計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗教學設(shè)計的研究

張寧　潘偉民　王建虎

摘要：實驗教學是計算機網(wǎng)絡(luò)課程的不可缺少的一部分，是提高學生分析解決問題能力和實際動手能力的重要途徑。針對實驗教學中存在的問題，對計算機網(wǎng)絡(luò)實驗課程的學情、教學目標，教學內(nèi)容、教學過程和教學評價進行分析和設(shè)計，力圖擴大知識面，完善實驗教學環(huán)節(jié)，提高學生學習興趣，改善教學效果。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)實驗教學；教學現(xiàn)狀；教學設(shè)計

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）13-3046-04

Research of Computer Network Course Experimental Teaching Design

ZHANG Ning1， PAN Wei-min1， WANG Jian-hu2

（1.School of Computer Science and Technology， Xinjiang Normal University， Urumqi 830054，China； 2.College of educational science， Xinjiang Normal University， Urumqi 830054，China）

Abstract： The experimental teaching is an indispensable part of computer network course， is an important way to improve students' ability of problem and solution， practicing. Aimed at the problems of experimental teaching， it analyzes and designs the learning situation， teaching target， teaching content， teaching process and teaching evaluation of computer network experiment course， in order to expand students' scope of knowledge， improve the experiment teaching， students' learning interest， the teaching effect.

Key words： Network Experimental Teaching； Teaching Status； Teaching Design

1 概述

計算機網(wǎng)絡(luò)是一個新興的技術(shù)，它有很強的綜合性和實踐性。同時，隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，與計算機網(wǎng)絡(luò)知識內(nèi)容相關(guān)的知識和技術(shù)也在迅速地更新和發(fā)展中。計算機網(wǎng)絡(luò)所涉及的教學是計算機技術(shù)和通信技術(shù)相交叉的知識基礎(chǔ)，而且，它的實驗要在特定的實驗環(huán)境下才能完成，主要體現(xiàn)在教師引出一個知識點，沒有實踐的環(huán)境，沒有結(jié)合具體的實驗器材和設(shè)備，這個實驗是無法完成的。計算機網(wǎng)絡(luò)是一個復雜的系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)中端到端的數(shù)據(jù)傳輸過程是各種協(xié)議、各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相互作用的結(jié)果，因此，只有在實際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下討論各種協(xié)議的工作流程、各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的工作機制及它們之間的相互作用過程，才能提供完整、系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)知識[1]。從心理學和教育學層面上來說，計算機網(wǎng)絡(luò)知識是一個專業(yè)技能知識，學生在學習計算機網(wǎng)絡(luò)課程之前對相關(guān)知識的了解很少，理解也不一定到位，還處在社會的層面上。正因為存在著若干問題有待去解決，所以本文要進行計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學過程的研究。

2 計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗教學現(xiàn)狀

目前高校普遍都開設(shè)了計算機網(wǎng)絡(luò)課程，學生一般從傳輸媒體等網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)開始學習，然后學習網(wǎng)絡(luò)管理，最后學習網(wǎng)絡(luò)安全結(jié)束。該文對相關(guān)專業(yè)的計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗進行了相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)目前的計算機網(wǎng)絡(luò)的實驗教學還存在著一些不理想的地方。

1） 實驗室硬件設(shè)施欠缺。

目前，許多學校由于資金原因?qū)е戮W(wǎng)絡(luò)實驗室的硬件環(huán)境根本不能滿足所有實驗內(nèi)容的要求，許多高校的網(wǎng)絡(luò)實驗室的設(shè)備有限，不能滿足所有學生同時進行實驗，這種情況不利于學生動手實踐能力的培養(yǎng)，從而大大影響了實驗教學的質(zhì)量。

2） 實驗教學形式單一。

在實驗教學方面，大家普遍采用的固定的實驗方式，這樣安排的好處是教師能夠順利地完成實驗教學任務(wù)；實驗過程中能夠很好的控制教學過程，由于教師已經(jīng)做了演示，學生實驗也相對輕松；但是這種方式也存在著一些問題：學生缺少實驗的設(shè)計和準備；學生對實驗的感受不深，對于一些抽象的網(wǎng)絡(luò)基本工作原理，對設(shè)備的運行原理、運行情況了解不徹底；實驗的過程和結(jié)果呈現(xiàn)單一性，數(shù)據(jù)多樣化不夠；對實驗的思考和討論不深入；不能和實際應(yīng)用充分聯(lián)系起來；等等。

3） 實驗教學內(nèi)容不夠全面且較為陳舊，與實際應(yīng)用脫離。

計算機網(wǎng)絡(luò)實驗的內(nèi)容不夠，對應(yīng)到網(wǎng)絡(luò)課程的理論教學內(nèi)容上，網(wǎng)絡(luò)實驗課程的內(nèi)容顯得相當不夠全面，且內(nèi)容形式過于單一，大部分的實驗項目是驗證型的實驗，綜合型、設(shè)計型的實驗相對來說較少，且實驗內(nèi)容跟不上新知識和新技術(shù)的產(chǎn)生，與實際的生活和真實的就業(yè)環(huán)境相離甚遠。

4） 實驗課時不足。

計算機網(wǎng)絡(luò)作為計算機相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，實驗課時的分配普遍不能滿足學生的要求。同時由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能強大，種類和型號多樣，僅靠幾節(jié)實驗課的時間學生是無法全面掌握網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的使用方法，而且實驗也有失敗的可能性，一堂課的時間有限也不允許學生反復幾次試驗，這就需要把學生的學習時間延伸到課外。

5） 實驗的組織形式單一。

實驗課程的開展一般局限在實驗室的課堂上，教師講解和演示實驗，學生動手操作，教師巡視并給與幫助，最后提交試驗報告。學生在這種教學形式下創(chuàng)新意識得不到發(fā)揮，實踐能力也不能有效提高。由于教師精力有限，不可能對每一個學生的實際需要進行解答指導，學生遇到問題時尋求幫助的途徑有限，這樣不利于學生主動分析問題，解決問題的培養(yǎng)。endprint

因此，為了提高計算機網(wǎng)絡(luò)的實驗教學效果，讓學生獲得更多的知識和技能，該文重點要在計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗的教學過程中上有所突破。

3 理論依據(jù)

1） 認知主義學習理論

認知主義學習理論強調(diào)學習者在學習活動中的主體價值，對學習者的自覺能動性給予充分的肯定，在實驗教學過程中，學生是實驗教學活動的主體[2]。該理論強調(diào)個體的認知結(jié)構(gòu)以及個體認知結(jié)構(gòu)的重組和更新，因為學習者的學習效果，不光是取決于外部的刺激和個體的主觀努力，還取決于學習者大腦中已有的知識儲備、認知結(jié)構(gòu)、非認知因素。因此，教學設(shè)計中，實驗課程內(nèi)容的設(shè)計和組織不但要符合邏輯，又要與學生已有的認知結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，以便學生學習和掌握網(wǎng)絡(luò)的基本概念和原理，發(fā)展學生探索的能力。同時鼓勵學生主動地通過預習先接觸新知識，以便在課堂學習過程中獲得更好的學習效果。

2） 建構(gòu)主義學習理論

建構(gòu)主義學習理論認為知識內(nèi)在于學習者，是學習者在個人經(jīng)驗基礎(chǔ)上的主觀構(gòu)造，概念含義是不能傳遞的[3]。學習是對已有概念重新調(diào)整的過程。構(gòu)建主義的核心主旨是含義是個人構(gòu)造的而不是單純的接受。在計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學過程中，構(gòu)建主義學習理論特別適合解決一些目標數(shù)量不明確的綜合類實驗。

4 計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗教學的教學設(shè)計研究

計算機網(wǎng)絡(luò)實驗課程的教學設(shè)計大致分為分析、設(shè)計、評價三個階段。先從教師教什么、學生學什么入手，對學習者、學習背景進行分析，確定網(wǎng)絡(luò)實驗教學的目標，然后圍繞怎么教進行網(wǎng)絡(luò)實驗教學內(nèi)容的梳理和網(wǎng)絡(luò)實驗教學過程的設(shè)計，最后解決教得如何與學得如何的問題來進行網(wǎng)絡(luò)實驗教學評價設(shè)計。

4.1 計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗教學的學情分析

在計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗教學設(shè)計的準備階段，運用系統(tǒng)的方法對影響學習者整體應(yīng)該考慮的基本因素進行分析，弄清網(wǎng)絡(luò)實驗教學的起點、終點和條件。

1） 學習者分析

對學習者的分析從以下兩方面進行：一是一般特征，計算機網(wǎng)絡(luò)課程一般在大學第二年以后開設(shè)，這時的學生年齡大概處在18至24歲之間。按照埃里克森的發(fā)展八階段理論，這個年齡段的學生的心理發(fā)展處在成年早期階段。在情感方面，他們已脫離了以自我為中心，已經(jīng)形成了明確的價值觀，社會參與意識逐漸增強，學習動機很強，這為計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學奠定了基礎(chǔ)。二是初始能力，學生在學習計算機網(wǎng)絡(luò)課程之前，已經(jīng)學習過一些先導課程，學生基本具備了作為一名信息技術(shù)相關(guān)學科的學生應(yīng)該掌握的計算機相關(guān)基本原理和基礎(chǔ)知識，為計算機網(wǎng)絡(luò)這門課程的開展奠定了基礎(chǔ)。

2） 學習背景分析

以前我們普遍認為學習背景就是教學設(shè)施器材和課堂環(huán)境，忽略了信息資源、教師的個性和文化背景等因素。計算機網(wǎng)絡(luò)實驗課程的背景分析主要是確定教學設(shè)計的有利和不利條件，是對教學方案的可行性分析。計算機網(wǎng)絡(luò)課程的背景包括：由學校的財力和物力決定的教學設(shè)施和設(shè)備；家庭環(huán)境和社會環(huán)境；學校為學習者的學習提供的例如校風和學習風氣的學習文化氛圍；課程資源；設(shè)計教學策略的教師的個性和文化背景等。

4.2 計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗教學的目標分析

實驗知識與技能目標是對學生學習計算機網(wǎng)絡(luò)實驗課程提出的最基本要求，是引導學生獲得技能、鍛煉實驗相關(guān)能力、陶冶情感態(tài)度所依靠的材料。計算機網(wǎng)絡(luò)實驗課程對于學生在知識和技能方面的發(fā)展，更加注重網(wǎng)絡(luò)概念的學習、知識的構(gòu)建、實驗方法和技能的學習，以及對問題解決能力的培養(yǎng)，能夠全面、深入理解和熟練掌握所學內(nèi)容，并能夠用其分析、設(shè)計和解決類似問題，能舉一反三。實驗過程和方法目標是引導學生探究、領(lǐng)悟、習得、體驗的載體，是獲得知識、鍛煉能力、培養(yǎng)情感的主要過程，是教學活動的主體和關(guān)鍵環(huán)節(jié)實驗態(tài)度情感價值觀本身就參與實驗過程，激發(fā)學生的興趣，陶冶情操，引導學生認識知識的價值，進一步增強學生對知識學習的渴望。通過實驗激發(fā)學生學習興趣，敢于創(chuàng)新的思想，通過小組實驗培養(yǎng)學生團結(jié)合作的精神。在學習過程中使學生學會利用網(wǎng)絡(luò)資源與他人進行有效的交流與協(xié)作學習，提高學生良好的信息意識和信息素養(yǎng)。

4.3 計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗教學內(nèi)容的梳理

對計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學內(nèi)容的梳理，是為實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)實驗的教學目標，要求學生系統(tǒng)學習的知識、技能和思想、行為的總和。計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗內(nèi)容繁雜且具有繼承性[4]，即網(wǎng)絡(luò)的硬件環(huán)境是計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教程所有實驗的基礎(chǔ)，因此只有完成了組網(wǎng)實驗的任務(wù)，后繼協(xié)議類實驗才能順利進行；此外，每一種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的實驗，都基于特定的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，只有完成了相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的安裝、配置實驗，在這個網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的其他實驗才能順利進行。因為繼承性，實驗最好循序漸進地開展。于是，把計算機網(wǎng)絡(luò)實驗按順序分為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成實驗、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器實驗、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實驗和網(wǎng)絡(luò)安全實驗四部分，具體實驗內(nèi)容如表1所示。

表1 計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗教學內(nèi)容

[序號＼&實驗?zāi)K＼&實驗名稱＼&1＼&網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成實驗＼&單交換機的VLAN劃分配置＼&2＼&多交換機之間VLAN的配置＼&3＼&STP的基本配置和應(yīng)用＼&4＼&利用三層交換機實現(xiàn)VLAN間的通信＼&5＼&路由器的基本配置＼&6＼&靜態(tài)路由的配置與管理＼&7＼&RIP動態(tài)路由配置管理＼&8＼&OSPF單區(qū)域和多區(qū)域路由的配置與管理＼&9＼&網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換NAT的配置與管理＼&10＼&網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器實驗＼&DNS服務(wù)器配置與管理＼&11＼&WWW服務(wù)器配置與管理＼&12＼&FTP服務(wù)器配置與管理＼&13＼&DHCP服務(wù)器的配置與管理＼&14＼&電子郵件服務(wù)器的配置與管理＼&15＼&網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實驗＼&以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的構(gòu)成＼&16＼&IP地址分類與數(shù)據(jù)包組成＼&17＼&地址解析協(xié)議ARP＼&18＼&Internet控制報文協(xié)議ICMP＼&19＼&簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議SNMP與網(wǎng)絡(luò)管理＼&20＼&用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP＼&21＼&傳輸控制協(xié)議TCP＼&22＼&網(wǎng)絡(luò)安全實驗＼&ARP地址欺騙＼&23＼&ICMP重定向＼&24＼&TCP與UDP端口掃描＼&25＼&路由欺騙＼&26＼&沖突與網(wǎng)絡(luò)廣播風暴＼&27＼&路由回環(huán)與網(wǎng)絡(luò)回路＼&]endprint

4.4 計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗教學過程的設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)實驗的教學過程是指在實驗過程中教師有目的有計劃地，圍繞學生的主體性、能動性和創(chuàng)新性來組織和引導學生主動進行認識活動，促進學生身心發(fā)展的特殊的認識過程。結(jié)合計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗的特點，把計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗教學活動分為以下幾步：

第一，創(chuàng)設(shè)問題情境。問題情境的創(chuàng)設(shè)是實驗教學活動中很重要的一部分，對學生知識和技能的學習、情感的培養(yǎng)有非常重要的意義。所以，問題情境的設(shè)計一定要具有一定的難度，且難度控制在學生的最近發(fā)展區(qū)之內(nèi)；問題情境中的目的是明確的、清晰地，盡量減少無關(guān)變量；教師盡量使用新奇的、與常規(guī)不同的能引起學生興趣的方式呈現(xiàn)問題。

第二，分析實驗任務(wù)，發(fā)現(xiàn)問題。教師給出任務(wù)后，讓學生先進行充分的討論，分析哪些知識是學過并已經(jīng)會操作的，哪些知識是未學過需要掌握的。教師和學生一起對任務(wù)進行分析，把任務(wù)分解成多個可操作的具體的小任務(wù)。

第三，制定計劃，設(shè)計方案。在這一環(huán)節(jié)中，教師為學生提供齊全的實驗設(shè)備和明確的實驗要求，讓學生進行討論、設(shè)計實驗方案，在設(shè)計的過程中，教師以參與者的身份，參與學生的設(shè)計，并在關(guān)鍵地條件之處給予提醒，不干涉學生的設(shè)計活動。這樣可以激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)他們的分析、解決問題能力和創(chuàng)新能力，但是學生的這些能力不是通過一個實驗就能提高的，這就需要教師多給學生提供一些合適的實驗設(shè)計的機會。

第四，完成實驗，經(jīng)驗交流。計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗大部分是驗證性和設(shè)計性的，學生在完成實驗任務(wù)后，對自己的試驗過程和實驗結(jié)果，可以和全班學生、教師進行討論交流，學生之間進行互評，在這個過程中把自己成功的經(jīng)驗傳播出去，對于別人的不足在今后的實驗中盡量避免出現(xiàn)同樣的問題，這也是對自我水平的提高，合作能力、表達能力和學習能力也達到一定的提高。

第五，總結(jié)和評價。在整個教學活動中，教師不可忽視適時地評價對學生學習的促進作用。對于學生的學習過程的評價，教師應(yīng)該關(guān)注學生的學習方法以及對知識的運用，關(guān)注是否所有的學生都積極地投入到完成實驗的過程中去，關(guān)注學生的創(chuàng)新實踐能力。教師的評價應(yīng)該是客觀的，是面對全體學生的，在了解全體學生的任務(wù)完成情況時，適時的給學生提供幫助。

4.5 計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗教學評價的設(shè)計

教學評價是教學設(shè)計的重要組成部分，作用于教學活動的各個階段，對學生的學習過程和學習成果進行價值判斷。在計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗教學活動中，主要采用這幾種方式進行評價：教師評價、小組評價、自我評價。

1） 教師評價

教師評價是指教師對學生的課堂和課外的表現(xiàn)客觀的綜合評價，課堂的表現(xiàn)包括學生實驗課上的動手和討論狀態(tài)、筆記、對教師提處問題回答的準確程度等，課外的表現(xiàn)包括完成實驗報告的情況、實驗考試的成績等。目前一般計算機網(wǎng)絡(luò)實驗課程的成績由測驗成績（70%）和平時考勤+實驗報告成績（30%）組成。這些都是由教師評價得出的，可見教師客觀的評價對學生有很大的指導作用，對于學生的不足和優(yōu)點，教師應(yīng)該適當?shù)亟o予提醒和表揚，這樣有助于學生積極性和學習動力的提高。

2） 小組評價

小組評價是指學生以小組為單位，對小組成員在合作過程中的表現(xiàn)的相互評價，采用小組評價的目的就是讓學習者學會合作、學會關(guān)心、學會以團隊的力量去完成任務(wù)。這樣的評價，有利于學習者認識到自己的不足和優(yōu)勢，對于學習者形成集體觀念，培養(yǎng)團隊合作意識，樹立信心是十分有效的。

3） 自我評價

自我評價是指學習者對自己在學習過程中的思想、行為和態(tài)度的判斷和評價，學生可以通過課后習題、在線測試對自己在某一段時間或某一章的學習給出一個客觀的判斷和評價。還可以通過學習計劃的執(zhí)行情況、實驗內(nèi)容的掌握程度、實驗過程的熟練程度、實驗過程中和師生的溝通交流能力和參加與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的資格證書考試來進行自我評價。

5 結(jié)束語

隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，社會對計算機網(wǎng)絡(luò)各個層次的人才需求已變得非常迫切。學生在校期間必須要練好扎實的基本功，才能更好地適應(yīng)社會的發(fā)展。計算機網(wǎng)絡(luò)是一門綜合性和實踐性課程，對實驗教學的研究有助于提高實驗的教學質(zhì)量，充分調(diào)動學生學習的積極性和主動性，增強學生的分析問題、解決問題的能力和動手能力，引導學生進行主動探究學習，提高學生的信息素養(yǎng)，充分發(fā)揮實驗教學環(huán)節(jié)的作用。

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