的操作命令。

　　312 实验环境对于同样的实验内容可以根据具体的实验资源构建不同的实验环境, 即真实环境和模拟环境。对于动手能力要求较高的实验, 为了加深学生对实际问题的理解还是比较适合在真实环境中进行的, 而对于网络环境要求不高的实验, 可以采用课外完成、课内验证的方式。与网络硬件设备配置相关的实验, 在实际条件不允许的前提下, 可以考虑使用模拟软件, 如路由器配置等内容就可以使用网络仿真软件Net Boson来实现, 这类软件提供了与真实环境极其相似的操作过程和结果展示。模拟环境虽然不如真实环境直观, 但在未改变实验内容前提下, 降低了对实验对设备的要求, 因此非常适合没有合适硬件条件的学校或者学生在课外自行练习使用[ 8 ] 。

　　313 实验方式对于实验中的基本部分, 通常要求学生在课内按照既定实验步骤完成所有实验内容, 但这种实验方式限定了学生的思维模式, 适合一般层次的学生。为此, 对实验的基本部分进行拓展, 增设了以新颖性和延伸性部分为基础的开放式实验, 教师仅给出实验的目标和要求, 学生可以自行设计实验方 案, 确定实验方法和步骤, 使用开放式实验室提供的软硬件资源,自由组队, 自主安排实验时间, 自己完成实验内容,该方式比较适合高层次的学生。

　　314 过程控制计算机网络实验的实施包括课内外的学习过程。

　　实验前, 学生通过阅读“实验内容简介”理解基本部分的“实验原理”, 明确“实验目的”, 了解“实验条件”, 熟悉“实验内容”; 通过图书馆、因特网等其他渠道获取实验“补充部分”的相关信息, 设计、规划和协调好各自的分工和合作。实验时, 学生以“实验步骤”为中心, 当预期解决方法不能达到既定要求时, 可以通过“实验提示”或者教师辅导途径解决。实验后, 教师作为组织者和引导者, 通过“实验目的”归纳重要的知识点和技能点, 并根据“实验报告要求”要求学生对完成的实验结果进行分析和评估。

　　315 考核方式以往学生的实验成绩是以实验报告为依据的基本实验成绩, 现在还包含了以开放式实验为特色的附加成绩。开放式实验的成绩是从实验内容设计、实验环境选择、成果认定等多方面综合进行评定的。这种评价方式不仅了改变了“重结果、轻过程”的传统实验考核方式, 将培养学生实际动手和解决问题的能力作为新的成绩考核点, 不仅激发了学生的实验热情, 还促进了学生、师生之间的技术交流与互动。展示了学生的实验成果。

　　4 结束语

　　通过重新整合计算机网络课程的实验, 在设计方面, 重点研究与教学内容相联系, 能够反映不同技能水平, 紧跟主流网络技术的实验内容, 进一步规范实验结构, 逐步应用多种类型的实验形式; 在使用方面, 将软件环境与硬件环境相结合, 真实环境与虚拟环境相结合, 课外学习与课内实验相结合,单一考核点与多个考核点相结合。文中实验内容在实验教学过程调动学生的实验热情, 取得了满意的实验效果。 本硕士论文来自专业的计算机论文，如需转载请保留连接：硕士毕业论文

　　参考文献

　　[ 1 ] 教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会. 高等学校计算机基础教学发展战略研究报告暨计算机基础课程教学基本要求[ S]. 北京: 高等教育出版社, 2009.

　　[ 2 ] 夏秦. 计算机网络实验教学改革探讨[C ]. 西安: 大学计算机基础课程报告论坛论文集, 2005.

　　[ 3 ] 何建新, 习胜丰. 网络实验教学改革研究与实践[ J ].实验科学与技术, 2009 (4) : 1432 - 1436.

　　[ 4 ] 郭绪坤, 范冰冰, 张树伟. 网络实验系统的设计和建设[ J ]. 华南师范大学学报: 自然科学版, 2006 (8) : 1148- 1151.

　　[ 5 ] 潘玉奇, 周劲, 郑艳伟. 计算机网络实验室建设的研究[ J ]. 实验室研究与探索, 2007 (12) : 1432 - 1436.

　　[ 6 ] 陈妍, 王志文, 朱海萍, 等. 计算机网络原理[M ].西安: 西安交通大学出版社, 2008.

　　[ 7 ] 夏秦. 计算机网络实验教程[M ]. 北京: 高等教育出版社, 2005.

　　[ 8 ] 刘志平. 基于VMware虚拟网络的构建[ J ]. 内蒙古大学学报: 自然科学版, 2007 (1) : 45 - 48

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