计算机网络课程实验教学设计的研究

张宁　潘伟民　王建虎

摘要：实验教学是计算机网络课程的不可缺少的一部分，是提高学生分析解决问题能力和实际动手能力的重要途径。针对实验教学中存在的问题，对计算机网络实验课程的学情、教学目标，教学内容、教学过程和教学评价进行分析和设计，力图扩大知识面，完善实验教学环节，提高学生学习兴趣，改善教学效果。

关键词：网络实验教学；教学现状；教学设计

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）13-3046-04

Research of Computer Network Course Experimental Teaching Design

ZHANG Ning1， PAN Wei-min1， WANG Jian-hu2

（1.School of Computer Science and Technology， Xinjiang Normal University， Urumqi 830054，China； 2.College of educational science， Xinjiang Normal University， Urumqi 830054，China）

Abstract： The experimental teaching is an indispensable part of computer network course， is an important way to improve students' ability of problem and solution， practicing. Aimed at the problems of experimental teaching， it analyzes and designs the learning situation， teaching target， teaching content， teaching process and teaching evaluation of computer network experiment course， in order to expand students' scope of knowledge， improve the experiment teaching， students' learning interest， the teaching effect.

Key words： Network Experimental Teaching； Teaching Status； Teaching Design

1 概述

计算机网络是一个新兴的技术，它有很强的综合性和实践性。同时，随着计算机技术和通信技术的飞速发展，与计算机网络知识内容相关的知识和技术也在迅速地更新和发展中。计算机网络所涉及的教学是计算机技术和通信技术相交叉的知识基础，而且，它的实验要在特定的实验环境下才能完成，主要体现在教师引出一个知识点，没有实践的环境，没有结合具体的实验器材和设备，这个实验是无法完成的。计算机网络是一个复杂的系统，网络中端到端的数据传输过程是各种协议、各种网络技术相互作用的结果，因此，只有在实际的网络环境下讨论各种协议的工作流程、各种网络技术的工作机制及它们之间的相互作用过程，才能提供完整、系统的网络知识[1]。从心理学和教育学层面上来说，计算机网络知识是一个专业技能知识，学生在学习计算机网络课程之前对相关知识的了解很少，理解也不一定到位，还处在社会的层面上。正因为存在着若干问题有待去解决，所以本文要进行计算机网络实验教学过程的研究。

2 计算机网络课程实验教学现状

目前高校普遍都开设了计算机网络课程，学生一般从传输媒体等网络基础开始学习，然后学习网络管理，最后学习网络安全结束。该文对相关专业的计算机网络课程实验进行了相关研究，发现目前的计算机网络的实验教学还存在着一些不理想的地方。

1） 实验室硬件设施欠缺。

目前，许多学校由于资金原因导致网络实验室的硬件环境根本不能满足所有实验内容的要求，许多高校的网络实验室的设备有限，不能满足所有学生同时进行实验，这种情况不利于学生动手实践能力的培养，从而大大影响了实验教学的质量。

2） 实验教学形式单一。

在实验教学方面，大家普遍采用的固定的实验方式，这样安排的好处是教师能够顺利地完成实验教学任务；实验过程中能够很好的控制教学过程，由于教师已经做了演示，学生实验也相对轻松；但是这种方式也存在着一些问题：学生缺少实验的设计和准备；学生对实验的感受不深，对于一些抽象的网络基本工作原理，对设备的运行原理、运行情况了解不彻底；实验的过程和结果呈现单一性，数据多样化不够；对实验的思考和讨论不深入；不能和实际应用充分联系起来；等等。

3） 实验教学内容不够全面且较为陈旧，与实际应用脱离。

计算机网络实验的内容不够，对应到网络课程的理论教学内容上，网络实验课程的内容显得相当不够全面，且内容形式过于单一，大部分的实验项目是验证型的实验，综合型、设计型的实验相对来说较少，且实验内容跟不上新知识和新技术的产生，与实际的生活和真实的就业环境相离甚远。

4） 实验课时不足。

计算机网络作为计算机相关专业的专业基础课，实验课时的分配普遍不能满足学生的要求。同时由于网络设备功能强大，种类和型号多样，仅靠几节实验课的时间学生是无法全面掌握网络设备的使用方法，而且实验也有失败的可能性，一堂课的时间有限也不允许学生反复几次试验，这就需要把学生的学习时间延伸到课外。

5） 实验的组织形式单一。

实验课程的开展一般局限在实验室的课堂上，教师讲解和演示实验，学生动手操作，教师巡视并给与帮助，最后提交试验报告。学生在这种教学形式下创新意识得不到发挥，实践能力也不能有效提高。由于教师精力有限，不可能对每一个学生的实际需要进行解答指导，学生遇到问题时寻求帮助的途径有限，这样不利于学生主动分析问题，解决问题的培养。endprint

因此，为了提高计算机网络的实验教学效果，让学生获得更多的知识和技能，该文重点要在计算机网络课程实验的教学过程中上有所突破。

3 理论依据

1） 认知主义学习理论

认知主义学习理论强调学习者在学习活动中的主体价值，对学习者的自觉能动性给予充分的肯定，在实验教学过程中，学生是实验教学活动的主体[2]。该理论强调个体的认知结构以及个体认知结构的重组和更新，因为学习者的学习效果，不光是取决于外部的刺激和个体的主观努力，还取决于学习者大脑中已有的知识储备、认知结构、非认知因素。因此，教学设计中，实验课程内容的设计和组织不但要符合逻辑，又要与学生已有的认知结构相适应，以便学生学习和掌握网络的基本概念和原理，发展学生探索的能力。同时鼓励学生主动地通过预习先接触新知识，以便在课堂学习过程中获得更好的学习效果。

2） 建构主义学习理论

建构主义学习理论认为知识内在于学习者，是学习者在个人经验基础上的主观构造，概念含义是不能传递的[3]。学习是对已有概念重新调整的过程。构建主义的核心主旨是含义是个人构造的而不是单纯的接受。在计算机网络实验教学过程中，构建主义学习理论特别适合解决一些目标数量不明确的综合类实验。

4 计算机网络课程实验教学的教学设计研究

计算机网络实验课程的教学设计大致分为分析、设计、评价三个阶段。先从教师教什么、学生学什么入手，对学习者、学习背景进行分析，确定网络实验教学的目标，然后围绕怎么教进行网络实验教学内容的梳理和网络实验教学过程的设计，最后解决教得如何与学得如何的问题来进行网络实验教学评价设计。

4.1 计算机网络课程实验教学的学情分析

在计算机网络课程实验教学设计的准备阶段，运用系统的方法对影响学习者整体应该考虑的基本因素进行分析，弄清网络实验教学的起点、终点和条件。

1） 学习者分析

对学习者的分析从以下两方面进行：一是一般特征，计算机网络课程一般在大学第二年以后开设，这时的学生年龄大概处在18至24岁之间。按照埃里克森的发展八阶段理论，这个年龄段的学生的心理发展处在成年早期阶段。在情感方面，他们已脱离了以自我为中心，已经形成了明确的价值观，社会参与意识逐渐增强，学习动机很强，这为计算机网络实验教学奠定了基础。二是初始能力，学生在学习计算机网络课程之前，已经学习过一些先导课程，学生基本具备了作为一名信息技术相关学科的学生应该掌握的计算机相关基本原理和基础知识，为计算机网络这门课程的开展奠定了基础。

2） 学习背景分析

以前我们普遍认为学习背景就是教学设施器材和课堂环境，忽略了信息资源、教师的个性和文化背景等因素。计算机网络实验课程的背景分析主要是确定教学设计的有利和不利条件，是对教学方案的可行性分析。计算机网络课程的背景包括：由学校的财力和物力决定的教学设施和设备；家庭环境和社会环境；学校为学习者的学习提供的例如校风和学习风气的学习文化氛围；课程资源；设计教学策略的教师的个性和文化背景等。

4.2 计算机网络课程实验教学的目标分析

实验知识与技能目标是对学生学习计算机网络实验课程提出的最基本要求，是引导学生获得技能、锻炼实验相关能力、陶冶情感态度所依靠的材料。计算机网络实验课程对于学生在知识和技能方面的发展，更加注重网络概念的学习、知识的构建、实验方法和技能的学习，以及对问题解决能力的培养，能够全面、深入理解和熟练掌握所学内容，并能够用其分析、设计和解决类似问题，能举一反三。实验过程和方法目标是引导学生探究、领悟、习得、体验的载体，是获得知识、锻炼能力、培养情感的主要过程，是教学活动的主体和关键环节实验态度情感价值观本身就参与实验过程，激发学生的兴趣，陶冶情操，引导学生认识知识的价值，进一步增强学生对知识学习的渴望。通过实验激发学生学习兴趣，敢于创新的思想，通过小组实验培养学生团结合作的精神。在学习过程中使学生学会利用网络资源与他人进行有效的交流与协作学习，提高学生良好的信息意识和信息素养。

4.3 计算机网络课程实验教学内容的梳理

对计算机网络实验教学内容的梳理，是为实现计算机网络实验的教学目标，要求学生系统学习的知识、技能和思想、行为的总和。计算机网络课程实验内容繁杂且具有继承性[4]，即网络的硬件环境是计算机网络实验教程所有实验的基础，因此只有完成了组网实验的任务，后继协议类实验才能顺利进行；此外，每一种网络环境下的实验，都基于特定的网络操作系统，只有完成了相应网络操作系统的安装、配置实验，在这个网络环境下的其他实验才能顺利进行。因为继承性，实验最好循序渐进地开展。于是，把计算机网络实验按顺序分为网络系统集成实验、网络服务器实验、网络协议实验和网络安全实验四部分，具体实验内容如表1所示。

表1 计算机网络课程实验教学内容

[序号＼&实验模块＼&实验名称＼&1＼&网络系统集成实验＼&单交换机的VLAN划分配置＼&2＼&多交换机之间VLAN的配置＼&3＼&STP的基本配置和应用＼&4＼&利用三层交换机实现VLAN间的通信＼&5＼&路由器的基本配置＼&6＼&静态路由的配置与管理＼&7＼&RIP动态路由配置管理＼&8＼&OSPF单区域和多区域路由的配置与管理＼&9＼&网络地址转换NAT的配置与管理＼&10＼&网络服务器实验＼&DNS服务器配置与管理＼&11＼&WWW服务器配置与管理＼&12＼&FTP服务器配置与管理＼&13＼&DHCP服务器的配置与管理＼&14＼&电子邮件服务器的配置与管理＼&15＼&网络协议实验＼&以太网数据帧的构成＼&16＼&IP地址分类与数据包组成＼&17＼&地址解析协议ARP＼&18＼&Internet控制报文协议ICMP＼&19＼&简单网络管理协议SNMP与网络管理＼&20＼&用户数据报协议UDP＼&21＼&传输控制协议TCP＼&22＼&网络安全实验＼&ARP地址欺骗＼&23＼&ICMP重定向＼&24＼&TCP与UDP端口扫描＼&25＼&路由欺骗＼&26＼&冲突与网络广播风暴＼&27＼&路由回环与网络回路＼&]endprint

4.4 计算机网络课程实验教学过程的设计

网络实验的教学过程是指在实验过程中教师有目的有计划地，围绕学生的主体性、能动性和创新性来组织和引导学生主动进行认识活动，促进学生身心发展的特殊的认识过程。结合计算机网络课程实验的特点，把计算机网络课程实验教学活动分为以下几步：

第一，创设问题情境。问题情境的创设是实验教学活动中很重要的一部分，对学生知识和技能的学习、情感的培养有非常重要的意义。所以，问题情境的设计一定要具有一定的难度，且难度控制在学生的最近发展区之内；问题情境中的目的是明确的、清晰地，尽量减少无关变量；教师尽量使用新奇的、与常规不同的能引起学生兴趣的方式呈现问题。

第二，分析实验任务，发现问题。教师给出任务后，让学生先进行充分的讨论，分析哪些知识是学过并已经会操作的，哪些知识是未学过需要掌握的。教师和学生一起对任务进行分析，把任务分解成多个可操作的具体的小任务。

第三，制定计划，设计方案。在这一环节中，教师为学生提供齐全的实验设备和明确的实验要求，让学生进行讨论、设计实验方案，在设计的过程中，教师以参与者的身份，参与学生的设计，并在关键地条件之处给予提醒，不干涉学生的设计活动。这样可以激发学生的学习兴趣，培养他们的分析、解决问题能力和创新能力，但是学生的这些能力不是通过一个实验就能提高的，这就需要教师多给学生提供一些合适的实验设计的机会。

第四，完成实验，经验交流。计算机网络课程实验大部分是验证性和设计性的，学生在完成实验任务后，对自己的试验过程和实验结果，可以和全班学生、教师进行讨论交流，学生之间进行互评，在这个过程中把自己成功的经验传播出去，对于别人的不足在今后的实验中尽量避免出现同样的问题，这也是对自我水平的提高，合作能力、表达能力和学习能力也达到一定的提高。

第五，总结和评价。在整个教学活动中，教师不可忽视适时地评价对学生学习的促进作用。对于学生的学习过程的评价，教师应该关注学生的学习方法以及对知识的运用，关注是否所有的学生都积极地投入到完成实验的过程中去，关注学生的创新实践能力。教师的评价应该是客观的，是面对全体学生的，在了解全体学生的任务完成情况时，适时的给学生提供帮助。

4.5 计算机网络课程实验教学评价的设计

教学评价是教学设计的重要组成部分，作用于教学活动的各个阶段，对学生的学习过程和学习成果进行价值判断。在计算机网络课程实验教学活动中，主要采用这几种方式进行评价：教师评价、小组评价、自我评价。

1） 教师评价

教师评价是指教师对学生的课堂和课外的表现客观的综合评价，课堂的表现包括学生实验课上的动手和讨论状态、笔记、对教师提处问题回答的准确程度等，课外的表现包括完成实验报告的情况、实验考试的成绩等。目前一般计算机网络实验课程的成绩由测验成绩（70%）和平时考勤+实验报告成绩（30%）组成。这些都是由教师评价得出的，可见教师客观的评价对学生有很大的指导作用，对于学生的不足和优点，教师应该适当地给予提醒和表扬，这样有助于学生积极性和学习动力的提高。

2） 小组评价

小组评价是指学生以小组为单位，对小组成员在合作过程中的表现的相互评价，采用小组评价的目的就是让学习者学会合作、学会关心、学会以团队的力量去完成任务。这样的评价，有利于学习者认识到自己的不足和优势，对于学习者形成集体观念，培养团队合作意识，树立信心是十分有效的。

3） 自我评价

自我评价是指学习者对自己在学习过程中的思想、行为和态度的判断和评价，学生可以通过课后习题、在线测试对自己在某一段时间或某一章的学习给出一个客观的判断和评价。还可以通过学习计划的执行情况、实验内容的掌握程度、实验过程的熟练程度、实验过程中和师生的沟通交流能力和参加与网络相关的资格证书考试来进行自我评价。

5 结束语

随着计算机网络的广泛应用和相关技术的发展，社会对计算机网络各个层次的人才需求已变得非常迫切。学生在校期间必须要练好扎实的基本功，才能更好地适应社会的发展。计算机网络是一门综合性和实践性课程，对实验教学的研究有助于提高实验的教学质量，充分调动学生学习的积极性和主动性，增强学生的分析问题、解决问题的能力和动手能力，引导学生进行主动探究学习，提高学生的信息素养，充分发挥实验教学环节的作用。

参考文献：

[1] 刘永华，赵艳杰，解圣庆.计算机网络技术及应用（第二版）[M].北京：中国水利水电出版社，2009.

[2] 谢婧.认知主义学习理论概述[J].文教资料，2006（28）：107-108.

[3] 杨维东，贾楠.建构主义学习理论述评[J].理论导刊，2011（5）：79-82.

[4] 畅卫功，张爱华.计算机网络实验教学的研究与探讨[J].实验室科学，2009（4）：117-119.endprint