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计算机网络实验教学改革措施分析

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发布日期:2019-03-08 17:44

摘要:计算机网络教学包括理论教学和实验教学,实验教学必不可少而且教学难度较大.本文对计算机网络实验教学存在的问题进行了分析,探讨了如何对计算机网络实验教学进行改革.将实验内容分为验证型实验,综合型实验,设计型实验,制订了循序渐进的教学内容;然后采用自底向上的实验教学模式;最后搭建了新型化的网络实验平台以获得更好的教学效果,提高学生的创新能力和实践能力.

关键词:实验内容;教学模式;实验平台;计算机网络实验

0引言

计算机网络是一门实践性很强的课程,对于应用型本科院校计算机专业的学生来说,不仅仅要理解计算机网络理论知识,同时也对实践动手能力熟练程度提出了更高的要求[1-2].当前计算机网络的教材大多数都是偏向理论基础教学,学生学习的重点是计算机网络的体系结构和网络协议,涉及到的课程实验落实较差,只单纯地进行理论教学,学生很难理解理论知识,这样的教学效果很难保证[3-4].所以强化实验教学是加深理解和验证计算机网络理论知识的重要环节.

1计算机网络实验教学存在的若干问题

1.1实验过程内容单一

计算机网络实验主要是讲授理论知识和简单验证,内容容易实现,实验课程课时较少,导致学生不重视实验[5-6].违背了计算机网络课程实践性很强的教学宗旨.此外,有些学校设置的实验内容多年未变,实验内容陈旧单调因而没有办法提高学生的学习兴趣,无法将所学理论知识转化为网络的实际操作技能,满足不了社会对计算机网络人才的需求.实验教学受课时的限制,只能开展一部分基础验证型实验,不能涵盖课程包含的重要原理,导致学生实践能力不健全,无法开展综合型、设计型的实验项目,培养学生创新型思维受到限制.

1.2教学模式落后

计算机网络课程主要是计算机技术和通信技术结合.理论性较强、知识面较宽,具有应用广泛、实用性强等特点.作为计算机专业的核心课程,是一门公认的较难授课的课程,特别是随着网络协议不断升级、新技术不断涌现,计算机网络理论教学和实验教学的难度进一步的加大.各高校都在积极探索网络实验教学和理论教学改进方法,尽管取得了一定效果,但从近年的效果来看仍未取得更多的标杆性新成果和新方法.不过是侧重点不同,终究是摆脱不了“理论与实践相结合、教学与科研相结合、工学结合”老套的“旧三结合”教学方法,这种教学模式不适合新时代的需要,没有提高学生的创新能力.

1.3实验平台建设落后

随着计算机网络技术在各行各业的推广应用,计算机网络的相关课程在各个工科高校基本都开设,虽然近几年教育经费投入有所提高,但各种问题在高校的网络实验教学中总是出现,效果不佳[8].网络实验室建设方向总体投入较多,各高校网络实验室装备相对比较简陋,主要实验还是基于局域网组建、综合布线、连通性测试等方面,不过是计算机网络初级水平,难以到达更深的层次(比如网络的协议、架构、系统、安全测试等)教学与研究.要落实深层次实验,高质量的设备和系统必不可少,然而资金存在缺口.

2计算机网络实验内容的改革

我们构建多层次的实验内容,包括基础验证型,综合型和设计型三种类型的实验项目让学生掌握该门课程的理论基础知识可以通过基础验证型实验完成,了解计算机网络的基础技能.学生对理论知识的综合运用可以通过综合型实验完成,加强学生的综合运用能力.设计型实验由授课老师按照教学大纲设定综合性强、接近实际应用的实验教学内容,在实验过程中进行分组实验,老师在实验前基于理论指导,在实验中给予相应的辅助,让学生自己真正的设计网络拓扑结构,设置网络地址协议,建立网络框架结构,实现网络安全协议,具体的实验要求通过实验室的软硬件环境构建完成,让学生充分理解网络框架结构加强学生的学习能动性,培养学生理论联系实际能力.

3创新计算机网络实验教学模式

应用型本科院校基本都采用谢希仁编著的教材《计算机网络》,该教材第一版到第六版采用“自底向上”的模式,即基于OSI参考模型,由底层(物理层)向高层(应用层)逐层讲解.该教学模式的特征在于强调通信原理,注重计算机网络底下三层的具体实现技术,注重让学生了解计算机网络发展过程.因此,在此基础上的计算机网络实验课程的内容设置,从底层的基础实验作为起点较为符合原理课程的需求.第一次实验内容建议以增强学生的兴趣为主,例如网线制作与网络连接实验,鼓励学生尝试自己动手制作网线进行电脑间的连接.实验虽然简单,但却非常容易激发学生的兴趣,同时也引导学生了解计算机网络发展过程.第二次实验基于原理课程讲解数据链路层的知识,重点在于理解数据链路层的MAC帧的概念.建议实验内容以计算机网络的中间设备(比如网桥、中继器)以及MAC帧的概念为主,例如通过双绞线把多台电脑与交换机相连.使学生了解到数据帧进行总线广播,使星型上所有的终端都可以接收到数据帧;也可以通过网络中间设备进行转发,使互连的多台电脑可以接收到数据帧.当讲解的原理课程进入到网络层知识时,即可显示协议分析的重要性.第三次实验可以使用协议分析器分析数据包捕获、IP报头分析为主,将复杂与抽象的网络协议直观地展现在学生面前,强调网络协议在计算机网络体系结构中的重要性,让学生加深对计算机网络理论知识的理解.第四次实验设置建议用协议分析器捕获HTTP协议,分析其中的TCP三次握手的连接过程,以及四次握手的释放过程,帮助学生理解TCP协议与UDP协议二者之间的相同与不同之处.第五次实验内容重点分析应用层的协议,例如通过Socket的基本知识与某种高级语言结合,去实现某个经常使用的应用软件或命令,比如实现Ping、Tracert等命令.让学生通过实验了解如何用程序实现Ping命令的运行过程,尤其是实现Ping请求与应答报文,进一步加深理解网络通信的具体实现流程.通过以上描述的每一层的实验内容设置,可以较好地指导学生从底层开始,让学生逐步了解网络的体系结构与协议特性,体会网络的基本知识与工作原理,使实验课程和原理课程的教学模式达到良好效果.

4搭建高效的网络实验平台

高效的实验平台是提高实验质量和学生动手能力的前提.统一的管理控制平台应该包括以下硬件,以太网交换机、路由器、防火墙等设备,按照要求进行多种网络实验,在实验过程中,根据实验要求设置网络架构,使学生根据实验大纲配置不同的网络实验.实验平台构建拓扑图如图2所示.每个学校可以根据本校情况,开展分组实验,每个实验平台由若干名学生组成,每个实验平台都可以使用一组设备,学生在同一时间分别完成相同实验内容.

5结论

计算机网络课程的显著特点就是知识点不停地更新,在一个信息高度发达的社会,经济的发展对互联网人才的需求量很大.为满足国家经济发展的需求,对计算机网络实验教学进行改革必不可少.过去网络实验教学模式以实验验证性为主,难以调动学生学习的积极性.随着国家经济的发展,对计算机网络技术人才要求不断提高,计算机网络实验教学应从多种途径进行相应的改革,对不同能力的学生进行分层次的培养,进一步加强学生的综合应用能力.

参考文献

[1]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(04):108-110.

[2]陆克中,黄海生.地方本科院校计算机网络类课程实验教学探讨[J].忻州师范学院学报,2013(02):94-95.

[3]底晓强,张宇昕,赵建平.基于云计算和虚拟化的计算机网络攻防实验教学平台建设探索[J].实验技术与管理,2015,32(04):148-151.

[4]蒋小洛,李晗,李昌.电子类专业计算机网络课程实践教学体系[J].计算机教育,2010(23):78-81.

[5]刘斌,代素环.普通高校计算机网络课程实验教学的探讨[J].吉林工程技术师范学院学报,2010(02):33-33.

[6]钟平,王会林.高校网络安全实验室建设探索[J].实验室科学,2011,13(01):122-124.

[7]胡静,赵雷,王小刚.计算机网络课程实验教学思路探索[J].计算机教育,2015(21):63-66.

作者:张万礼 单位:宿州学院信息工程学院

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