“计算机网络”实验课程的教学探讨

2013-12-23琚生根王相国

实验技术与管理 2013年4期

琚生根，陈黎，周刚，王相国

（四川大学计算机学院，四川成都 610065）

“计算机网络”课程是大学计算机本专科专业必须开设的一门专业必修课程，与计算机专业的许多课程不同.它需要软件和硬件的结合，需要计算机技术和通信技术的一致和结合，需要理论和应用的紧密结合，需要课堂和实验室的互补结合。计算机网络实验在计算机网络教学中占有十分重要的位置，它是计算机网络教学的一个重要的、必不可少的环节，是贯穿整个计算机网络教学的灵魂所在，此环节质量的好坏直接影响到计算机网络教学的质量和效果［1－4］。

1 目前高校计算机网络实验课程存在的问题

目前计算机网络课程都分为理论教学和实验教学2个部分。理论教学部分的教学内容，很多高校都进行了多方探索，已经有成熟的教学方法以及教材，同时也在不断地引进国外先进的网络课程的教材，使得理论教学部分更加完善。而计算机网络的实验教学，无论从教材还是从实验方面，相比理论教学都显得很薄弱。目前高校的计算机网络实验课程存在以下的问题。

（1）缺乏与理论教学配套的实验教材。一本好的实验教材能够有效地弥补理论教学中存在的不足，学生可以通过实验更加深入地了解网络协议的工作原理。目前市面有不少的实验教材，这些教材普遍存在的问题是没有和目前高校的计算机网络课程的理论教材有效地结合，同时实验内容单一，能够提供给教师参考借鉴的内容很少。

（2）缺乏对实验教学的重视。计算机网络课程的教学安排是理论课时占大部分，而实验课时却很少，教师把更多的精力放在了理论教学，而忽视了实验教学［5］。实验教学的学时也限制了学生，学生在学习过程中缺乏足够的时间接触网络设备，完成一些创新性的网络实验，更多的是一种被动接受教师的实验演示，使学生对网络的理论学习感到抽象和空洞，难以理解和掌握，更难以在实际中有效地使用理论知识，教学效果不佳。

（3）缺乏配套的网络实验室。网络实验室不是简单的在操作系统上安装某个开发环境就能完成，它需要多方面环境和网络工具以及设备才能完成，如果没有相应的实验设备、实验场所，计算机网络实践教学根本无从谈起。为此必须组建一个“计算机网络”专业实验室，以改变学生学习“计算机网络”课程常常陷于“纸上谈兵”的境地。“计算机网络”专业实验室是保障专业实验的重要条件，专业的实验室和普通的机房是不能比拟的。专业网络实验室能够从网络原理、网络建构、网络应用以及网络开发等方面准备各类实验，同时允许学生完全自主地在主机上进行各种工具的安装以及使用。目前很多高校的机房都安装有“看门狗”类的管理软件，不允许学生安装任何软件以保证系统的稳定和安全，但是这种做法对于网络专业实验室来说是非常不利的，限制了实验过程中学生的自主创造力。

2 计算机网络实验室的搭建

我院建设网络实验室的目的，就是为了能让学生在一个比较真实的网络实验环境中，深刻理解各种协议的实际运用，灵活自主地运用所需知识搭建各种网络环境。我院的网络教学实验平台主要从下面4个方面考虑：

（1）共有300m2的网络实验室，拥有交换机、路由器、服务器等网络设备12组，可以开展各种网络实验。

（2）实验室配套有多种不同的模拟软件，利用模拟软件，虚实结合，提高效率和实验效果。例如：Cisco的Packet Tracer、Ethereal，华为公司的虚拟机等。学生可以在虚拟软件上先熟悉一些网络设备的配置，然后再到真实的设备上进行验证，这样的有效结合可以达到理想的实验效果。

（3）网络实验室的环境必须是一个全开放的环境，使学生在网络实验环境下可以安装任意的网络软件以及进行任意的网络配置，最大限度地给学生自主设计的权利。

（4）在实验室内配置投影仪，可以方便教师对网线的制作，以及交换机、路由器配置等内容进行讲解和现场演示，使讲课、参观、演示、实验等均在实验室内进行，既为教师授课提供了方便，又加深了学生的印象，提高了教学效果。

我院网络教学实验平台的网络拓扑结构图如图1所示。

网络实验是分成实验小组协同完成的，1 个实验小组包括1台交换机、4台计算机以及网络实验对应的一套网络设备。教师固定安排的实验，学生可以在自己的实验组内部完成，同时多个实验小组可以合成一个大网络，完成更加复杂的实验［5－8］。

图1 网络教学实验平台的拓扑结构

3 “计算机网络”实验课程的设计

《计算机网络——自顶向下方法》是由James F.Kurose和Keith W.Rose教授编著的一本优秀的教材。我院从2002年的第一版开始使用该书作为本科教学的理论教材，已经整整10年。这本书的重点在“协议”分析，为此，全书的内容都围绕着各层的各类协议进行了详细的阐述和分析，同时也注重网络应用程序的开发。该教材的新版增加了一套实用的Ethereal实验，通过实验，学生可以观察网络协议的运行过程和产生的结果。虽然新版教材增加了Ethereal的协议分析实验，但是网络实验更多的是需要学生发挥其主动性，自己完成一些创造性的实验。我们将教材中的协议分析实验结合起来，设计了适合我院自身特点的网络实验。计算机网络课程的实验课时设置为20学时，一共安排了10个小实验。本院本科的计算机网络课程的内容为教材的前5章内容，因此网络实验课程不涉及网络安全相关内容［9－10］。网络实验既包括硬件实验也包括软件开发实验，既包括基础实验也包括探索性、综合性的实验。表1为计算机网络课程开设的实验课程安排。

在实验安排中，基础实验是整个实验课程的核心和关键，例如网络基础实验，虽然是学生熟悉网络命令的实验，但是经过长期的教学我们发现，虽然学生都知道这些命令，但是在网络出现故障的时候，学生无法灵活有效地使用这些网络命令，同时无法根据命令的反馈结果对网络的故障进行分析。因此在设置这个实验的时候，我们不仅要求学生会使用命令，同时我们会设置不同的场景帮助学生进行分析。在ping命令的实验中，我们会要求学生在设置默认网关和不设置默认网关的情况下，分别测试局域网的IP 地址和外网IP地址，以及有效的IP 地址和无效IP地址的情况下所得到的不同的反馈结果，这样才能和具体的实际情况有效地结合起来，让学生不仅感觉实用，同时也能够解决具体的实际问题。

我院的目标定位是培养学生具备高层次的网络知识，除了计算机网络实验中基础的实验以外，我们还安排了5个综合实验，希望学生能够将所学的基础知识进行整合，而不是只能完成照本宣科的实验［11－12］。学生在经过2年多的大学学习以后，已经掌握了一些程序设计语言，但对如何将程序设计语言有效地和具体实践相结合，他们仍然感觉很茫然。因此，我们选择了2个网络编程的综合实验，同时通过协议分析实验，让学生掌握了不同协议的工作原理。

4 结束语

我院的“计算机网络”的教学目的是培养学生具备高级层次的网络技能。对于“计算机网络”课程来说，理论教学和实验教学都是同等重要，但日常的教学中，教师把更多的精力放在了理论教学，而忽略了实验教学。实验教学的欠缺导致学生无法深入理解理论知识，面对实际中的网络问题力不从心。本文中针对我院的实际情况，提出了一些探索性的建议，这些探索性的建议已经应用在我院的计算机网络课程的实验教学中，并取得了一定的效果。

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［1］田运生，刘维华，王景春.综合性设计性实验项目建设的探索与实践［J］.实验技术与管理，2012，29（2）：126－129.

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［6］王盛邦，李晓宁，陈立文.计算机网络实验案例体系教学研究［J］.实验技术与管理，2009，26（10）：125－128.

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