路由与交换技术课程教学的创新探索与实践

2015-03-11刘静赖英旭徐玮杨震

中国教育技术装备 2015年2期

关键词：卓越工程师实训基地

刘静++赖英旭++徐玮++杨震

摘要探讨如何对课程进行面向卓越工程师培养的教学方式改革，提出从理论课程体系、实验环节体系、科技创新体系三个方面建设教学体系，利用企业和校内实训基地资源，实行学习与认证结合；改革考核方式，综合评价考生的能力。

关键词路由与交换技术；实训基地；卓越工程师

中图分类号：TN915.05-4；G642 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2015）02-0088-04

Innovative Exploration and Practice in Curriculum Teaching on

Routing and Switching Technology//LIU Jing， LAI Yingxu， XU Wei， YANG Zhen

Abstract The paper is aimed at discussing how to reform for excellent engineer training oriented organization form of teaching and teaching approach. Building teaching system is proposed to be built up from three aspects with the aiding of Theory Curriculum System， Experiment Segment System and Technology Innovation System. Learning and certification should be combined with utilization of resources in practical training bases of university and related enterprises. Inspection method should be reformed， and capability of examinees should be evaluated comprehensively.

Key words routing and switching technology； practical training base； excellent engineer

1 引言

路由与交换技术课程是北京工业大学信息安全专业非常重要的一门专业课，授课对象是本科二年级学生，前导课程是计算机网络基础。该课程主要是培养学生能够运用基本的网络通信技术知识解决实际的局域网和广域网络互联通信中路由与交换的技术问题。课程的大部分内容比较抽象、难以理解，教师用语言不易描述，协议中的某些规律难以捕捉。因此，该课程在授课过程中存在一些问题，教学内容枯燥乏味，考核形式单一化，学生实操能力差，与社会实际需求脱节，等等，使得该门课程的教学效果并不理想。

目前，国内很多院校都在尝试该课程的教学改革，主要的改进方式有：1）增加路由交换技术的课时量[1]，可以让学生有充分的时间去消化和吸收课程的内容，但还是无法突破传统面授教学的局限性；2）采用问题驱动教学法[2]，以问题为导向，让学生带着问题去学习，处于不断探索的情境之中，但是达不到培养学生综合运用知识解决实际问题的目标；3）加强对实验课的管理[3]，增加实验课程的综合性内容，使用软件构建虚拟实验环境，在考核环节增加上机考试的比重，但是目前虚拟的实验环境与真实设备有着很大的区别，很多实验无法完成。该课程改革现有的经验都不太适合本专业的情况。

2011年，北京工业大学信息安全专业入选教育部“卓越工程师教育培养计划”。“卓越计划”的主要目标是培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的各类型高素质工程技术人才，即卓越工程师后备人才，因此，“卓越计划”参与高校在研究、设计和构建满足卓越工程师培养目标要求的课程体系和教学内容的同时，要注重与之相适应的教学组织形式和教学方法的改革、研究和设计。

2 课程教学创新探索的基本途径

为了提高课程的教学质量，满足卓越工程师培养目标，使参与“卓越计划”的信息安全专业学生日后具备较强的工程能力和综合素质，本专业教师对课程进行了面向卓越工程师培养的教学组织形式和教学方式改革。课程的教学改革坚持以学生为中心，以学生的知识获取、能力培养和素质提高为出发点和落脚点，以培养卓越工程师为目标。在创新探索的过程中按照教育部和学校培养标准中的要求，认真分析、研究和比较各种教育教学方法，合理利用各种现代教育资源和教学手段，研究和设计适合本专业实际情况的、有利于学生全面发展和提高的教学组织形式和教学方式，充分调动学生学习的积极性、主动性和独立性。

课程教学的创新探索主要集中在探索多样化的教学方式。一方面通过实例学习，使学生深入理解计算机网络常用的路由和交换协议以及掌握网络搭建与优化的方法。课程受到网络技术发展的前沿性和创新性的影响，因此将最新技术内容和行业所需的技术融入课程中，使学生更好地掌握和应用网络知识。另一方面，该课程实践性非常强，在教学过程中注重理论与实践相结合，培养学生的创新能力，激活学生自主学习和探究的动机，指导学生如何学习和思考，把知识转化为技能、把技能转化为智慧，培养学生的专业素养、学科能力和思维方法。

3 课程教学创新探索的实施

路由与交换技术课程是48个学时，教学改革在充分利用48个学时达到有效的教学目的基础上，拓展教学环境，把大学生创新精神和实践能力培养落到实处。具体实施主要分为以下几个方面。

系统性建设教学改革体系从理论课程体系、实验环节体系、科技创新体系三个方面，三位一体地建设教学体系。研发搭建信息安全教学网站和网络实验平台，作为三位一体教学体系的主要辅助，更好地支持学生自主学习。endprint

1）理论课程体系由课程教学单元构成，采用模块化教学，突出重点和难点。理论课程根据自编教材构建了七个教学模块，按照路由基础介绍→距离矢量路由协议→EIGRP路由协议→OSPF路由协议→虚拟局域网→虚拟局域网中继技术→生成树协议这一主线来组织内容。

在实际的课堂教学过程中，首先在每一章中明确讲授目标，在讲解具体内容时，由生活中的经典案例引出所要学习的知识。

其次，充分理解教材的重点、难点问题进行突破。针对这些重点难点，设计制作Flash多媒体课件，在创意时将重点落在“抽象问题具体化、微观问题宏观化、静态问题动态化”。①抓住细节内容演示。如在子网划分问题中，通过Flash学生可以看到对一个B类主网进行子网划分的过程：通过从IP地址中的主机位借两位，原网络划分成四个独立的网段，网段之间的通信需要路由器的支持。②采用问题驱动教学法。在每一个Flash中设计一个故事场景，让学生了解在什么情况下应该使用何种技术，该技术能够解决什么样的问题，它的优点和缺点是什么；教师在播放中设计相关的问题的提问和解答。

再次，在讲解理论知识时，利用Cisco Packet Tracer软件进行实际操作。比如，在有类路由协议不支持不连续子网这个问题上，用PT软件配置完成之后，学生可以看到路由表中的错误现象。

教学网站为学生提供教学课件上网学习，提供与实验科研任务相关的背景知识和信息资料，提供必要的工具和交流支持，引导学生逐层逐步地将问题研究清楚和解决。改变过去在课堂教学中所有知识内容都要讲的状态，坚持“少而精”，有针对性地集中讲解重点和难点问题，解决“满堂灌”导致什么都讲不清楚的情况，由此突破传统面授教学的局限性。

2）实验环节体系由基础、综合与研究实验构成。课程改革的探索坚持理论知识和实践技能并重，强调通过基本技能和综合能力的训练，逐步培养创新意识、创新能力。每个系列的实验内容包括基础验证型实验、综合型实验和研究创新型实验：基础验证性实验用来加深学生对具体理论的掌握；综合型实验可以锻炼培养学生综合应用所学知识在实际环境中处理网络问题的能力；创新型实验则能够明显提高学生的实践创新能力，激发学生的科研创新潜力和专业实践兴趣。课程实验包括三个系列实验，如图1所示。

在实验课程中，学生分为四人一组，每组采用六台路由器、四台交换机和四台PC机搭建实践教学环境。学生依据实验指导书中的实际拓扑图连接设备，并且按照步骤完成基础型实验。书中详细阐述了基础型实验各个步骤所需要输入的命令，帮助学生复习课上所学内容。但是实验步骤中故意设置了错误点，防止学生不动脑型的照抄。这种形式既锻炼了学生的动手能力，也提高了学生的排错技能。比如，在RIPv1配置实验中，拓扑图中给出的网络地址故意设置为不连续子网，学生在测试连通性时会发现丢包的现象。

综合型实验均为企业的实际案例，以实验一的综合型实验为例，学生需要根据拓扑图和给定需求进行子网划分，在不同区域配置恰当的路由协议等。创新型实验可以让学生针对某一个专题进行深入的了解和研究。实验二的创新型实验要针对校园网从IPv4向IPv6的过渡，根据现有的软、硬件环境，设计符合校园网实际情况的几种过渡方案，并给出具体的实现过程。由于是信息安全专业的学生，需要培养学生的网络安全意识，因此在实验中加入安全相关内容。例如，实验三的综合实验，要求用户端能够防止私设DHCP服务器、私设IP地址和ARP攻击。

网络实验平台实现远程实验环境，使学生能通过浏览器在真实网络设备上进行网络实验。将实验环境延伸至学生宿舍、图书馆等场所，做到7*24小时开放专业实验室，满足学生的需求。

在实验教学过程中，强化学生的主体作用，教师在必要时要指导学生解决实验过程中遇到的一些难以解决的或者意外的问题，以免学生遇到困难之后可能无法进行后续实验，从而影响实验效果。

3）科技训练体系由科学研究、研究报告及其他各类科技活动组成，旨在引导学生尽早进入科研实验室和项目组，接受科学研究的锻炼和学术氛围的熏陶。对于动手能力强的学生，加强学科、技能竞赛管理。从2006—2012年，每年在全校范围内举行一次“思科网院杯”全国大学生网络技术大赛校内选拔赛，指导学生参加。对于竞赛中的成绩优异者给予创新学分奖励，竞赛中的优胜者进行集中训练，参加“思科网院杯”全国大学生网络技术大赛。对于有科研兴趣的学生，要求其早进课题、早进实验室。

依托北京工业大学“信息安全实训基地”平台，建设多元、优质和开放的校内外课程学习与科技活动支撑环境，可以根据不同学生的研究兴趣与职业规划，进行差异化个性培养。在实现专业人才培养全覆盖的同时，满足不同研究兴趣与职业规划学生的培养需求。指导学生参加校内星火基金项目，鼓励学生参加专业教师科研项目，引导其发现自身的研究兴趣与职业规划。并针对个性化的发展要求，做到让不同发展需求、不同职业规划、不同能力特点的学生能够各取所需，找到提升自身能力的途径。

充分利用企业和校内实训基地资源依托企业，参加实际项目的模拟开发，使学生的研究性学习经验能够通过一个贴近专业实际的设计或研究项目完整而充分地体现出来，并在此基础上使学生进而得到知识和能力的提升和总结，获得高峰体验。实训注重综合素质与个性化培养的结合。校内“信息安全实训基地”平台的网络设备均采用思科网络设备搭建，实验室的配置与认证考试配置相同，使得学生在学校不仅仅学习网络基本理论，还可以参加认证与培训相结合的实验体系，经过本课程的学习后能够参加CCNA和CCNP认证考试。在这样的体系下，有利于面向社会培养面向应用的高素质网络人才，学有所用，提高学生的就业能力，为学生毕业后很快适应胜任工作打下扎实的应用基础。

实行考核激励机制作为一门实践性很强的课程，考核是评价学生学习效果和教师教学质量的标准。更重要的，它是一个激励体制，成为指导学生学习的方向和标准。本课程的考核分为三部分：平时实验成绩、考勤、期末笔试考试。其中考勤比重占10%，平时实验成绩比重占到60%，期末笔试比重为30%，创新型实验和CCNA证书均为加分项。严格考勤可以带动学生建立良好的班风。平时实验成绩主要体现整个学期全部实验成绩的平均水平，基础验证型实验和综合型实验为必做项，教师根据每个人分工的完成情况，以及最后的调试结果打分。创新型实验是为后续科研创新工作打下良好的基础，因此作为学生的加分项目。笔试与实验成绩的结合，可以兼顾对基本理论知识以及实际操作能力的考核，在很大程度上减少学生死记硬背的学习情况，综合评价学生的能力，充分体现公平、公开、公正的原则，促进良好学习风气的形成。endprint

4 课程教学创新探索的实践效果

将以上改进的方法应用到实际的教学过程中，使学生在注重理论学习的同时提高参与实践的积极性，理论知识与实践实训有机结合，实验科研中遇到的问题又可以促使学生在理论上寻求解答。两方面相辅相成，相互促进。

经过三年不断地尝试与改进，学生对路由交换技术这门课程的满意度有了很大提升，工程能力和学习的主动性有了很大的提高。在近几年的全国“思科网院杯”大学生网络技术大赛中，获得集体一等奖一次，集体二等奖二次，集体三等奖二次，集体优胜奖二次；目前已有50多人次获得CCNA证书，其中四人次获CCNP证书，10多人次获全国信息化工程师的培训证书。多名学生主持并完成校级星火基金项目及全国大学生创新实验计划项目，为后续课程的学习和科研工作打下良好的基础。

5 结论

路由交换技术课程的教学改革是一项长期的任务，仍需继续根据学生的特点、企业实际工作岗位的要求和网络科技的发展不断地探索，不断地改进。在进行教学研究的同时，也要注重科研工作，并将研究成果逐步融入传统教学内容中，形成科研—教学—科研的良性循环模式，对教学起到巨大的促进作用。只有这样，培养出来的学生才能适应社会，成为社会需要的有用之才。

参考文献

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