林德強(qiáng)

摘 要 “計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”是計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)的必修課程之一，是一門理論性很強(qiáng)的課程。傳統(tǒng)的教學(xué)方法大多以理論為主，不益于激發(fā)學(xué)生興趣。本文討論了網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)等方面。通過角色扮演讓學(xué)生真正融入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)性，提升教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室 RCMS控制服務(wù)器 項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.02.044

隨著社會(huì)信息化的發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)給我們的生活、學(xué)習(xí)、工作帶來了翻天覆地的變化。而“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”作為高校計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)的一門核心課程，是其他計(jì)算機(jī)專業(yè)課程的基礎(chǔ)，對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的后續(xù)課程起著至關(guān)重要的作用。

1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意義及現(xiàn)狀

1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意義

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中涉及了大量的概念、定義和協(xié)議等，而這些內(nèi)容大都運(yùn)行于計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備內(nèi)部，非常抽象、空洞，僅僅通過理論教學(xué)很難讓學(xué)生理解和掌握。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)有一定的難度，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）課程理論性較強(qiáng)，涉及的知識(shí)點(diǎn)抽象，不易理解，如網(wǎng)絡(luò)各層協(xié)議。（2）傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式以傳輸理論為主，這樣的課堂必將依托老師為中心，極大地限制了學(xué)生的獨(dú)立思考和創(chuàng)新能力。（3）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展非常迅速，如何能緊跟技術(shù)發(fā)展，保障教學(xué)內(nèi)容不過時(shí)，也是一個(gè)重要問題。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)讓學(xué)生將理論聯(lián)系實(shí)際的最好途徑。例如通過協(xié)議分析軟件（如sniffer）捕獲網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行分析，讓學(xué)生更直觀地理解協(xié)議的構(gòu)成和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的本質(zhì)。再者實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)也是最能激發(fā)學(xué)生興趣，通過不同的線纜、將不同的設(shè)備連接起來，學(xué)生通過相應(yīng)配置實(shí)現(xiàn)設(shè)備的互聯(lián)互通。學(xué)生容易取得成就感，調(diào)動(dòng)積極性。因此，優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)于學(xué)生學(xué)好本門課程，建立信心有著至關(guān)重要的作用。

1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

（1）缺乏配套的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室。網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室是開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的場(chǎng)所，其配套的軟硬件資源是實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的根本，但由于網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的設(shè)備資源購(gòu)置成本高（如路由器、防火墻等），有些高校的教學(xué)長(zhǎng)期徘徊在課堂講授和書本上，教學(xué)效果很不理想。

（2）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)不科學(xué)。各高校因師資、硬軟件設(shè)施等差異，造成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容差異大，部分高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)僅是照本宣科，教學(xué)形式單一呈現(xiàn)為課堂講授，使得學(xué)生缺乏實(shí)踐機(jī)會(huì)。有些高校以書本理論為基礎(chǔ)開展實(shí)驗(yàn)，各知識(shí)章節(jié)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立，缺乏聯(lián)系，不利于學(xué)生綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

2 網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室是開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的根本，網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)可根據(jù)經(jīng)費(fèi)投入分兩種方式計(jì)劃。

2.1 以軟件模擬為主

目前計(jì)算機(jī)房是高校的基本配置，可以在機(jī)房環(huán)境上部署各類網(wǎng)絡(luò)模擬軟件，如Cisco Packet Tracer、net bison、sniffer、Ethereal、Tcpdump等，通過軟件模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，再配以HUB、交換、路由等低成本設(shè)備作為互聯(lián)示意，完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)?？梢蚤_展的實(shí)驗(yàn)有各類交換、路由技術(shù)、以太網(wǎng)幀的構(gòu)成、ARP協(xié)議及數(shù)據(jù)包構(gòu)成、IP控制管理協(xié)議、TCP、UDP協(xié)議及通訊原理、SNMP協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)管理和應(yīng)用層協(xié)議等。

其優(yōu)點(diǎn)是投入成本低，無需購(gòu)買昂貴的專業(yè)設(shè)備，以軟件為主，省去了反復(fù)連接線纜的步驟，可以靈活的開展實(shí)驗(yàn)，不受時(shí)間地域限制，學(xué)生上手快。缺點(diǎn)是簡(jiǎn)單設(shè)備作為互聯(lián)示意，缺乏通用性，學(xué)生無法通過實(shí)驗(yàn)掌握復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)?，無法形成對(duì)真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的直觀理解。

2.2 以真實(shí)設(shè)備為主

如果在經(jīng)費(fèi)條件允許的情況下，購(gòu)買專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過實(shí)際設(shè)備鍛煉學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，達(dá)到學(xué)習(xí)的最佳效果。

其中實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部按照功能可分為教學(xué)區(qū)，學(xué)生操作區(qū)、設(shè)備互聯(lián)區(qū)、應(yīng)用服務(wù)部署區(qū)四個(gè)區(qū)域。教學(xué)區(qū)開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示；學(xué)生操作區(qū)完成線纜制作、測(cè)試、設(shè)備調(diào)試等；設(shè)備互聯(lián)區(qū)完成設(shè)備的互聯(lián)互通，集中管理；各類應(yīng)用服務(wù)器調(diào)試完畢后，集中部署區(qū)于應(yīng)用服務(wù)部署區(qū)，類似于真實(shí)網(wǎng)絡(luò)中的DMZ區(qū)域，與真實(shí)環(huán)境對(duì)應(yīng)，便于后續(xù)實(shí)驗(yàn)中網(wǎng)絡(luò)策略的調(diào)試與部署。

設(shè)備互聯(lián)區(qū)可通過RCMS控制服務(wù)器方式進(jìn)行管理，RCMS是一款專門針對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室而開發(fā)的控制和管理服務(wù)器，它能統(tǒng)一管理和控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的多臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，無需拔插網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上的console線，便可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)管理和控制多臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。其本質(zhì)是在一臺(tái)主設(shè)備的異步接口通過CAB-OCTAL-ASYNC電纜連接其他實(shí)驗(yàn)設(shè)備console接口，通過遠(yuǎn)程方訪問主設(shè)備對(duì)其他實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行集中管理和調(diào)試。

各實(shí)驗(yàn)設(shè)備之間可以通過路由器的串行接口（Serial）、以太網(wǎng)口（Ethernet）進(jìn)行多鏈路互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)全毗鄰關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)時(shí)通過配置對(duì)應(yīng)接口和線路在邏輯上實(shí)現(xiàn)互聯(lián)關(guān)系，完成組網(wǎng)。避免了重復(fù)插拔線纜的工作，同時(shí)也避免的設(shè)備接口的損耗。圖1為北京聯(lián)合大學(xué)文理學(xué)院網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備互聯(lián)拓?fù)洹?/p>

其中RCMS控制服務(wù)器中主設(shè)備的關(guān)鍵配置如下：

RCMS控制服務(wù)器可以設(shè)定多種登陸權(quán)限，保護(hù)設(shè)備的安全性。如，RCMS使用二級(jí)密碼機(jī)制，實(shí)驗(yàn)室管理員使用level 15的密碼，可以執(zhí)行所有的指令。而學(xué)生使用level 14的密碼，不能執(zhí)行delete、rename、format、copy等可以對(duì)路由器的操作系統(tǒng)造成破壞的敏感指令。RCMS還提供“一鍵清”功能，在教師管理用機(jī)上簡(jiǎn)單一個(gè)命令，就可以統(tǒng)一清除實(shí)驗(yàn)臺(tái)上所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置，方便學(xué)生多次實(shí)驗(yàn)。

以硬件為主的建設(shè)方式初期投入高，后期為保證與主流技術(shù)同步，可定期更新設(shè)備板卡、模塊和線纜，并且及時(shí)升級(jí)設(shè)備IOS。由于學(xué)生可以通過實(shí)物開展實(shí)驗(yàn)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、環(huán)境、配置方式和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等都有直觀的理解，再配以科學(xué)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，可以取得很好的教學(xué)效果。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)環(huán)境是基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是靈魂。好的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)應(yīng)聯(lián)系實(shí)際，以應(yīng)用為主導(dǎo)，學(xué)以致用。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可分為兩類：基礎(chǔ)式實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)。

3.1 基礎(chǔ)式實(shí)驗(yàn)

可按網(wǎng)絡(luò)層次劃分，包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層等。其中各層次的實(shí)驗(yàn)有包括多個(gè)。如數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)驗(yàn)包括交換協(xié)議分析、生成樹應(yīng)用與配置、VLAN應(yīng)用與配置、PPP應(yīng)用與配置等。

各層次實(shí)驗(yàn)可劃分模塊，在每個(gè)知識(shí)章節(jié)完畢后進(jìn)行練習(xí)。并且結(jié)合不同章節(jié)知識(shí)點(diǎn)，聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用把各個(gè)單獨(dú)的模塊自由組合，教師給出實(shí)際需求，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)組合完成。如鏈路層實(shí)驗(yàn)?zāi)K有生成樹STP、虛擬專網(wǎng)VALN以太網(wǎng)通道和PPP鏈路捆綁等。通過理論結(jié)合實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境可以給出基于數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)絡(luò)備份方案設(shè)計(jì)，讓學(xué)生自主選擇技術(shù)并實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)方案可以是MSTP+VLAN技術(shù)、EthernetChannel+VLAN或PPP鏈路捆綁等多種組合。通過模塊化的方式拓展了實(shí)驗(yàn)的靈活性，以學(xué)生為主導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新的意識(shí)和能力。

3.2 項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)

凱茲博士提出了以學(xué)生為本的教學(xué)方法——項(xiàng)目式教學(xué)模式，主要的教學(xué)方式是以學(xué)生為主，教師為輔指導(dǎo)學(xué)生完成項(xiàng)目學(xué)習(xí)過程，讓學(xué)生自主完成教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生有組織地、有計(jì)劃地自我安排學(xué)習(xí)行為，處理解決項(xiàng)目困難和問題。這種學(xué)習(xí)方式極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)能動(dòng)性和積極性，提升了學(xué)習(xí)興趣。項(xiàng)目化學(xué)習(xí)模式也成為以學(xué)生為主教學(xué)方式的典型性范例。項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法被認(rèn)為是計(jì)算機(jī)學(xué)科教育中非常有效的方法，該方法的特點(diǎn)包括：（1）具有系統(tǒng)性、整體性和相互關(guān)聯(lián)的特點(diǎn)。（2）與現(xiàn)實(shí)生活或工程實(shí)際緊密相關(guān)。（3）融合了問題教學(xué)法和探究教學(xué)法，老師設(shè)計(jì)項(xiàng)目，學(xué)生在完成項(xiàng)目的過程中，發(fā)現(xiàn)問題、探索問題并最終解決問題。

結(jié)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目，可將項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)分為四個(gè)階段：需求、設(shè)計(jì)、實(shí)施、維護(hù)與測(cè)試。

項(xiàng)目?jī)?nèi)容結(jié)合書本教授的進(jìn)度，以周期性方式開展。如某企業(yè)建業(yè)最初的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，隨著企業(yè)業(yè)務(wù)發(fā)展的不同階段對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求，逐步從將知識(shí)點(diǎn)引入。每個(gè)周期的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與實(shí)施都要經(jīng)歷需求、設(shè)計(jì)、實(shí)施、維護(hù)與測(cè)試這四個(gè)階段。保證在熟悉原有知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)，逐步的將新章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)引入到實(shí)際應(yīng)用之中。同時(shí)還可將學(xué)生分組，每組負(fù)責(zé)一個(gè)周期不同階段的內(nèi)容。在不同周期每組輪換，這樣及練習(xí)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)調(diào)能力，又照顧到各組學(xué)生都能對(duì)每個(gè)階段的知識(shí)點(diǎn)的掌握。根據(jù)課程進(jìn)度，模擬出4個(gè)項(xiàng)目場(chǎng)景，具體內(nèi)容見表1。

在實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位，從方案設(shè)計(jì)到設(shè)備選型和技術(shù)實(shí)現(xiàn)，由學(xué)生自主討論、設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)。老師的角色一方面是客戶，對(duì)設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)提出要求，對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)方案進(jìn)行講評(píng)；另一方面為學(xué)生提供技術(shù)支持，引導(dǎo)學(xué)生將理論應(yīng)用到實(shí)際中。

4 實(shí)驗(yàn)效果評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的結(jié)果評(píng)定應(yīng)貫穿整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，應(yīng)根據(jù)每個(gè)學(xué)生的分工，每組學(xué)生負(fù)責(zé)的任務(wù)綜合評(píng)定。另外，在實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)關(guān)注學(xué)生的寫作能力、溝通能力、思維能力、分析解決問題能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)調(diào)能力、創(chuàng)新能力和總結(jié)能力，注重學(xué)生的能力培養(yǎng)。在實(shí)驗(yàn)過程中教師要全程參與，從輔助的角度引導(dǎo)學(xué)生，讓學(xué)生在團(tuán)隊(duì)協(xié)作的氛圍中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題并最終體會(huì)到項(xiàng)目成功帶來的喜悅感和成就感。

5 結(jié)語

中國(guó)有句古話：“授人以魚，不如授人以漁”，綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的重要途徑，并能為學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和全面發(fā)展提供空間。另外，項(xiàng)目?jī)?nèi)容的設(shè)計(jì)也是至關(guān)重要的，要做到符合實(shí)際需求，貼合學(xué)生層次，突出課程重點(diǎn)知識(shí)。

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