CDIO理念下项目模拟实验教学在《网络组建技术》中的实践研究

袁竞

摘要：文章引入CDIO的工程教育理念，以网络工程项目模拟的方式，进行《网络组建技术》的课堂实验项目教学，旨在让学生体验项目开发的各个生命周期，培养学生的实践能力、团队协作以及面对真实工程项目时的规划运营能力。

关键词：CDIO;实验教学;网络组建技术

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）08-0169-02

1 引言

《网络组建技术》是职业学校计算机专业的一门核心专业课程，该课程在具备复杂概念与理论知识的同时又兼具较强的实践性，需要计算机专业的学生通过一系列具体操作实践完成相应的实验项目，从而掌握网络组建的相关技术。《网络组建技术》的内容主要包括网络的基础知识、网络命令的使用、TPCP/IP协议的设置、网络连接设备的使用、对等网的组建、局域网的组建、网络安全设置等，教师在教授的过程中需要把握好理论教授与技能训练之间的平衡，理论讲解过多课程会显得枯燥乏味，实践环节比例过高则学生可能尚未吃透理论。

针对《网络组建技术》课程的特点，在课程的教学中融入CDIO理念，以工程项目设计为过程，将实际企业项目中网络工程设计的流程引入教学阶段的案例中，通过网络工程项目的构思、设计到具体的实现与运行，使学生在体验真实网络工程项目过程中掌握课程的相关知识与技能。

2 CDIO理念下《网络组建技术》项目模拟流程

CDIO是一种由构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）与运行（Operate）四个阶段组成的工程教育模式。对应于CDIO工程教育模式的几个步骤，将其应用于《网络组建技术》课程的教学实施中，教师首先需要挑选合适的章节，在这里以“VLAN的划分与配置”一节为例，然后进行相应的构思与设计。

模拟工程项目的实施首先需要构思一个具体的工程项目。在“VLAN的划分与配置”一节中，根据企业实际网络工程项目需求、结合市场主流网络连接器材使用情况，同时从学生实际情况出发，构思一个难度适中且包含教学知识点的网络工程项目[1]。项目的构思主要分三个步骤：首先通过初级交换网的基本配置、VLAN的基本配置训练学生对于小型网络的管理能力;其次通过中级路由的配置，训练学生对静态路由与动态路由的配置能力，培养其对中型局域网进行规划与构建的职业能力;第三，通过高级网络规划设计与控制访问设置，训练学生IP地址规划、网络拓扑结构设计、VLAN路由配置的能力，在职业能力的角度培养其对网络工程项目需求分析、可行性分析的全局意识与能力。

在完成网络工程项目的构思后，下一步进入到项目的分工设计阶段。CDIO理念下的工程项目模拟注重学生动手能力、自主学习、团队协作、经验积累的过程，所以首先需要为工程项目建立任务小组，然后为其分配相应任务。考虑到学生的实际能力以及构思的中小型的网络项目，在网络工程项目的设计阶段将学生分成三组：项目规划设计组、项目拓扑设计组、网络地址规划设计组。项目规划设计组主要负责项目网络的总体规划、网络连接设备的调研、IP地址的规划、布线设备路由设备交换设备的规划设计等[2]。在项目规划设计组内可以进一步分组，进行各个任务的具体负责工作，从而体现网络工程项目各生命周期的阶段性需求。项目拓扑设计组的工作是分析项目的需求，将网络进行分层规划设计，为其基本结构、所需的技术支持以及需要用到的硬件设备提供设计依据。网络地址规划设计组的主要工作是综合整个项目网络的规划，对路由协议的制定、IP地址的设计、流量规则的制定等进行规划，并在此基础上进行网络的逻辑划分，根据各网段的设备以及用户数量进行子网规划。

3 CDIO理念下《网络组建技术》项目模拟实践教学

3.1 项目设计

项目的设计构思以中小型企业的网络构建为对象，难度适中且在学生的能力范围之内。假设有一家小型企业，拥有A、B、C三个部门，并分布于两座大楼内。三个部门均有10台主机需要上网，两座楼内三个部门各分布5台主机，即每座楼内都有15台主机。A、B、C三个部门各自拥有自己的网段，网络地址分别为192.168.1.0/24、192.168.2.0/24、192.168.3.0/24。现在需要通过路由器为该小型企业架构自己的内部通信网络，首先在同一部门内部搭建部门局域网，实现部门内主机间的内部通信，其次通过二层交换机实现三个部门之间的相互通信[3]。

3.2 项目方案规划

构建企业网络项目前首先进行项目的需求分析。该小型企业有三個部门，且各个部门拥有属于自己的网段，因此可以使用VLAN技术在交换机上实现不同部门间的网段隔离，把A、B、C划分在不同的VLAN中。另一方面，该企业的三个部门的主机均分布在两座办公楼内，即在物理意义上三个网段的内部是隔绝分开的，所以解决方法是在两座办公楼内各放置一个二层交换机，在交换机上采用基于端口的VLAN技术[4]。为了实现相同部门的内部主机通信，两座楼之间的交换机采用双绞线的直接互连，同一部门内部的主机哪怕分布在两座办公楼内，只需要通过二层交换机即可快速通信。二层交换机的直接互连使得不同网段的主机在通信时必须通过路由器的转发，这样也就顺带解决了不同部门主机之间的通信问题。

项目需求分析完毕后可以进行项目的构建方案规划。在整个项目中共需要一台路由器和两台交换机，可以分别选择1841的路由器与CISCO2950-24交换机，具体的项目规划方案如图1所示，其中A、B、C与A’、B’、C’分别代表位于两座办公楼内三个部门的主机。

位于两座办公楼内的三个部门的IP地址、网关以及子网掩码的设置如表1所示。

3.3 课堂教学

在课堂教学阶段，教师首先依据网络工程项目开发的阶段性任务以及上文所提到的三个小组即规划设计组、拓扑设计组、地址规划设计组，对班级学生进行分组，之后模拟项目的开发流程，先由规划设计组的学生组织整个项目开发组进行项目需求分析，讨论该项目的具体规模，并得出初步的网络拓扑结构。然后进行分组分工协作，由拓扑设计组进行项目拓扑结构的细化，选择具体的设备型号，并规划出详细的网络拓扑结构图;地址规划设计组根据详细的网络拓扑结构图分析网络的连接设置，对网络连接设备、路由器、交换机进行设置，对各个VLAN网段的IP地址进行分配并设置相应的网关与子网掩码。最后进行结果的反馈，三个小组汇总各自的规划设计结果，填写相关文档形成最终的项目设计方案。由于整个教学项目挑选较小，所以一开始分组过程中未设计项目的测试人员，同时也为了训练学生对于仿真模拟软件Cisco Packet Tracer的使用，因此在形成最终设计方案后，所有学生都需要在Cisco Packet Tracer中进行项目的仿真模拟操作，测试网络的内联与外联效果[5]。

3.4 教学效果

课堂教学过程中，首先让学生在模拟仿真软件上进行路由器、交换机的配置，然后进行实物演示操作，以虚实结合的方式完成项目的模拟实验教学，节约实验物理成本与时间成本的同时提高学生的实验效率，避免其在物理设备上反复试错造成的时间浪费。

4 结束语

将CDIO理念运用到《网络组建技术》课程的教学过程中，模拟实际项目的设计、实施以及测试运行过程，帮助学生在理解掌握网络组建的相关理论知识与硬件设备工作原理的基础上，培养学生对于实际网络工程项目的规划、分析、设计的应用能力。当然，在教学过程中，仿真模拟软件的使用并不能完全代替真实设备的操作，如何平衡虚拟实验与实物操作在课堂教学过程中的占比，兼顾学生的理论设计体验与实际的物理接触操作，还需要教师在实际教学中不断探索。

参考文献：

[1] 谭娟.CDIO模式在“可编程控制器”技能实训中的应用[J].南方农机，2021，52（11）：146-147.

[2] 徐娟玲.基于CDIO的国内高职院校教学改革研究综述[J].高等财经教育研究，2019，22（3）：11-20.

[3] 陈春艳，雷霖，李志鸿，等.基于项目驱动的多元混合式教学模式的设计与实现——以计算机组网技术与工程课程为例[J].电脑知识与技术，2021，17（12）：25-27.

[4] 周华先.建构理论背景下《计算机组网技术》课程教学改革与实践[J].湖南科技学院学报，2015，36（10）：84-86.

[5] 梁华，王莎，李桥.基于CDIO模式“工程项目法”的教学改革——以局域网技术与组网工程课程为例[J].计算机教育，2020（1）：50-53，59.

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