基于工程教育的计算机网络实验教学研究

张万礼，路红梅，宋启祥，房爱东，杨小莹

宿州学院信息工程学院，安徽宿州,234000

基于工程教育的计算机网络实验教学研究

张万礼，路红梅，宋启祥，房爱东，杨小莹

宿州学院信息工程学院，安徽宿州,234000

针对我国应用型高校计算机网络实验教学存在的问题，研究了如何进行基于工程教育模式的计算机网络实验教学。首先通过构建一体化的实验教学体系，在校内实施单元实验、综合实验和课程设计，在校企合作基地进行实践，解决理论与实践环节的孤立化问题；然后结合当代工程应用的实际，制定符合要求的创新型实验内容，使学生能够适应当代工程实践工作的需要；采用真实实验为主、虚拟实验为辅的实验平台，为学生提供更广阔的实验空间；最后通过成立开放实验室和科技活动小组，实现分组实验、基本实验和自主实验结合以及撰写课程论几种方式激发学生的创新能力。

计算机网络实验；工程教育；教学体系；虚拟实验平台

工程教育目的是把学生培养成为满足社会需要的工程人才[1]，着力培养学生的工程意识、加强工程训练和提高工程实践能力，以满足工作岗位的要求。在我国本科院校计算机网络实验教学中，缺乏对学生工程能力的培养[2-3]。因此，课程体系教学与产业需求联系不紧密，教学实践有悖工程化原则[4]。

国内学者对计算机网络实验进行了大量的研究。林元乖提出建立立体化的实验教学体系和创新型的实验环境[5]；杜兴勇等提出对不同层次的学生采用不同的实验内容和实验手段进行教学，以克服传统计算机网络实验教学存在的不足[6]；王盛邦等提出面向应用的综合案例型实验平台[7]。这些研究均未将工程教育思想贯穿到计算机网络实验教学中，针对此问题，本文提出基于工程教育的计算机网络实验教学，以培养学生的创新和工程实践能力。

1 创建一体化实验教学体系，实现教学体系的工程化

以“工程教育”为背景的人才培养方案要求将工程意识和工程技术能力培养贯穿整个培养过程，使学生掌握基础理论知识，提高工程意识和工程实践能力。而目前理论与实践环节孤立化，针对这一局面，建立“一体化”实践教学体系，如图1所示。

在校内实施第一阶段，即教学过程中实施的单元实验以及综合实验，课程结束以课程设计方式进行考核，然后进入第二阶段——基地实践阶段，将学生送入校企合作企业，学生把理论与企业的生产实际相结合，将所学内容真正用到实践中。本阶段需要学生到企业进行实践，充分发挥校外实训基地的作用，在企业工程师的指导下参与真实项目的开发。在真实环境中，培养学生的综合应用能力和职业素质，让其尽快成长为社会所需要的工程应用人才。这一教学过程，学生真正将所学知识运用到实际中，达到工程化教育的目的。第三个阶段，将所学内容用到毕业设计中，综合各项知识，结合基地实践，进行毕业设计。 新教学体系实现了单元实验、综合实验、基地实践以及毕业设计的一体化，有效解决了实践环节孤立化的问题，提高了学生的工程实践能力。

2 创新改革实验内容，实现教学内容的工程化

创新教学内容，让其贴近当代工程应用的实际。根据实验教学大纲要求以及已有的实验条件，创新可行性的教学内容。设置必做与选做两类实验项目，将理论知识与实验操作结合起来，实现实验教学内容的灵活性、多层次性和科学化，使学生毕业后能够适应当代工程实践工作的需要。

计算机网络实验主要是让学生通过实际的动手操作，深化对理论知识的理解，培养学生的科学思维方式，提高动手能力和创新能力。在多年的教学中，发现传统的实验项目侧重硬件的学习与锻炼。创新型实验融入系统的工程教育理念，相对一般实验来说，具有更高的挑战性。创新型实验能够很好地调动学生学习的自主性和创造性，培养学生的创新思维、创新能力和综合素质能力，实现工程化教育对学生创新能力的要求。

表1 实验项目

本文将实验内容分为设计型、验证型、综合型和创新型。设计型实验包括路由器、交换机等网络设备的配置：广域网以及无线网络等属于验证型；局域网等属于能力提高型实验，将其归化为综合型实验；因特网模拟实验等属于创新型，如表1所示。设计型和创新型有利于素质的培养。因此，在设计型和综合型的基础上，鼓励创新型实验，充分发挥学生的创造性。实验类型的个性化，能够提高实验教学的吸引力。

3 创新改进实验平台

遵循以真实实验为主、虚拟实验为辅的原则，开发利用虚拟实验室，结合各自的优势，改进实验教学，使学生在实际、科研和创新方面的能力得到有效提高，有助于案例教学、工程项目化教学等“工程化”教学方式的开展。

虚拟实验室的体系结构采用B/S (浏览器/服务器)模式，如图2所示。安装一个客户端浏览器，通过图形用户界面输入客户的信息要求，提交给服务器或在客户本地处理，实现虚拟实验，本地浏览器上运行虚拟实验室软件系统，利用其验证实验结果。聊天客户端软件：向服务器发出连接请求，请求成功后，发送数据信息到服务器进行处理，处理结果传给已连接的客户端。服务器端：具有控制、用户管理和通讯接口等功能，客户浏览器被用户访问，是网络虚拟实验室的核心。聊天服务器为每个连接请求成功的用户创建一个线程，在关闭连接之前，一直由其负责客户的通信工作。后台数据库：存储实验内容、结果、虚拟仪器等模拟信息以及用户信息，由虚拟实验平台调用，供教师检查。

图2 计算机网络虚拟实验图

如图3所示，真实环境和虚拟环境相结合的实验平台，体现了实验操作的交互性和系统的开放性。

学生可以到虚拟实验中寻找在真实实验中遇到问题的答案，用虚拟实验中的经验解决真实实验的问题，然后再进行真实实验。学生可在两种实验平台之间，根据实际情况随意穿梭。虚实结合的实验平台相辅相承，相互促进，为学生提供了更广阔的实验空间。学生从实验设计到完成，都是自主的。教师只起辅助作用，负责指导、答疑、监控和评价学生。

4 激发学生创新能力

成立开放实验室和科技活动小组，让学生自主地开展实验，切实培养学生创新意识，使实验室真正成为满足不同层次教学需要、面向学生开放的计算机网络技术实验基地和人才培养基地，从而达到培养学生的实践能力、创新能力和就业创业能力，进而达到工程化教育的目的。

实行分组实验，增强合作能力。计算机网络的部分实验不是一个人能够单独完成的[8]，在实际教学中，让学生自主分组共同完成同一个实验项目，在实验过程中，学生不仅仅掌握了知识，更重要的是锻炼了他们的团队精神和协调能力。

基本实验和自主实验结合，教学中不局限于给学生提供要掌握的实验，同时还可以给学有余力的学生一些自主学习项目，锻炼学生自主学习的能力。撰写课程论文，掌握发展动态。在实验课程结束时，给学生布置关于了解计算机网络一项新技术的论文，并谈谈自己对于本课程的认识。教学实践证明，论文的撰写不仅能够加深学生对课程的认识，同时还能培养学生适应未来工作需要的能力和素质。

5 结束语

为了提高应用型高校网络实验教学的质量，实现工程化思想，急需对实验教学体系和教学内容进行改革。根据创新性实验教学理念，构建一体化的教学体系，制定符合实际的创新型实验内容，采用虚拟环境和真实环境相结合的实验平台，能够有效提高学生的创新能力，从而使网络实验教学效果得到了很大的提高。有效培养了学生的技能、创新意识和创造能力以及学生的综合素质，体现了应用型高校工程化教育的办学思想。

[1]温涛.基于TOPCARES-CDIO的一体化人才培养模式探索与实践[J].计算机教育，2010,8(11):23-29

[2]张川,杨润萍,周宗钢.独立学院计算机网络课程教学模式改革与探讨[J].计算机时代,2012(8):48-52

[3]朱晓静,林元乖.基于多维互动模式的计算机网络实验教学改革与实践[J].中国科技信息,2012(24):105-108

[4]柳婵娟.计算机网络实验教学模式的改革[J].计算机教育,2010(13):123-136

[5]林元乖.创新型计算机网络实验教学研究[J].实验技术与管理,2010,27(12):174-177

[6]杜兴勇,刘海东.创新计算机网络实验教学与实验平台的改革探索[J].中国成人教育,2009(16):149-152

[7]王盛邦.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

[8]王培俊.建设虚拟设计与制造创新性实验平台多层次培养创新能力[J].实验技术与管理,2010,27(3):100-102

2013-08-16

安徽省高等学校省级教学研究项目“以应用能力培养为导向的计算机专业实践教学方法研究”(2008jxm518)；宿州学院教学研究项目“应用型高校计算机网络实验创新教学研究”(szxyjyxm201111)；安徽省高等学校省级教学研究项目“地方本科高校‘卓越计划’教学质量保障体系的构建”(2012jyxm540)；安徽省教育厅质量工程项目“注重CAD能力培养的化工专业实践教学研究”(20101077)；宿州学院教学研究项目“操作系统双语教学的研究”(SZXYJYXM20110)；安徽省高等学校省级教学研究项目“CAD应用能力培养”(20101077)。

张万礼(1977-)，安徽宿州人，硕士，讲师，主要研究方向：计算机网络，物联网。

10.3969/j.issn.1673-2006.2014.01.034

G642.0

A

1673-2006(2014)01-0118-03

(责任编辑刘小阳)