基于网络通信平台的实验教学体系改革

潘文婵，王 堃

(南京邮电大学 a.计算机科学与技术学院；b.物联网学院，南京 210023)

基于网络通信平台的实验教学体系改革

潘文婵a，王 堃b

(南京邮电大学 a.计算机科学与技术学院；b.物联网学院，南京 210023)

根据计算机网络课程的特点，提出了以网络通信实验平台为基础的计算机网络技术实验教学体系改革的思路，从教学内容的优化、教学方式的改革、考核方法的完善和师资队伍的建设等方面进行了探讨和研究。教学改革使学生在透彻理解计算机网络原理和知识的基础上具备了较强的网络应用技能，激发了学生的学习兴趣和探索精神，加强了学生实践动手能力和创新能力的培养。

计算机网络；实验教学体系；网络通信实验平台；创新能力

计算机网络课程中计算机技术与通信技术互相融合、渗透，是高等院校计算机相关专业学生必修的核心专业课程，已成为计算机领域一个重要的研究方向。计算机网络课程以基础理论为主，还要与实践环节结合，配置实验和实训项目，学生才能在丰富感性认识的同时消化教材上的理论知识，增强实践能力，胜任实际应用，消除高校培养的学生和企业需求之间的差距。

本文针对传统的计算机网络课程教学内容与实际应用脱节，实践教学薄弱等问题，充分考虑课程的性质、特点，调整优化授课内容，探索先进合理的教学方法与教学手段。结合计算机网络课程的特点，架构网络通信实验平台，开发网络技术实验，实现教学内容与实践多方面的融合，进行计算机网络实验教学体系的改革。在保证学生掌握理论知识的前提下，将灵活的教学方法引入实验课程，充分调动学生的学习积极性，使学生掌握网络设备的基本知识，更加深入地理解网络技术、通信技术的基本原理和应用，提高学生的实践与创新能力。

1 以实验平台为基础的教学改革

以网络通信实验平台为基础进行的实验教学体系改革主要从教学内容、教学方法和考核方法等三个方面进行。

1.1 实验教学内容改革

计算机网络课程内容主要涵盖计算机五层体系结构、TCP/IP协议、网络互联技术和网络安全等知识[1]。传统的课堂教学注重理论知识的学习，学生缺乏实际的应用能力。对计算机网络课程进行改革探索，引入实践教学，架构网络通信实验平台，通过一系列的通信和计算机网络实验，可以极大地调动学生的积极性，而且能够使学生加深对网络知识的理解，掌握网络应用技能。

2011年，学校与福建锐捷网络有限公司合作，利用中央与地方共建高等学校专项资金组建了网络通信实验室。网络通信实验平台能为计算机网络、通信网协议、Web服务器配置和管理、网络安全等通信软件课程开设实验，包括RJ-45头的制作、交换机与路由器的基本配置及组网、有线及无线网络的规划和组建、网络安全技术、网络协议分析与设计、网络编程等实验项目。

此外，该实验平台还可以综合计算机网络、通信原理、网络信息安全和软件工程等课程内容，实现以计算机网络技术为主的综合性探究实验，体现学科交叉及课程体系间的联系。

1.2 实验教学方法改革

在教学方法上，树立以学生为主体的教学思想，改变传统的“填鸭式”或多媒体大屏幕的“电灌式”教学方法，尝试启发式、讨论式等教学方法[2]。在教学过程中，保证实验教学内容的系统性和完整性，力求突出实验内容的重点和难点。在实验过程中，鼓励学生分工协作、人人动手，在探索中发现问题、解决问题，摸索学习方法、积累实践经验，从而培养学生的创新能力和团队合作精神，提高学生的综合素质[3]。

革新实验室管理方法，面向学生开放实验室。实验室通过实验时间和实验内容这两种开放模式对学生开放，为更多学生提供自主发展和实践锻炼的空间。开展实验室开放项目，保持网络通信实验平台的开放与正常运行，弥补课堂时间的不足，学生可以在更大的时间范围内自主实验。

1.3 实验考核方法改革

大多数高校采用统一的考核方式和一致的考核标准，即期末闭卷考试方法。这种考核方法只重视课堂理论教学而忽视实验教学，造成学生理论与实践脱节的现象。学生通过期末考试，只能说明学生掌握了计算机网络的基本原理，但在实际应用中不能学以致用。

经实践证明，这些改革举措确实对教学起到了积极的促进作用。

2 网络通信平台实验教学设置

网络通信实验平台包含IPV4/V6基础实验台、无线实验台、防火墙实验台、VPN实验台、入侵检测实验台、融合通信实验台和协议原理分析实验台等设备。下面以VPN实验台为例，采用“教师指导下的以学生为中心”的教学模式，让学生对实验设备实际操作，培养学生理论与实际相结合的能力，以及分析问题、解决问题的能力。“IPSec VPN路由模式配置”是近年来设计的一个教学案例，经过了教学实践的检验，并取得了较好效果。

实验采用分组进行的方式，1～3名学生为一小组，并确定一名学生为组长，学生分工协作，在教师的指导下完成。首先，教师给学生讲授相关的VPN工作原理、IPSec协议；然后，学生以团队形式合作，人人动手实验；最后，针对学生实验过程中遇到的问题，教师单独讲解辅导。

锐捷VPN实验台是集成了VPN、防火墙、入侵防御和流量控制技术的软硬件一体化专用安全设备，有效地实现了“主/被动安全防御”的完美结合。经过简单配置即可方便地在企业总部和分支机构、移动用户以及合作伙伴之间建立安全的信息传输通道，对传输的数据进行有效的安全保护。

VPN(virtual private network)即“虚拟专用网络”，是指利用加密技术在公用网络平台上安全地传输私有数据，从而形成不受地域限制，仅受统一网络管理和控制的专用网络。IPSec是指IETF以RFC形式公布的一组安全IP协议集，其基本目的就是把安全机制引入IP协议，通过使用加密的安全服务确保在Internet协议网络上进行保密而安全的通信。

2.1 IPSec VPN路由模式配置实验

本实验以IPSec VPN系统为研究对象，配置路由模式，分析基于IPSec的VPN系统中的隧道、加密、解密等关键技术。实验需求：局域网A和局域网B，两端都使用固定外网IP上网，两端要建立IPSec来实现互访。

实验采用如图1所示的拓扑结构进行环境配置。

图1 VPN组网图

实验步骤为：

1)VPN1的配置

(1)配置内网用户能正常访问Internet。配置VPN1接口IP、定义本地用户网段、配置内网访问外网的地址转换规则。

(2)配置IPSec。配置隧道：添加设备(预共享密钥：123456)、添加隧道(通信策略：“3DES+HMAC_MD5”)。VPN1添加IPSec隧道如图2所示。

图2 配置IPSec隧道

2)VPN2的配置

同配置VPN1一样，配置内网用户能正常访问Internet、配置IPSec。

VPN1、VPN2配置完成后，验证实验结果。如图3所示，隧道协商状态显示为第二阶段协商成功，说明IPSec VPN隧道建立起来了，局域网A和局域网B两端内网可以互相通信。

图3 隧道协商状态

2.2 设计综合实验，培养学生创新能力

计算机网络课程是一门应用性很强的学科，要注重培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力。在实验教学改革中，从告诉学生“是什么、怎么做”，改变为由学生主动思考“为什么这样做、怎么做、做的结果如何”，让学生发挥创新精神，自主设计实验[5]。

计算机网络实验分为三个层次：基础性实验、扩展性实验和综合设计性实验[6]。基础性实验多为验证性实验，验证网络技术的相关原理；扩展性实验可供学生选做，以拓展学生的实验技能；综合设计性实验多由教师通过提出问题、设立情景，鼓励学生思考并形成合作团队、自主设计实验。例如，“小型Internet网络方案的规划与设计”实验，要求学生针对实验需求，自行组织团队，设计一个小型网络，培养学生综合运用网络基础知识，查找网络技术资料，设计和组建小型网络系统的能力[7]。在学生进行网络设计的过程中，教师辅助指导，学生分工合作，设计网络拓扑结构，制定网络布线方案，选择网络设备类型，并给出路由器和交换机的配置文件。通过这类实验，鼓励学生独立自主学习，合作讨论，发现问题，解决问题，从而引起学生探究科学的兴趣，更好地激发学生的创新能力。

3 师资队伍的建设

计算机网络课程要求授课教师除具备较扎实的计算机软硬件技术、通信技术基础外，还要求教师有较为丰富的网络工程和网络技术实践经验。因此，加强师资队伍的建设，提高教师的业务水平非常重要。师资队伍的建设，可以从以下三个方面展开：(1)通过选派优秀人才前往国内外知名大型软件企业学习、培训，达到师资培养的目的；(2)鼓励和支持教师从事计算机网络相关的科研项目研究；(3)通过实验平台开发与研制，将教师的教学思想和教学经验融入实验平台的开发过程中，可以进一步提高实验教学的质量与效果。这些方法有助于让教师在良好的教学实验环境中得到锻炼和培养，使教师的教学水平踏上新的台阶。

4 结束语

本文结合计算机网络课程的特点，探讨如何有效地将实践教学引入课程，提出了以网络通信实验平台为基础的计算机网络技术实验教学体系改革的思路。通过更新教学内容、改进教学方法、多元化的考核方式和加强师资队伍建设等改革措施，充分调动学生的学习积极性，培养学生的动手实践能力、团队精神和创新意识。进行以网络通信实验平台为基础的实验教学体系改革，将加大计算机网络课程实验内容的覆盖面，实验体系从原来的验证性实验为主转变为综合设计性实验为主。网络技术日新月异，计算机网络课程的教学也应该紧密结合实际，在探索中不断改革创新，培养适合社会发展需要的应用型人才。

[1]马丽,于合龙,邓蕾蕾,等.基于网络协议仿真平台的计算机网络实验课程探索[J].中国教育信息化,2010(23):76-77.

[2] 于丽.研究型教学在“计算机网络技术”课程中的应用[J].教育与职业,2012(20):90-91.

[3]刘悦,刘明军,张远,等.计算机网络课程教学改革的探索[J].中国教育信息化,2012(19):70-71.

[4] 曹鹏飞,孟祥成,叶传标.计算机网络实践教学研究[J].中国现代教育装备,2008(9):75-77.

[5] 巩永旺,徐秀芳,刘颖.计算机网络实验教学体系建设模型[J].计算机教育,2011(5): 91-94.

[6] 王盛邦,李晓宁,陈立文.基于网络技术的计算机网络实验课程体系[J].实验室研究与探索,2010，29(4):49-51.

[7] Zhang Deju.Study on the teaching model based on multimedia and network environment[J].International Education Studies,2010,3(1)：161-164.

Reform in Experimental Teaching System Based on Network Communication Platform

PAN Wenchana, WANG Kunb

(a. School of Computer Science & Technology; b. School of the Internet of Things,Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210023, China)

According to the characteristics of computer network course,the reform in experimentalteaching system of computer network based on network communication experiment platform is presented.The optimization of teaching contents, the reformation in teaching methods, the improvement of examination method and the construction of teaching staff are discussed and studied in this paper. Teaching reform to enable the students to understand the basic principle of computer network and knowledge with the network application of strong skills can help to stimulate the students’ interest in learning and exploring spirit, strengthen the students’ practical ability and innovation ability.

computer network; experimental teaching system; network communication experiment platform; innovation ability

2013-12-20；修改日期: 2014-04-03

江苏省研究生教育教学改革研究与实践基金资助课题(JGLX13_034)；南京邮电大学实验室建设与设备管理研究基金资助课题(2012XSG07)；南京邮电大学教学改革研究基金资助项目(JG00412JX57)；南京邮电大学教学改革研究重点基金资助项目(JG01613JX10)。

潘文婵(1983-)，女，硕士，实验师，研究方向：网络安全 。

G642.0

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.06.032