开放式计算机网络实验教学探索

王 浩，武 凌，王松涛，周丰杰

(1. 安徽财经大学 管理科学与工程学院，安徽 蚌埠 233030；2. 安徽电子信息职业技术学院 计算机科学系，安徽 蚌埠 233030)

高等教育的首要任务是培养出具有创新精神和实践能力的专门人才，而实践能力又主要包括基本实践能力和创造性能力.基本实践能力体现在实践技能和操作技能.创造实验能力主要体现在实验的总体设计、实验方向、实验方案、发现问题、解决问题和综合性分析等方面.所以，实验教学是高等教育中不可或缺的组成部分.《计算机网络》是一门理论和实践并重的综合专业课程.其中实验教学不仅能够帮助学生深刻理解理论知识，并且能够帮助学生运用所学知识解决实际问题.

1 计算机网络实验教学存在的若干问题

1.1 实验设备匮乏

目前，很多高校都有网络实验室，但是由于网络技术迅猛发展、技术日新月异、产品种类繁多、更新换代频繁，只有很少资金雄厚的高校能跟的上网络的发展步伐，部分高校拥有的设备只能够完成基础类的网络实验，甚至一些高校完全依靠模拟器来完成网络实验.这使得学生的实践能力和创新能力的锻炼受到很大的限制.

1.2 实验教学课时不足

很多高校的课程规划中《计算机网络》这门课的总课时通常在72～108之间，除去理论部分所用的课时，实验教学课时所剩无几，而网络实验又需占用很多时间，以思科公司网络学院的 CCNA认证的教学课时安排来看，一共设置了120课时的实验教学安排.可见，目前很多高校的计算机网络实验只能开设一些简单的、验证性的实验，对一些需要大量时间的设计性实验、综合性实验无法开设，导致学生只会简单的重复性验证操作，缺乏对学生创造性能力的培养，导致学生所学的理论与实践脱节，不能够学以致用.

1.3 实验教学方式落后

长期以来，教师都认为做实验一定要去实验室，随着办学规模不断扩大，学生人数与日俱增，传统的实验室由于缺乏师资以及设备，已经无法满足日益增加的实验课时和实验环境需求.同时，传统的教学过程是以“教”为主，实验教师提供实验项目、实验步骤、实验目的等内容，教学过程主要以演示方式为主，缺乏互动，无法提起学生实践和创新的热情.

1.4 实验教师缺乏实践经验

目前，很多高校教师都是直接从高校的博士或者硕士毕业生中招聘，很大一部分教师缺乏实践经验，没有参与过大中型网络的建设和维护工作，这必定导致教师缺乏对网络的感性认识和实践能力，容易造成理论教学与实践教学脱节的情况.

2 开放式的计算机网络实验教学模式

实验环节是计算机网络这门专业课程的一个重要组成部分，如果单单依靠学生在实验室完成相关实验来掌握必要的知识那是非常困难的.因此，我们学院从 2006年对计算机网络实验教学部分开始改革.经过将近 5年的发展，实现了实验室 24小时全天候开放，实验教师可以通过网络指导小组或者单个学生完成在实验课中未完成的实验，并引导学生深入地学习，完成一些综合性、设计性的实验.同时，开放的实验平台也能够为本校部分教师提供科研项目的实验环境，帮助他们完成科研项目.另外，利用开放的实验环境开展计算机网络专业资格认证考试培训，帮助一些对网络有浓厚兴趣的学生获得了相关认证证书.

2.1 开放式实验教学平台构建

开放式的实验教学平台是能够满足学生在任何时间、任何地点都能够进行实验，并且能够得到实验教师的指导或者查看相关实验资料的.我们从3个方面构建开放式的实验教学平台.

第一，我院共有300 m2的网络实验室，拥有交换机、路由器、服务器、防火墙等网络设备36组，可以开展路由、交换、语音、安全等相关网络实验.这些设备是构建开放式实验教学平台不可或缺的基础.

第二，利用模拟软件，虚实结合，提高实验效率和实验效果.随着模拟技术的不断完善，现在已有很多优秀的网络实验模拟软件，如：思科公司的 Packet Tracer、UC Berkeley开发的 NS2、Boson公司开发的 Boson Netsim.利用它们可以在没有真实网络环境的时候也能够进行实验，并且在实验准备阶段，可以利用模拟软件搭建实验拓扑图，让学生有直观的认识，课后也可以利用模拟软件复习巩固课堂上所学的知识，完成一些大型的综合性、设计性的实验.对一些刚接触网络实验的学生，可以利用模拟软件认识网络设备的构造，模拟设备之间的链接，防止学生因为误操作损坏实验设备.所以，配合模拟软件的使用，突破了时间空间的限制，缓解了实验室的压力，达到理想的实验效果.

第三，架设远程网络实验系统.随着网络的普及，在互联网上开展网络实验的条件已经成熟.通过远程网络实验系统不仅可以提高实验设备的利用率，而且让学生和教师不再受时间和地域的限制，只要可以连接到互联网，通过预约登记就可以在实验设备空闲时进行实验，操作过程由网关程序控制，无需实验教师监督管理.学生通过远程网络实验系统登录到真实的网络设备中进行实验，避免了模拟器的部分功能不完善，造成有些实验无法完成的问题.学生在进行实验前，需要进行远程网络实验系统的认证，只有通过认证才可以进行下一步实验，并且在整个实验过程是完全被监控记录的，一旦出现异常，能够快速地进行排查[1].

2.2 开放式实验教学的改革

计算机网络技术发展迅猛，如何能够保证学生适应社会需求，这与计算机网络实验教学过程讲授的知识密不可分，因此，以开放式实验教学平台为基础的实验教学方法改革是势在必行的.改革的内容主要包括实验教学大纲的修订、实验内容的设计和实验指导书的编写.

首先，在实验教学大纲中，增加了设计性和综合性实验所占比重，分别将设计性和综合性实验提高到 12课时和10课时，将验证性实验的课时压缩到10课时，同时为了提高学生的创新能力、紧跟社会需求，增加了IPv6、信息安全、语音、无线网络等开放实验.其次，实验内容主要以 5种形式存在：操作性实验、验证性实验、综合性实验、设计性实验和创新性实验.最后，为了适合开放的实验教学模式，对实验指导书进行修订，采用了渐进式的实验教学模式，在实验指导书的前一部分多以验证性实验为主，并且实验目的、实验步骤和配置命令详尽.这一部分主要帮助学生尽快熟悉操作环境、实验设备和配置命令，通过这一环节让学生对计算机网络有个感性的认识.经过一段时间的验证性实验后，可以进行设计性和综合性的网络实验，在这一部分会给出具体的实验要求，对一些重点、难点会给出必要的提示，不再有具体的实验步骤.学生会根据要求自行设计网络拓扑，选择相应的网络设备并按照网络拓扑接连，再进行配置、测试，最终达到实验目的完成实验.这一类型的实验通常需要时间都比较长，所以在实验课后需要利用模拟器或者远程网络实验平台来完成这类实验.通过设计性、综合性实验练习后，学生可以对自己感兴趣的网络问题进行研究性实验，在这一过程中，实验指导书只提供相关理论指导，供学生在实验过程中参考.

2.3 教师实践能力的提高

教师是知识的提供方，教师的授课能力高低和掌握知识的多少能够直接影响到教学效果的好坏.想要学好计算机网络这门课程需要很多网络设备，而且这些设备通常价格不菲，一方面教师没有经济能力购买这些设备，另一方面很多单位的网络设备是不允许不相关的人员接触，这使得教师很难有实践的机会，对网络缺乏感性认识，从而在授课的过程中也很难把问题讲明白.这就要求教授计算机网络这门课的教师在学习理论知识的同时，还要积极参加实践活动.我院通常采取以下3种方法：一是给教师积极创造条件，让他们参观网络建设比较好的企事业单位，使得他们对大型网络有感性的认识；二是让教师走出去，到相关的单位去工作学习，让他们获得更多的动手机会，了解网络发展的最新方向，学习新设备、新工具的使用，提高实践能力；三是让教师参与校园网的建设和维护工作，提高组建和管理网络的能力.

通过对开放式计算机网络实验教学的研究，解决了传统教学模式下存在的实验设备缺乏、实验项目单一、实验教师实践能力不高等若干问题，培养了学生的动手能力，提高了学生对计算机网络创新性学习的能力.

[1] 颜凯,杨宁,李育强.思科网络技术学院教程CCNP2远程接入[M].北京:人民邮电出版社,2005:43.