“计算机网络”课程实验教学的研究

摘要：文章分析了“计算机网络”课程实验教学在教学条件、内容和方式中存在的问题，通过对课程特点的思考，立足于现状，对如何合理设计实验教学内容与类型、实施方法与手段和实验教学的考核与评价进行了分析和探讨。

关键词：计算机网络；实验教学；实验平台

作者简介：刘耀（1976-），男，湖南湘潭人，湖南商学院计算机与电子工程学院，讲师；周红静（1976-），女，湖南望城人，湖南商学院计算机与电子工程学院，讲师。（湖南长沙410205）

基金项目：本文系2011年湖南省教育厅教改项目“基于网格工作流的教学资源共享、整合与优化配置的研究与实践”（湘教通[2011]315号）的研究成果。

中图分类号：G642.0     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）07-0083-02

“计算机网络”是计算机科学与技术专业一门非常重要的专业课程。这门课程旨在让学生掌握当前计算机网络所采用的体系结构、主要协议的基本设计原理、设计方法和应用实例，并且让学生了解计算机网络的前沿技术，为培养学生在计算机网络系统的规划与设计、应用系统的开发等方面打下良好的基础。实验教学在这门课程中具有非常突出的作用，不仅可以加深对网络理论知识的理解，同时也是对理论教学的深化和补充，更重要的是可以培养学生综合运用知识与解决实际问题的能力。下面首先分析“计算机网络”实验教学存在的一些问题，然后从实验内容和类型的设计、实验实施的方法和手段以及考核评价等几个方面进行探讨。

一、计算机网络实验教学存在的问题

计算机网络课程具有理论性、应用性和实践性都比较强的特点。实验教学是一个非常重要的环节，能有效地将三者有机贯穿融合，以利于学生掌握新知识，有利于增强学生素质和能力。但目前的实验教学环节普遍存在一些问题。第一，实验类型的设计不够完整、实验内容的选择不够合理。第二，缺乏计算机网络教学的硬件环境。使用的网络设备，例如路由器、交换机等价格昂贵，不能够大规模地购置，并且只能提供低端的网络设备，不能构建复杂的网络环境。进行硬件操作时学生只能很多人一组轮流参与操作，在实验课时有限的情况下，不能有效完成实验的内容，致使实验教学质量得不得保障。离开实验室，学生更加无法进行实验。第三，从师资上来看，教师缺乏大型网络工程设计与管理的经验，容易造成理论和实践教学的脱节，对实验环节认识不全面。第四，从学生的角度来看，他们开始对这门课的兴趣会比较高，但随着深入的学习，就会感觉这门课的内容太抽象，很难与他们平时所接触的网络应用相关联，导致学习兴趣下滑，学习效果也随之下降。计算机网络实验教学远远没有起到应有的作用和良好的效果。因此，要对实验教学进行科学合理的规划与设计，以便更好地为学生掌握计算机网络课程的知识提供实践基础。

二、实验内容和类型的设计

1.如何挑选实验教学的内容至关重要，实验内容的选择直接影响实验的质量和效果

实验教学内容应该随着网络新技术的出现经常性地及时调整。[1]因此，在选择实验内容时要精心挑选，尽量做到有代表性、具有可操作性，能够符合学生实际能力和水平。

实验教学内容的安排要结合理论教学。目前计算机网络理论教学内容的组织主要分两类。一类是传统的方式，根据计算机网络体系结构从物理层由下往上讲解到应用层。[2]另一类则相反，采用自顶向下的方式，[3]从应用层开始讲到物理层。以自顶向下的方式为例，在进入课程学习之前，学生虽然没有网络基本原理的知识，但几乎每天都在使用网络的应用，例如网页浏览、使用电子邮件、文件传输等。自顶向下方法学生能够从所熟悉的网络应用入手，了解这些网络应用是如何工作的。那么，这和学生的兴趣是匹配的，有利于调动学生的学习积极性。当理解这些应用后，学生对于支撑这些服务底层知识会比较感兴趣，教师能够在教学的早期阶段同时介绍网络的应用程序开发。在学习“计算机网络”这门课程之前，学生已经具备了基本的编程能力和经验。编程设计可以包括多个协议层次，例如构建多线程网络服务程序、邮件客户端软件、套接字编程以及路由算法等。

2.实验类型的设计主要受学生课程学习阶段的影响和课程内容的需求

丰富的实验类型能够大大激发学生的学习热情和学习动力。在考虑实验类型的时候一定要注意实验运用的不同时间和环境。实验类型的设计要充分结合理论教学的内容，实验类型中应当包括下面一些主要类型的实验：认知型、演示型、验证型、设计型、综合型实验。

认知型实验主要是帮助学生完成对网络设备、网络软件这些学习条件的认识，从而适应各种现实情景，避免产生抽象的感觉。教师通过部分演示型实验能够加深学生对概念的理解，并且对于其从直观上加强认识也是很有帮助的。教师可以编程设计一些小型的动画范例，充分调动学生的积极性，促进学生对计算机网络服务和协议的学习。验证型实验的主要目的是加强学生对计算机网络协议及相关标准的理解。在验证型实验中，学生通过观察网络协议的时序和动作，加强理解两个协议实体之间交换的报文顺序、格式以及内容，特别是各层典型的协议，例如应用层的HTTP、DNS，传输层的TCP、UDP，网络层的IP、ICMP、RIP、OSPF，链路接口层的以太网、ARP等协议。设计型和综合型实验主要包括网络环境的构建和网络软件的设计。在设计型实验中，学生根据设计的目标和要求，在当前可用的软、硬件环境下，独立思考、设计实验方案并对设计的结果进行分析处理，检查了自己对局部知识的掌握程度以及培养了其知识灵活运用的能力。综合型实验主要是从一个系统的角度来考查学生，采用软、硬件相结合的方式。实验结果能够检验出学生对网络理论的整体理解、对实验方法和手段的灵活运用能力以及整体的调试和分析能力。

三、实验环节的实施方法和手段

对于每一类型的实验，教师需要认真规范实验教学环节，需要对每一个实验有明确的要求，包括实验的预习和准备，每一次实验要求达到什么样的目的来做实验。特别要注意在每部分实验过程中常见的问题及其解决的方法，尤其是对问题的分析不仅仅要记录在实验报告中，还要拿出来讨论和总结。实验中异常现象的发现以及分析反而会更有助于加深理解，并培养学生发现问题的能力。教师在设计实验内容时，除了要涵盖学习的知识点，还要注意实验内容具有经济实用性和可操作性，并要兼顾到对学生创新能力和动手能力的培养。

提高网络设备的认知，除了观察、认识学校机房低端的网络设备之外，更重要的是要求学生课后到计算机市场上了解中、高端的网络设备及网络软件，并通过互联网对主要网络设备厂商的产品进行了解，甚至在这些网络设备厂商的网站上进行相应的学习，例如设备的配置等。这种环节的设置，除了对学生的网络知识本身的加强之外，还培养了学生主动学习的能力和提高了学生获取知识的方法和途径，从而达到了综合素质培养的目的。对这样一个环节的检验可以采取汇报和讨论课的形式，以小组为单位，形成调研报告，制作成幻灯片，在课堂上进行报告和经验交流。学生之间也能够增强协作，也会感觉到更有成就感。

在当前不具备投入更多的资金来改变现有设备状况的条件下，设计切实能行并满足符合实验教学大纲的网络实验方案具有深远的意义。利用多种网络软件组成虚拟网络模拟实验平台是一种非常好的解决途径。这样的平台具有资金投入少，更新升级代价小，甚至有些软件还是免费的。同时，实验不受物理位置限制，可以在实验室统一完成，也可以让学生自己在课后完成，具有非常高的灵活性。有些软件能够实现与实际的网络设备进行无缝连接，学生可以提前做好部分或全部的实验，然后上课到实际的网络设备中去验证，从而提高课堂的效率。例如多平台的网络分析软件Ethereal，它具有一般协议分析器的标准特征，可以用于网络故障处理、分析、软件和协议的开发以及教学。通过使用网络协议分析软件观察各种网络协议的活动，深入了解计算机网络协议的细节内容。像Boson NetSim可以完成网络拓扑设计和实验环境模拟，和真实的设备具备相同的系统软件，非常逼近真实设备。要对网络协议的设计和性能测试进行更加深入的学习，可以采用NS2这样的网络模拟器来模拟和测试网络协议。但需要注意的是，学生需要在课后投入一定的时间来学习和掌握这些软件的使用，教师必须给予充分的指导才能达到相应的效果。

四、实验考核与评价

加强实验的考核，改革实验的评价方式，有利于促进学生的学习自主性。对学生实验知识和技能的考核是一个过程控制，而不仅仅是对实验结果进行评价，[4]不局限于查看学生实验报告的完整性。因此，必须保存好各个实验的原始记录表、调查表、报告素材、设计成果、验收结果等历史数据，把每一个部分的考核都进行量化，设计好各部分的比重。对于小组的合作实验，过程的记录尤为重要。针对成员的不同分工，也要区别对待。鼓励学生主动承担实验项目中的工作，特别是有难度的部分。对在实验过程中能够积极发现问题、表现出创新性能力的学生需要给予适当的加分。

五、结束语

经过几学期的计算机网络实验教学的实践，学生能够摆脱目前设备条件的限制，除了能够在实验室进行实验外，还能够在课外完成实验。将多种类型的实验相结合，促进了学生对计算机网络原理的理解，提高了分析和解决计算机网络问题的能力。同时，进一步拓展培养了学生学习新软件的能力。

参考文献：

[1]任昌荣.“计算机网络”课程实验教学的改进方法与实践[J].中国教育技术装备,2007,(7):13-14.

[2]Andrew S.Tanenbaum.计算机网络(第4版)[M].北京:清华大学出版社,2004.

[3]James F.Kurose,Keith W.Ross.计算机网络:自顶向下方法(第4版)[M].北京:机械工业出版社,2008.

[4]田慧君.高校计算机网络课程实践教学体系建设与研究[J].当代教育论坛,2008,(1):95-96.