線上線下聯(lián)動(dòng)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

鄒明亮

摘要：針對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)存在的不足，分析了目前開展該課程實(shí)驗(yàn)的條件，探討了課程實(shí)驗(yàn)的主要特點(diǎn)以及開展方式，依托在線平臺(tái)，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，融合虛擬仿真與實(shí)驗(yàn)室物理設(shè)備，構(gòu)建線上線下聯(lián)動(dòng)的課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。該方法既注重線上對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的支撐，又注重了線下實(shí)驗(yàn)的靈活開展，以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)的充分利用，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：線上線下;計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò);課程實(shí)驗(yàn);教學(xué)模式;虛擬仿真

中圖分類號：G434? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）26-0108-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Abstract： In view of the shortcomings of the traditional experiment of computer network course， this paper analyses the conditions for carrying out the experiment of computer network course at present， and discusses the main features and how to carry it out， relying on the online platform， innovating experimental teaching mode， integrating virtual simulation and laboratory physical equipment， constructing an experimental teaching method based on online and offline. This method not only pays attention to the support of online experimental teaching， but also pays attention to the flexible development of offline experiments， and the full use of experimental teaching hours， so as to cultivate students' practical and innovative abilities.

Key words： online and offline;? computer network;? course experiment;? teaching mode;? virtual simulation

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程是高校計(jì)算機(jī)類專業(yè)的一門重要的專業(yè)課程，是迅速發(fā)展并在信息社會(huì)中得到廣泛應(yīng)用的一門綜合性學(xué)科，對實(shí)踐動(dòng)手能力要求比較高。探索培養(yǎng)符合能力需求，適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中亟待解決的問題[1]。課程的實(shí)驗(yàn)開展需要緊跟時(shí)代發(fā)展，線上線下聯(lián)動(dòng)的開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生可以通過線上獲得課程實(shí)驗(yàn)的資源，對線下實(shí)驗(yàn)的開展提供有效支撐，線下的實(shí)驗(yàn)融合虛擬仿真，減少對使用物理設(shè)備的依賴，提高實(shí)驗(yàn)室物理設(shè)備的使用效率，突破課程學(xué)時(shí)數(shù)的限制，并可通過線上平臺(tái)交互達(dá)到更好的教學(xué)效果。

1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)?zāi)壳爸饕拈_展方式及優(yōu)缺點(diǎn)

1.1利用真實(shí)物理設(shè)備

專業(yè)實(shí)驗(yàn)室提供的真實(shí)物理設(shè)備對于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能起著舉足輕重的作用，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的實(shí)驗(yàn)開展也離不開專業(yè)實(shí)驗(yàn)室。其一，實(shí)驗(yàn)室里面的真實(shí)物理設(shè)備能讓學(xué)生對設(shè)備的外觀有切身體會(huì)，如對于一款交換機(jī)，學(xué)生可以看到它外形、品牌標(biāo)志、型號、接口等，從而形成一種直觀的認(rèn)識。對于雙絞線、光纖等通信介質(zhì)，除了感受外觀，還可以自己動(dòng)手制作網(wǎng)線，測試連通性等。其二，通過對看得見的設(shè)備進(jìn)行配置，并且觀察到配置效果，學(xué)生就能體驗(yàn)到自己真正具備配置這種設(shè)備的能力，對于以后工作當(dāng)中碰到同類設(shè)備時(shí)，能提升自己的自信心。其三，當(dāng)實(shí)驗(yàn)中遇到一些問題時(shí)，面對真實(shí)設(shè)備學(xué)生會(huì)更積極的想辦法解決，若采用的是虛擬仿真，學(xué)生一方面會(huì)考慮是不是自己確實(shí)錯(cuò)了，另一方面也會(huì)懷疑仿真程序是不是有什么問題，這會(huì)給實(shí)驗(yàn)帶來不確定性，心里缺乏踏實(shí)感。另外有些問題只有在使用真實(shí)設(shè)備時(shí)才能出現(xiàn)，在仿真環(huán)境中可能不會(huì)遇到，如網(wǎng)線接上了，但線路不通，在真實(shí)環(huán)境下可能由于網(wǎng)線中間有斷開或接口接觸不良等導(dǎo)致。利用真實(shí)物理設(shè)備開展實(shí)驗(yàn)，也可以在Web 網(wǎng)頁上提供實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程登錄的連接，方便學(xué)生隨時(shí)隨地遠(yuǎn)程訪問實(shí)驗(yàn)設(shè)備，提高實(shí)驗(yàn)資源的利用率[2]。

1.2利用虛擬仿真工具

將虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)融入現(xiàn)有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，是一個(gè)開放且重要的研究方向[3]。利用虛擬仿真開展計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)也有其特有的優(yōu)勢。首先，開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)學(xué)生只要利用PC機(jī)加上虛擬仿真工具就可以，不必在特定時(shí)間前往實(shí)驗(yàn)室開展，因此不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制。其次，不受設(shè)備的限制，開展網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)，有時(shí)需要用到交換機(jī)、路由器、防火墻等多類多個(gè)設(shè)備，一般專業(yè)實(shí)驗(yàn)室很難一次提供如此多的設(shè)備給單個(gè)學(xué)生使用。然后，開展虛擬仿真也能達(dá)到較好的實(shí)驗(yàn)效果，同樣可以理解實(shí)驗(yàn)過程，可以觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，也可以提高動(dòng)手能力。目前開展虛擬仿真的條件也比較成熟，有如eNSP、Cisco Packet Tracer等可擴(kuò)展、圖形化操作的網(wǎng)絡(luò)仿真工具供學(xué)生們選擇使用[4] [5]。

2 線上線下聯(lián)動(dòng)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)

本文將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的實(shí)驗(yàn)整合為協(xié)議分析類、設(shè)備互聯(lián)類、常用服務(wù)類、大型綜合類等，通過線上線下聯(lián)動(dòng)的方式開展，線上給出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求，學(xué)生先自行探索，遇到困難可以線上尋求資源及幫助;線下開展實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，理解基本原理，完成驗(yàn)證后通過線上教師給出的思考題，啟發(fā)學(xué)生深入探究存在的問題，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中思考，也有助于科學(xué)思維的培養(yǎng)[6]。

2.1協(xié)議分析類實(shí)驗(yàn)

開展協(xié)議分析類實(shí)驗(yàn)使學(xué)生掌握網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相關(guān)的基本概念、了解協(xié)議的工作過程、加深理解協(xié)議的基本原理。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括鏈路層EthernetV2 標(biāo)準(zhǔn)MAC 幀結(jié)構(gòu)分析、網(wǎng)絡(luò)層IP數(shù)據(jù)報(bào)格式分析、傳輸層UDP和TCP報(bào)文格式分析、應(yīng)用層HTTP、FTP等協(xié)議分析。實(shí)驗(yàn)條件需要一款網(wǎng)絡(luò)封包分析軟件，常用的如Wireshark。根據(jù)這類實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，學(xué)生在課內(nèi)課外都可以開展。教師在線上給出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、網(wǎng)絡(luò)封包分析軟件的使用說明，學(xué)生線下即可獨(dú)立開展實(shí)驗(yàn)。相關(guān)的線上教學(xué)資源包括對各協(xié)議的介紹、網(wǎng)絡(luò)封包分析軟件安裝及基本操作視頻等。為了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)效果，可以在線上給出一些測試題，以IP數(shù)據(jù)報(bào)格式分析為例，測試題可分為兩種類別，一種類別是可以直接通過實(shí)驗(yàn)觀察得到題目的結(jié)果，如請給出所觀察到的IP報(bào)文中各字段的信息。另一種類別是思考題，如請思考并給出能觀察到IP數(shù)據(jù)報(bào)分片現(xiàn)象的條件。通過線上測試，教師即可掌握學(xué)生實(shí)驗(yàn)的開展情況。

2.2設(shè)備互聯(lián)類實(shí)驗(yàn)

開展設(shè)備互聯(lián)類實(shí)驗(yàn)使學(xué)生了解常用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及其相關(guān)配置。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括VLAN、靜態(tài)路由、RIP、OSPF、ACL、NAT等基本配置。實(shí)驗(yàn)條件需要提供交換機(jī)、路由器等供實(shí)驗(yàn)配置用的設(shè)備或虛擬仿真工具。根據(jù)這類實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，若實(shí)驗(yàn)室不具備相應(yīng)數(shù)量的真機(jī)時(shí)，采用虛擬仿真比較合適。虛擬仿真可以通過在線虛擬仿真平臺(tái)開展，這樣學(xué)生通過瀏覽器登錄至平臺(tái)即可開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，也可以離線開展，此時(shí)需要在PC機(jī)上安裝一款網(wǎng)絡(luò)仿真工具。相應(yīng)的線上教學(xué)資源包括網(wǎng)絡(luò)仿真工具的使用、配置腳本、配置示例等。為了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)效果，可以要求學(xué)生線上提交配置腳本及測試結(jié)果，并給出相應(yīng)的思考題，以VLAN配置為例，思考在什么情況下需要使用VLAN，如何實(shí)現(xiàn)VLAN之間的通信。

2.3常用服務(wù)類實(shí)驗(yàn)

開展常用服務(wù)類實(shí)驗(yàn)使學(xué)生了解常用的服務(wù)及其配置。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括DHCP、DNS、WEB、FTP等。實(shí)驗(yàn)條件需要操作系統(tǒng)的支持，此類實(shí)驗(yàn)需要使用到多種操作系統(tǒng)，大多PC機(jī)上只安裝了一種操作系統(tǒng)，此時(shí)可以借助虛擬機(jī)技術(shù)，常用的虛擬機(jī)軟件如VMware[7]。這樣學(xué)生可以在單機(jī)上虛擬出各種類別的操作系統(tǒng)，然后進(jìn)行各種服務(wù)的配置。相關(guān)的線上資源包括虛擬機(jī)軟件的使用，常用服務(wù)的工作原理、配置示例等。為了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)效果，可以要求學(xué)生線上提交服務(wù)運(yùn)行測試效果圖。此外，教師在線上給出相應(yīng)的思考題，以WEB為例，思考當(dāng)前WEB廣泛用到的技術(shù)有哪些等問題。

2.4大型綜合類實(shí)驗(yàn)

綜合性實(shí)驗(yàn)包括兩方面的綜合，即對知識點(diǎn)的綜合以及在實(shí)驗(yàn)手段上的綜合[8]。開展大型綜合類實(shí)驗(yàn)使學(xué)生對所學(xué)網(wǎng)絡(luò)知識實(shí)現(xiàn)融會(huì)貫通，讓理論與實(shí)踐相結(jié)合，進(jìn)一步提高學(xué)生的設(shè)計(jì)、思考、應(yīng)用能力以及團(tuán)隊(duì)合作能力。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為針對自己熟悉的學(xué)校或小型企業(yè)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案設(shè)計(jì)及驗(yàn)證，具體涉及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求分析、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖繪制、設(shè)備選型、子網(wǎng)劃分、VLAN劃分，并在內(nèi)部網(wǎng)提供DHCP、DNS、WEB、FTP等服務(wù)。綜合實(shí)驗(yàn)涉及的知識點(diǎn)比較多，全部在實(shí)驗(yàn)室完成需要占用較多課時(shí)，適合采用先仿真后實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證的方式。實(shí)驗(yàn)室的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)設(shè)備一般按分組配置，即每個(gè)小組配置若干臺(tái)PC機(jī)、交換機(jī)、路由器、防火墻等，每個(gè)小組根據(jù)組網(wǎng)方案進(jìn)行設(shè)備互聯(lián)、配置，然后驗(yàn)證結(jié)果。具體實(shí)施分兩步走，第一步在實(shí)驗(yàn)室外進(jìn)行，首先小組每個(gè)成員做方案設(shè)計(jì)，其次小組討論確定本組的方案，然后進(jìn)行虛擬仿真驗(yàn)證可行性，最后將方案及仿真結(jié)果線上提交給教師審核。教師審核后進(jìn)入下一步，在真機(jī)上進(jìn)行方案驗(yàn)證。此時(shí)可以按照之前仿真的方案進(jìn)行設(shè)備連接、配置，然后測試運(yùn)行情況。由于有了前期的方案仿真，可以大大縮短占用實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間，提高設(shè)備使用的效率。

3 結(jié)束語

采用線上線下聯(lián)動(dòng)開展計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)，可以利用線上平臺(tái)對實(shí)驗(yàn)的開展提供全方位的支持，融合虛擬仿真擺脫實(shí)驗(yàn)時(shí)間地點(diǎn)的限制，提升實(shí)驗(yàn)室設(shè)備使用的效率，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性，加深對理論知識的理解。結(jié)合綜合實(shí)驗(yàn)的開展，全面掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本理論及實(shí)踐技能，對學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、創(chuàng)新能力也能得到有效地提高。

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