网络课程群综合实验教学平台的构建与实施

摘要[请作者补充中文关键词以及英文摘要和关键词。]：从南京师范大学省级计算机实验教学示范中心建设项目出发，较系统地论述计算机网络原理以及相关课程的教学内容，提出“网络主导、课程协同、情景教学、综合应用”的网络课程群模式，详细地规划了网络课程群的实验体系、实验组织、实验设备和环境的建设方案，以期建立符合计算机网络教学和人才培养需求的高质量、高效率和高水平的综合性平台。

关键词：计算机网络；网络课程体系；实践教学；教学方法

目前多数高校中，实验室建设大都沿用与课程绑定的实验内容，各课程以渐进方式进行教学实验，这样的实验环境难以满足学生对应用体系的构建和实验，实验室建设难以呈现规模性效应[1-2]。针对这种情况，很多高校在实验室建设改革中提出了“课程群”和“专业知识体系”建设模式，取得了良好的效果。但计算机网络类课程跨通信、计算机、信息安全、密码学等多门学科，因此在“课程群”和“专业知识体系”建设上还处于探索期，并没有形成教学和实验上的共识。为此，在江苏省计算机教学示范中心建设中，我们提出了“网络主导、课程协同、情景教学、综合应用”的网络课程群建设探索模式，设计网络课程群的综合实验室，以期建立符合计算机网络教学和人才培养需求的高质量、高效率和高水平的综合性平台。

1网络课程群的总体规划与目标

几年来，我校结合专业培养目标、专业方向和实验内容进行研讨、梳理和整合，明确了网络课程群的

主要课程和相关实验内容，在规划设计中体现以下建设思路和目标：

1)“网络主导、课程协同”的共享性平台。强调以网络基础为主线，以课程群为协同，资源共享的实验室建设思路。它是一个共享性平台，体现在硬件设备资源的共享、软件和课件资源的共享、师生教研的共享以及校内与校外的共享。网络环境是对学生开放的，学生对网络环境拓扑构造可随需求变更；每门课程的实验内容也可根据需求搭建；网络设备随技术进步升级更新。

2)“情景教学、综合应用”的综合性平台。强调以综合性和应用性，每一种应用都有对应的情景模拟、实景验证和实践测试。它是一个综合性平台，体现在课程内容的综合、实验框架体系的综合、系统环境和构建模式的综合以及软件资源和教学方法综合，随着学习积累和实践能力的提高，学生的实践方案可根据能力不断地扩展。

网络课程群建设目标：网络课程群综合实验教学平台将成为体验平台、实验平台、研究平台、开放平台和可拓展的平台，为教学、科研和服务社会提供一个优良的环境。

2网络课程群的课程实验体系

2.1内容分析

教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会编制的《高等学校计算机科学与技术专业人才专业能力构成与培养》中关于计算机网络原理课程提出[1]：

计算机网络原理是计算机专业的必修核心专业基础课，该课程的后续课程为网络工程、网络应用编程、互联网应用与维护、网络安全、TCP/IP协议分析与实现、无线网络与移动计算、网络性能分析与评价和协议工程等课程。该课程与这些后续课程一同形成整个计算机网络课程群。并要求通过学习学生具备如下能力：具有一定的计算机网络系统构建、维护和管理以及网络应用开发能力，具有网络协议分析和设计、计算机网络系统分析和设计、网络设备的设计和开发能力。

目前，我校开设的计算机网络课程群包括：计算机网络[3]、计算机信息安全、密码学和网络协议编程等课程。非计算机专业课程相关的课程有：组网技术、计算机网络维护以及计算机网络操作系统等。基于上述指导性意见和本校的实际情况，我们希望通过一系列课程训练达到培养学生的系统知识，形成学生的计算机网络系统的设计、实现、使用和维护能力。通过提炼主要的课程内容和实验项目，达成了以网络建构为基础，网络方案设计、网络安全设计和网络配置管理为能力培养主线，提升能力为目标的网络课程群实验系列。图1列出了网络课程群的相关课程和实验项目。

图1网络课程群的实验项目与课程关系

网络课程群具有这样的特点：课程内容涉及众多的概念、原理、协议和技术，这些内容以错综复杂的方式彼此交织在一起[1]。网络课程群有很多的教学策略：以层次功能为主线，在计算机网络原理课程中采用层次结构模型分别阐述概念；在计算机信息安全课程中采用模块化方式，将安全威胁因素归类分述，再综合应用在解决方案中；在网络协议编程课程中，针对常用的TCP/IP协议以及应用层关键协议分析，从细节上实现对网络系统运行机制的理解。

为了优化资源和提取共性，在网络课程群的实验内容分析基础上，提出网络课程群实验室建设思路：网络课程群集中在一个实验环境中，增加设备集约化和共享性，有利于各种工程环境实现；课程采取套餐式项目模块选择，每门课程的实验内容采取“项目N+模块M”的菜单式选择，针对不同教学对象要求作选择，增加了实验的灵活性。

2.2实验课程体系

为了应对网络课程群的广度和复杂度，设计了针对课程知识点的模块化实验项目[4-8]，采用网络体系结构的分层次方式来组织实验内容，满足专业技术知识点多面广、课程任务量大、学生层次多的教学需求，统一规划和通盘考虑实验项目的实验课程体系。

实验课程体系是基于网络体系结构和课程性质而设置的，如图2所示。实验课程体系的纵向具有上下相互依赖关系，下层是上层学习的基础，它在实验上的逐步递进，有利于学生由浅入深，帮助学生建立网络应用框架和掌握应用开发体系的建构。

网络基础层是用网线将计算机、网络交换机、路由器等组织成的计算机网络环境，初期目标实现从原理到构建的认知，它也是网络其他应用的基础。

在网络基础层之上，每个层次都包含有“安全”内容，这是本实验体系中着重强调的，这是在不断地迭代深化，引导学生注意网络技术与安全技术密不可分，在建立网络的同时，安全策略也必须加以考虑和设置，从而增强学生的网络安全意识。

在专用技术层上，体现了专业方向上的差异，信息安全方向在密码技术和信息安全防护技术上将实施更多的专项实验，对于其他专业方向强调网络编程技术，但在这个层次上可以进行适当渗透，以利于学生专业方向上的拓展。

图2网络课程群的实验课程体系

创新设计层是专门为大学生创新活动、第二课堂等设计的，它积累了历届同学的创新设计作品，激励后续的同学努力学习，创新研究和设计。

3网络课程群的实验室平台架构

3.1硬件环境设计和部署

网络课程群的实验室平台是实施网络课程群实验的主体，实验课程体系最终要落实在实验装备上，实验平台架构上充分兼顾学生动手、实验管理与实验演示的多种需求。为此，我们将网络课程群的实验平台划分为4个子平台，如图3所示。

实验平台是构建和实施项目实验和管理内容的实体，每个平台实体由相关的网络硬件和软件组合而成，实验中，经过组合变化选择各种层次的实验。

实验室设备结构拓扑如图4所示。有共享服务器设备和独立的网络设备组成，独立的网络设备有8套，每套设备设有1台路由器、1台3层交换机、2台2层交换机、1台无线节点和6台PC计算机，每套设备供4～6人小组配合使用，除此之外，共享设

图3网络课程群的组合实验平台

备由服务器、控制器和分组控制器组成，形成8组共享的软件平台服务环境。每套网络设备容易扩展和交叉使用，可构成多种子网的拓扑结构，可满足实现局域网、广域网和多种路由算法的实验。

网络课程群的硬件平台构建上独立与组合相得益彰，实验环境将个人与整体有机组合，将网络设备架构在2米×3.2米的大型网络墙面上，方便教师的示教和学生自己动手创新组网操作，开放式的机架结构设计为网络实验拓展建立了基础。

图4网络课程群实验室硬件平台的拓扑结构

3.2软件环境设计和部署

网络课程群的实验模块围绕教学内容安排，既要重视课程内容原理实验，又要突出网络实验中的工程型和实践性。实验内容的组织做到由易到难、从简单

到复杂，循序渐进地安排实验项目，使学生通过验证、综合和设计实验获得对原理知识的内化，并掌握一定的网络应用基本技能，掌握系统性的网络知识和提高实际应用能力。表1列出了网络课程群的主要实验项目。

网络课程群综合实验教学平台建设方案是省级示范教学中心项目的工作之一，我们提出的“网络为主、课程协同、情景教学、综合应用”的实验建设思路将加强网络课程间的联系，拉近各门课程之间距离，有效地实现教学上的循序渐进和内容上递进组织；这将在开放的网络环境中激发学生的学习兴趣，提升其网络系统的概念，增强其解决实际问题的能力；也将提高实验室管理的信息化水平，在资源整合、

实验教学、实验辅导、实验管理和实验报告等各项管理环节得到改善，以满足信息技术发展对网络技术的需求。

网络课程群综合实验教学平台是我们对实践教学的改革，我们将进一步加强对实际教学效果的监测和对人才培养状况的追踪，不断地完善实践教学平台，以满足社会对人才培养的需求。

注：本文得到南京师范大学计算机软件技术基础教学团队的资助。

参考文献[规范格式并增加文中标注。]：

[1] 教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会. 高等学校计算机科学与技术专业人才专业能力构成与培养[M]. 北京：机械工业出版社,2010:165-169.

[2] 张力军,曹庆华,钱德沛,等. 计算机网络实验教学改革与实践[C]//大学计算机课程报告论坛组委会. 大学计算机课程报告论坛论文集. 北京:高等教育出版社,2009:325-377.

[3] 谢希仁. 计算机网络[M]. 北京:电子工业出版社,2007.

[4] 蒋一川. 网络信息安全教学实验系统:实验教程(原理篇)[C]. 吉林:吉林中软吉大信息技术有限公司,2008.

[5] 蒋一川. 网络信息安全教学实验系统:实验教程(实验篇)[C]. 吉林:吉林中软吉大信息技术有限公司,2008.

[6] 蒋一川. 计算机网络实验教学系统:实验教程(实验篇)[C]. 吉林:吉林中软吉大信息技术有限公司,2008.

[7] 蒋一川. 计算机网络实验教学系统:实验教程(网络协议篇)[C]. 吉林:吉林中软吉大信息技术有限公司,2008.

[8] 信息安全技术创新实验室建设方案[S]. 上海:上海交通大学信息安全工程学院,2009.

Construction and Implementation of Practical Teaching Platform for Network Courses Group

SUN Yan1,2, QU Wei-guang 1,2, JI Gen-lin1,2

(1. School of Computer Science and Technology, Nanjing Normal University, Nanjing 210046, China ; 2.Jiangsu Research Center of Information Security & Confidental Engineering, Nanjing 210097, China)

Abstract: In this paper, based on the project of the provincial practical teaching demonstration centre of computer in Nanjing Normal University, we systematically state the teaching content of Computer Network Principles and relative courses, propose the constructive mode of network courses group as network leading, course cooperating, circumstance teaching and integration applying, and specifically design the construction plan of network courses group of the system, organization, equipments and circumstance in experiments. We hope to establish a comprehensive platform of high-quality, high-efficiency and high-level in accordance with teaching and training requirement of the Computer Network.

Key words: Computer Network; network course system; practical teaching; teaching method