基于Packet Tracer构建仿真教学实训平台的设计与实践

马晓霞，张 玲

宁夏大学教育学院，银川 750021

“计算机网络课程”是教育技术专业的重要基础课程之一，它的主要目标是培养学生扎实的网络基础知识和熟练的网络互连技术，因此必须要注重实践教学。然而，许多西部地区高校计算机实验室中的路由器、交换机等高端设备数量欠缺、种类不全，无法为学生搭建设备齐全且跟得上技术发展的现代化网络实验室来进行实践练习，学生缺少在真实网络设备上进行实践操作的机会，使得计算机网络课程抽象、空洞且考试方式单调，理论难以过渡到实践，学生学习积极性难以提高。

针对上述问题，引入Packet Tracer软件，作为IP地址分配、网段划分、路由配置等内容辅助教学和实验手段，可以弥补教学中的不足。因此，笔者设计了一个基于Packet Tracer的仿真实训平台，以探索把模拟软件引入高校计算机网络相关课程，从而促进了教学模式及考核方式的变革，并在培训实施中加以检验。

1 Packet Tracer介绍

1.1 Packet Tracer简介

Packet Tracer是思科公司开发的利用多媒体计算机进行网络实验和模拟的仿真软件。该软件能够非常真实地模拟较为基础的学习环境，支持教师和学生方便快捷地进行网络组建、设备配置、协议测试等网络技术实验［1］。而软件中内置的IOS子集允许学生使用各种命令和配置协议，这种方式更贴近实际操作［2］。其界面如图1所示。

1.2 Packet Tracer应用于教学的优点

首先，Packet Tracer提供了大量仿真网络设备。包括:路由器、交换机、服务器、各种连接电缆、终端等。

图1 Packet Tracer的工作界面

其次，经济性。网络设备价格偏高一直是计算机网络实验难以开展的一个重要原因。使用模拟器Packet Tracer，可基于现有的计算机实验室［3］，在网上免费下载模拟器软件就能为学生提供网络课程学习的模拟实验环境。

第三，具有真实的操作界面。其界面很人性化，初学者很容易上手［4］，学生可根据实验，自己绘制拓扑图进行仿真实验，所有的操作和真实的环境几乎相同［5］。

第四，支持多协议模型。支持常用协议HTTP、DNS、TFTP、TCP、UDP、Telnet、Single Area OSPF、DTP、VTP等，同时支持 IP、Ethernet、ARP、Wireless、CDP、Frame Relay、PPP、HDLC、inter-VLAN routing和ICMP 等协议模型［6］。

第五，数据包传输采用实时模式和模拟模式。实时模式与数据实际传输过程一样，可看到设备连接通断运行情况，学习者可测试网络的连通性。模拟模式通过可视化模式显示数据包的传输过程，使学习者能对抽象的数据传送具体化，以人类能够理解的方式展现出来。

第六，方便灵活。学生可以反复配置某种网络拓扑结构来加深对这种网络类型的理解，也可以按指定需求有针对性地更改网络拓扑结构、网络协议和模拟参数，从不同角度获取有用数据，分析网络性能，全面深刻地理解网络运行过程［6］。

1.3 如何在教学中运用Packet Tracer

首先，在理论教学中，教师可结合Packet Tracer模拟软件设计出大量的教学案例，通过案例的演示引入相关知识点，充分调动学生的学习兴趣，从而达到学生对知识的直观理解。

其次，Packet Tracer可为学习者提供便捷的实践平台。Packet Tracer操作方法简单，教师可以将实验作为作业布置给学生，即使没有计算机实验室，学生也可以在自己的电脑上独自完成各种实验。

第三，Packet Tracer的引入可使考试方式发生变革。传统的计算机网络课程的考核方式常常是笔试，考试范围几乎都是围绕理论知识，学生仅靠短时的死记硬背，不能完全检查学生的实践能力，学生毕业后难以应用于实践。而引入Packet Tracer，考核方式可采取笔试加上机的方式，学生通过笔试完成理论考核，通过该软件以 pkt文件的形式保存所做的任务，完成实践考核。

2 基于Packet Tracer实训平台的教学设计与实施

2.1 前端分析

2.1.1 需求分析 教育技术专业的学生大部分有自己的电脑，也接触到计算机网络，但是对于网络的概念和作用以及计算机网络的功能、分类还比较模糊，而对于常见的网络设备更是很少接触。针对这种情况，教师就需要进行形象的讲解、多媒体的演示辅以Packet Tracer模拟软件的使用，让学生对这些网络的基本知识有个比较清楚的认识和较为深入的理解。

2.1.2 教学目标分析 ①使学习者对计算机网络知识的学习产生兴趣，并轻松掌握涉及到的网络基础知识;②提高学习者掌握网络中各种配置技巧的能力及利用Packet Tracer模拟软件进行辅助网络实验的实践能力;③协助学习者反复练习，以确保在以后真实环境中能更好地完成网络配置。

2.1.3 学习者分析 该研究的培训对象是就读于西部地区宁夏大学教育学院教育技术专业的41位学生，对他们初始能力的调查主要采用问卷调查法，包括以下两部分内容:

第一部分是针对学生对Packet Tracer模拟器的了解程度以及学习动机的调查。调查结果显示，他们当中没有人听说和使用过Packet Tracer模拟软件，也没有人在真实环境中用真实的设备组建过网络，主要原因是缺乏网络设备，没有网络实验平台。由于是第一次听说这个软件，而且该软件与计算机联系紧密，所以他们都很愿意尝试用模拟环境来组建网络，对该软件的学习兴趣浓厚，学习动机很强。

第二部分是对培训对象的预备技能的测试，即学生在开始新的学习之前已经掌握的知识和技能，笔者根据该软件所涉及到的相关网络知识编写了30道测试题，这些试题主要是对学生的计算机网络的分类、IP地址的分类、网段划分、组网设备的认识、常用网络协议的区分、路由配置等进行考查，通过测验了解，学习者对这些知识的掌握情况如表1所示。

表1 培训前对培训对象预备技能的测试结果

从表1可以看出，学生的成绩偏低，平均分为33.12分。从所做的试题中可反映出，会对IP地址分类的只有4人，对网段划分、组网设备的认识、常用网络协议等计算机网络的相关知识都还比较模糊，而对于交换机、路由器等网络设备更是很少接触。该测试客观地反映出目前处于西部地区的宁夏大学教育技术专业的计算机网络课程存在的问题。2.1.4 学习环境分析 学生的主要时间都集中在学校学习，培训需要的教室、计算机、机房等设备以及集中培训时间等条件都能得到较好的保障，便于培训的组织和实施。

2.2 教学策略及过程

在Packet Tracer教学中，教师采用在网络教室以面对面的方式演示讲解与学生上机操作相结合的方法，从基础知识、基本操作到实例应用。培训之前，笔者根据教学设计目标确定了培训对象，采用问卷调查法对学习者是否已部分或全部掌握教学中的技能做一摸底调查，根据前测修订了教学目标;培训过程中，笔者先在教师用机上通过投影仪向学生演示和讲解模拟器的操作和使用、示例的操作步骤等，引导学生自己动手、实践、探究，激发学生学习的兴趣;培训结束后，通过后测问卷及个别访谈发现，学习者对课堂的满意度及其对课堂的反思，同时笔者对培训过程进行了反思，最后得出了结论。

2.3 实践考核实例

下面介绍一个简单的实践考核实例，主要让学生练习路由器静态路由的配置。

2.3.1 实验目的 让学生了解广域网的串口连接及静态路由的概念和路由表的构造，学会静态路由的配置方法，实现不同网段网络的连通。

2.3.2 实验要求 ①利用一台型号为2811的路由器和两台2950-24T的交换机将两台PC机互联，组建一个网络;②分别设置PC机的IP地址、默认网关等;③对路由器进行静态路由配置;④验证PC机间是否可以相互通信。

2.3.3 实验步骤 ①绘制网络拓扑结构。选择型号为2811的路由器1台、2950-24T型号的交换机两台、PC机2台，PC机与交换机、交换机和路由器之间都采用直通线相连。

②进行参数设置。首先单击PC1，打开参数设置对话框，选择“桌面”选项卡下的IP配置，在此对PC1的IP地址和子网掩码等分别进行设置。其次，打开路由器的参数设置对话框，选择“配置”选项卡，在此对路由器进行接口及静态路由配置，其静态路由配置参数为:目的地址是192.168.2.0;子网掩码是255.255.255.0;下一跳是 192.168.2.2。其他参数设置如表2所示。

表2 IP地址分配表

③配置完后使用ping命令检查各个主机之间的连通性，也可以切换到模拟模式下进行网络连通性的测试。

由上例可见，通过Packet Tracer的仿真模式，教材上罗列的枯燥、呆板的内容变成了一段形象生动的动画，教师直观而又轻松地将课程内容讲解给了学生，而学生也获得了对静态路由配置的直观认识。

2.4 培训效果

培训前笔者对41位学生的计算机网络课堂进行了长达一年的跟踪观察，对其初始能力有一定的了解，因此培训效果采取了培训前后成绩的对比，从学生的成绩分析来看，学生普遍提高了测试成绩。参加培训的41人都按要求完成了任务，最低分数为82分，平均分为95.81分;而培训前的平均分为33.12分。表3是对培训前后学生成绩的对比。

表3 培训前后学生的成绩对比

2.5 培训反思

2.5.1 学生反思 课后使用参训反思表及个别访谈对学生进行了调查。通过分析看出:学生对这次培训非常满意，普遍反映，采用这种学习方式激发了他们的学习兴趣，加深了他们对基本概念和基础理论知识的理解，真正把所学知识用到了实践中，自主学习的能力明显提高，学习态度也转变了许多，希望以后能将这个模拟器应用到他们的课堂上。

2.5.2 教师反思 总体来说，基于Packet Tracer构建仿真实训平台的教学设计与实践开展的比较成功。实现了课前制定的教学目标，学生课堂参与的积极性有很大转变，取得了较好的教学效果和教学评价。通过实例，使学生加强了对网络的认识，对网段的划分与路由的概念有了更深入的理解。

笔者通过Packet Tracer模拟实验的使用，沿着最初的设计思路，通过实践及数据的综合分析得出:使用 Packet Tracer模拟软件，形象生动，效果直观［7］，转变了以往的教学模式及考核方式，可以明显提高学生的学习兴趣，学习过程也由被动接受知识变为主动思考［8］，验证并解决问题的过程，为以后在真实环境中更好地完成网络配置做了前期实践。并且该软件还可以解决西部地区各高校因实验经费和设备不足问题，是实现计算机网络教学理论与实践相结合的较佳方案，希望该模拟软件能成为各高等院校计算机网络课程的一个模块或有益补充。

［1］崔炜荣.Packet Tracer在计算机网络基础教学中的应用［J］.计算机光盘软件与应用，2012，(1):189-190

［2］朱刚琴.用Packet Tracer构建中职计算机网络教学的实训平台［J］.信息与电脑，2009，(10):45-46

［3］黄筱燕，肖媛娥.Packet Tracer在计算机网络教学中的应用研究［J］.井冈山学院学报，2009，(2):54-56

［4］窦琨，赵海丽，马国泰.用 Packet Tracer模拟软件提高《网络互联技术》实验教学效果［J］.电脑知识与技术，2009，5(36):10476-10477

［5］薛琴.基于Packet Tracer的计算机网络仿真实验教学［J］.实验室研究与探索，2010，29(2):57-59

［6］吴宇，郑华，何裕.基于Packet Tracer的仿真网络实训平台［J］.计算机教育信息化，2011，(1):82-85

［7］容振邦.基于Packet Tracer的计算机网络原理课程案例教学［J］.计算机教育，2011，(3):67-70

［8］王济军，魏雪峰.虚拟实验的“热”现状与“冷”思考［J］.中国电化教育，2011，(4):126-129