计算机机网络专业实践教学的改革

　　摘要：结合实验教学的经验，针对当前计算机网络专业学生对实验无兴趣、不重视，实践动手能力不能适应社会各领域实际要求的问题，总结出一个四层的阶梯式实验教学模式。这是一个全方位分层次的实践教学体系，这些教学改革措施提高了学生的实践动手能力，适应了当前高等教育大众化环境下人才培养的多元化要求。本文对这一改革过程进行了详细阐述。
　　关键词：计算机网络；三性实验；实践教学体系；项目训练法
　　
　　1　改革背景
　　
　　我国目前的高考制度以笔试为主，学生考入大学后实验基础普遍比较差，而且往往轻视实验，对实验有畏难情绪。很多高校对实验教学也不够重视，重理论、轻实验的传统观念依然存在。再有，高校传统的实验教学单纯以验证性实验为主，以巩固、加深理论知识为目的，在培养学生观察、分析、解决问题和创新能力上做得很不够。在施行教学改革之前，相当多高校的实验课不是全面系统地统筹安排，而是跟着理论教学走，各门课按自己课程的要求安排实验，实验内容间缺乏相互联系与协调，致使学生得不到系统、全面的能力培养与训练。学生仅在教师的指导下完成实验，知其然不知其所以然，甚至完全依赖教师完成实验，缺乏动手、动脑、分析问题、解决问题的主动性，不注重自己在实验中的能力提高。另一方面，高校实验室的组织结构不合理，基本上沿袭了当年“以课程为基础建立实验室，以教研室管理实验室”的模式。2007年1月22日，教育部、财政部联合发文，决定实施“质量工程”。教育部部长周济更是强调要以实践教学为着力点，要求三性实验(即综合性、设计性、创新性)的比例不能低于70％。在国家高度重的春风里，在校院两级的支持下，在全体师生的不懈努力中，湘潭大学计算机网络专业的实践教学体系得到了逐步完善。
　　
　　2　阶梯式实验教学体系
　　
　　同其他专业的课程相比，网络实验有一定的特殊性。首先，特殊性体现在网络实验设备方面。要进行网络实验，就必须有2台以上的计算机互联，这同其他实验中只需要1台PC机或1台实验箱就能完成所有实验项目的情况大不一样。其次，特殊性体现在实验项目方面。网络实验的内容是前后相关联的，后一次实验要用到前一次实验的结果，实验之间有一定的连续性。网络实验的另外一个特点就是“多”。网络实验涉及到的知识点非常多，包括软硬件知识、操作系统、各种协议、编程知识等；实验中使用到的设备种类繁多，包括型号众多的交换设备、路由设备和接入设备；操作命令多，设备操作采用命令行格式，命令类别众多，难以记忆。
　　以一个简单的IP协议收发实验为例。为了观察IP数据包的传递过程，一般要用差不多20个函数和一整套命令，还必须先了解底层工作原理，必须跟其他协议配合使用。学生对理论课大量枯燥的概念、协议、原语和缩写似懂非懂，学完了各个层次的知识点，不知道要做什么用。即使是验证性实验，也觉得难度大，没有办法动手。比如，一个简单的服务器配置实验，常有不少学生觉得太复杂，没信心去查命令、学函数，最后干脆逃离实验室。
　　为了提高网络实验的效果，尽量锻炼学生的实践能力，同时让枯燥的网络理论鲜活起来，近年来，湘潭大学借鉴兄弟院校的成功经验，不断地讨论，不断地实践，从实验内容的扩充到实验室的建设，从实验指导人员自身素质的提升到把精良师资转入实验室等多方面进行了一系列改革。现在，我们已经实现从以教师的“教”为中心，转向以学生的“学”为中心；从知识的单纯灌输，转向培养学生的创新精神和实践能力；从单一的培养模式转向多样化的培养模式，并注重学生的个性发展。通过几年的探索与实践，湘潭大学的实践教学取得了相当好的效果。以此为据，我们总结出多角度、全方位、阶梯式实践教学体系模式，如图1所示。
　　
　　
　　2.1　巩固基础实验室
　　基础实验室在各个高校都是历史悠久的，为培养相关专业的学生立下了汗马功劳。所以，对于普通基础实验来说，只需要巩固现有的基础实验室，完成验证性实验，实验指导由实验室配备的实验师完成。当然，这并不表示基础实验的部分不需要改革。首先，基础实验的内容需要根据时代与社会的需要进行不间断的调整；其次，基础实验的广度与深度需要跟随教学的步伐进行修改：再有，基础实验的难度要根据学生的接受能力增加。比如，现在的基础实验一般都是从网络设备与各种服务器的简单配置开始，而以前是从了解与使用各种网络软件或硬件开始。为了能够更好地指导实验，适应知识更新的需要，指导基础实验的实验师也必须不断地更新知识，自我提高。通过多方面的努力，我校计算机网络专业的实验师基本上都获得了硕士学位，或者直接由硕士甚至博士毕业生担任实验师。所有基础实验汇总起来大约占实验体系的20％。
　　
　　2.2　完善专业实验室
　　专业实验室主要是用来完成综合型实验的，当然也包括难度较大的验证型实验，或者有少量的设计型实验。这一层面的实验大多由工程师或高级实验师来指导。专业实验针对性强，虽然实验只是验证理论课中的原理与方法，但是丝毫马虎不得，因为它是奠定专业基本功的关键。经过近五年的专业建设，湘潭大学计算机网络专业逐步完善了网络协议实验室、网络安全实验室、网络管理实验室、数据库实验室、操作系统实验室等一系列与专业课对口的实验室。学生在专业实验室开展综合型实验，可以在验证性实验的基础上进一步提高专业基础实验技能。此层面实验的训练目的是使学生能够灵活运用所学的基本理论，联系相关专业知识，结合基本实验技能进行简单的设计和制作，从而培养学生正确的设计方法和良好的设计习惯。现在综合型实验大约占实验体系的30％。
　　
　　2.3　建设学科实验室
　　建设和提高学科实验室是满足学生个性化实验需求和进行创新教育的必要条件。个性与创新都是不能重复的，也就是不可以学习的，因此我们建设高学科实验室，是想以宽松的环境、适当的引导、师道的浸淫以及榜样的激励激发学生创新与创业的欲望，帮助学生发扬个性，挖掘潜力，提升专业能力与素养。而实验教学到了这个层面，在具体运作中，我们会让学生完成大量的设计型实验。一般的实验与学生项目直接挂钩，给学生最好的指导和最大的自由。
　　首先，学科实验室的实验内容可以是综合型实验的延伸，也可以是相对独立的项目式实验，还可以是某个具体课题的研究实验。实验题目可以由教师确定，也可以由学生和指导教师根据实际情况协商来拟定。教师和学生共同制定实验计划，学生设计实验步骤、操作实验、记录实验结果和工作日志，教师帮助学生解决疑难问题，指导学生写出实验报告或实验总结和相应的作品；最后，学校组织教师或专家，对实验结果评价。比如图2所示多区域配置OSPF协议，教师给出拓扑图，学生就可以设计出一系列实验。
　　
　　学生设计的一系列实验如下：
　　1)配置各个路由器上的OSPF协议标准区域。
　　21在OSPF内重分发RIP配置命令。
　　3)在RIP内重分发OSPF配置命令。
　　4)将Area1区域配置成完全非纯末梢区域。
　　5)将Area2区域配置成完全末梢区域。
　　6)在路由器BJ2上将Area2区域中网段进行区域间汇总。
　　7)在路由器BJ1上将Area1区域中网段进行区域间汇总。
　　8)在路由器GZ2上将外部网段进行汇总。
　　9)查看BJ1路由器的OSPF链路状态数据库详细信息。
　　10)在以上各个步骤中查看并截图各路由器的路由表的变化情况。
　　当然，每个学生的设计绝非一样。我们可以根据学生的能力与情况，让学生自己选择在学科实验室要到达的目标，从而选择要做的事情。对于基础好的学生，甚至不需要给拓扑图，这个实验也由他自己设计；基础稍差点的学生，学习很吃力，实验做不了的，我们不作绝对要求，甚至允许他们回到基础实验室或专业实验室去温习。这样就可以避免实验室有教师值班，但无学生问津的尴尬局面，也有利于形成激励机制，降低教学成本。在实验室，学生是主角，学生可以自定实验题目、步骤、时间等，学习的主动权完全掌握在学生自己手中，学生因此可以根据自己的喜好和实际水平来决定实验题目和实验难度，所以能够产生兴趣，提高学习热情。目前，我们这部分实验大约占实验体系的40％。
　　
　　2.4　建设实训基地
　　在近5年的时间里，湘潭大学的计算机网络及其相关专业一直在不断地打造实训基地。一方面，我校跟企业合作，与地方与社会共同建设。湘潭大学的校企合作具有十分明显的优势与特点：湘潭的名校不多而名企很多，对于计算机网络及其相关专业，湘机、湘钢、江南、江麓等企业都非常乐意跟高校共同培养实用型人才。另一方面，我们在校内应用项目训练法。因为项目训练法也是真刀真枪地训练，模拟了真实项目，具有激发学生学习兴趣和创造力的因子。毋庸置疑，兴趣是最好的老师，现在的学生非常抵触空洞的说教者，只有有了兴趣，他们才能真正主动地学习。在具体的项目训练中，学生当然要运用所学的理论知识，所以可以很好地渗透和巩固理论学习。一个项目不可能由一个学生单独完成，也不可能由别人帮忙完成，因为每个人都有适合自己的任务，所以采用项目训练，可以同时锻炼学生独立完成任务的习惯和团队合作的能力，为他们进入真实的工作环境做好铺垫。
　　在项目式实验教学中，实验指导教师处于为实验教学服务的位置，学生是实验教学的中心，导师必须围绕这个中心做好服务工作。作为实验指导的教师，要求能够提出学生感兴趣的、符合专业发展方向的、科学实用的实验项目，启发式地指导学生，激发学生的兴趣，提高学生的学习积极性和主动性。这就在一定程度上要求指导教师不能是普通的实验师或授课教师，而必须是资深的项目经理，或是有大量实战经验的专家教授。高水平教师从事实验和实习教学工作，非常有利于提高学生的实践能力。作为项目训练的指导教师，必须不断加强自身知识和技能的扩展和更新，达到知识丰富、技术熟练和教学方法科学而实用的要求。教师不但要有扎实的基础理论，掌握最前沿的科研信息和科研动态，还应该具有很强的分析问题、解决问题的能力，更应该掌握适应于市场的实战经验。
　　事实上，我校充分借用实训基地的老师，他们一般来自于实战一线，有多年实践工作经验。我们的教师通过与他们一起来研究选题、安排学生的分工、评估学生的成绩，来尽量接近社会对专业学生的实际要求。但是总体而言，这是我们整个实验教学体系中的一个薄弱环节，因为我们的教师普遍教学任务重，参加实战的经验相对较缺乏；而企业的项目经理虽然做具体项目没有问题，但表达上常常比较吃力。目前，我们的实训在实验中的比重约为10％，计划逐年地增加比重。
　　经过多年的努力，在逐渐成型的实验教学体系中，实验指导人员普遍实现了高职低配，“三性实验”的比重也逐步达到并超过了70％。为了更好地落实以上改革措施，我校信息工程学院继“省级电子与电工技术实验示范中心”和“智能计算与信息处理教育部重点实验室”之后，正在积极筹划为计算机网络专业申请省级甚至是国家级的实验示范中心。
　　
　　3　结语
　　
　　2010年，我校计算机网络专业的学生在网络协议配置、网络服务分析、网络系统管理等方面都卓有成效，涌现出了一大批炙手可热的尖子毕业生。通过类似的改革，其他相关专业的学生在提高实践动手能力方面的表现也十分突出。现在，计算机网络专业的实验教学已经走出困境，毕业生得到用人单位的肯定和欢迎。计算机网络专业的学生真正走进网络世界，热爱这个富有挑战性的专业。当然，我们需要跟随时代的脉搏，不断地改革教学内容与教学方法，让学生的自主性和主体地位得到进一步加强。只有这样，计算机网络专业作为一个实用专业，才能跟得上时代的步伐，顺应社会发展的需要。
　　
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　　(编辑：张