網(wǎng)絡(luò)工程根底實(shí)驗課程教改探究〔〕:

摘要：網(wǎng)絡(luò)工程根底實(shí)驗課程目前缺少統(tǒng)一的實(shí)驗教材，針對此問題，本論文對教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)展總結(jié)。針對教學(xué)所面臨的困難，首先在教學(xué)內(nèi)容方面提出在傳統(tǒng)實(shí)驗課程根底上參加無線網(wǎng)絡(luò)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)綜合實(shí)驗的建議。其次，在教學(xué)方法方面提出了小班教學(xué)、競賽式教學(xué)以及轉(zhuǎn)變考核方式三種改革方案。最后在教案編寫方面提出引入工程案例，提升學(xué)生綜合處理問題的才能。此教改方案旨在讓學(xué)生及時掌握與課程息息相關(guān)的前沿技術(shù)，實(shí)在進(jìn)步學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情以及實(shí)際動手才能。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)工程根底實(shí)驗；教學(xué)改革；教案編寫

本文引用格式：康彬,等.網(wǎng)絡(luò)工程根底實(shí)驗課程教改探究[J].教育現(xiàn)代化,2022,6(08):40-42.

網(wǎng)絡(luò)工程根底實(shí)驗課程是網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的專業(yè)必修課。該課程旨在將計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論課程中學(xué)到的內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，提升學(xué)生的動手才能。根據(jù)課程教學(xué)大綱要求，該實(shí)驗課不屬于實(shí)驗周課程，而是每周設(shè)有獨(dú)立課時，總課時32學(xué)時。課程安排包括9次普通實(shí)驗以及1次綜合實(shí)驗。該課程在前期需掌握的根底為：通信原理、Linux編程、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等。教學(xué)大綱將根底實(shí)驗分為九個知識模塊。所劃分的知識模塊分別為：〔1〕網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的根本使用，需要掌握的知識點(diǎn)包括SnifferPro軟件對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)監(jiān)控的根本原理以及SnifferPro軟件的應(yīng)用分析；〔2〕網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的捕獲與分析，需要重點(diǎn)分析IP、TCP、UDP協(xié)議中數(shù)據(jù)的交互過程，同時要結(jié)合實(shí)際去理解三種協(xié)議的報文格式，除此之外，此知識模塊還要求分析不同層之間效勞的根本原理；〔3〕基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)實(shí)用性實(shí)驗，重要知識點(diǎn)為對主機(jī)所在局域網(wǎng)進(jìn)展配置以及掌握常用網(wǎng)絡(luò)命令；〔4〕VLAN路由配置，旨在要求通過思科模擬器實(shí)現(xiàn)VLAN網(wǎng)絡(luò)配置，加深學(xué)生對VLAN知識點(diǎn)的理解；〔5〕路由協(xié)議配置，需要配置的路由協(xié)議為RIP以及OSPF，這兩個協(xié)議都是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的重要知識點(diǎn)，實(shí)際動手配置RIP以及OSPF協(xié)議有利于學(xué)生深化理解理論課內(nèi)容；〔6〕防火墻配置，包含的知識點(diǎn)為如何通過部署防火墻提升網(wǎng)絡(luò)平安；〔7〕訪問控制列表及NAT配置，要求純熟掌握路由器NAT機(jī)制的配置方法，對交換機(jī)上的訪問控制列表進(jìn)展配置與測試；〔8〕Linux系統(tǒng)的安裝與配置，要求純熟使用Linux操作系統(tǒng)的根本網(wǎng)絡(luò)管理命令；〔9〕Linux系統(tǒng)下的網(wǎng)絡(luò)效勞的配置與管理，包含知識點(diǎn)為Linux下DNS、DHCP以及效勞器的配置。整個課程涉及的知識點(diǎn)較多，理論性和工程性強(qiáng)，要求學(xué)生在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)搭建過程中不斷積累經(jīng)歷，加深對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)根底理論的理解。

一教學(xué)現(xiàn)狀

該課程在實(shí)際教學(xué)過程中存在以下問題：

〔1〕課程缺少通用的實(shí)驗指導(dǎo)書。實(shí)驗課內(nèi)容根據(jù)謝希仁【1】撰寫的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課本的知識點(diǎn)進(jìn)展編寫，內(nèi)容相對陳舊。目前無線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用越來越廣泛，但是這一研究熱點(diǎn)卻沒有在課程內(nèi)容上及時出現(xiàn)。

〔2〕學(xué)生無法真正鍛煉其實(shí)際動手才能，其原因在于考察學(xué)生分析、解決實(shí)際工程問題的綜合實(shí)驗開設(shè)缺乏。除此之外，與新技術(shù)相關(guān)的實(shí)驗很少，導(dǎo)致學(xué)生應(yīng)對新技術(shù)的掌握跟不上時代的需求。

〔3〕教學(xué)方法不夠靈敏。目前采用的是集中上機(jī)實(shí)驗的教學(xué)形式，課程的前15分鐘講授實(shí)驗設(shè)計的根本理論知識，課程剩余時間留給學(xué)生做實(shí)驗。由于實(shí)驗機(jī)房較大，同時上課的人較多，教師無法根據(jù)學(xué)生知識掌握情況靈敏安排教學(xué)活動，教學(xué)效果無法令人滿意。

〔4〕忽略對實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)的深化考慮。大局部教師將教學(xué)重點(diǎn)放在對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論根底的講解上，實(shí)驗的設(shè)計也是圍繞理論內(nèi)容展開。這種實(shí)驗的設(shè)計往往與實(shí)際工程應(yīng)用脫節(jié)。實(shí)際應(yīng)用中，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)各個體系構(gòu)造之間是彼此協(xié)作的一個整體。

實(shí)驗的設(shè)計環(huán)節(jié)往往將各個體系構(gòu)造的功能割裂開來，這首先會讓學(xué)生無法從一個系統(tǒng)角度來理解計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗。其次，在設(shè)計詳細(xì)實(shí)驗時，教師往往躲避實(shí)際工程應(yīng)用中的難點(diǎn)，這使得學(xué)生不能真正理解計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。

二改良措施

針對網(wǎng)絡(luò)工程根底實(shí)驗課程教學(xué)中存在的問題，教改方案將圍繞以下3個方面進(jìn)展展開。

〔一〕教學(xué)內(nèi)容改革

在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)工程根底實(shí)驗課程之外，增開無線網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的綜合實(shí)驗。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是在傳統(tǒng)有線計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)根底之上進(jìn)展的拓展，該技術(shù)側(cè)重于無線信道容量的提升。在實(shí)際應(yīng)用中，無線網(wǎng)絡(luò)的體系構(gòu)造與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)類似，最大的區(qū)別在于底層物理層數(shù)據(jù)傳輸方式的差異。物聯(lián)網(wǎng)是在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開展的前提下對應(yīng)用層用戶進(jìn)展全方位延拓。傳統(tǒng)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)效勞的對象是計算機(jī)，無線網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)對挪動通信設(shè)備提供效勞。相比照而言，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)針對的接入設(shè)備更為廣泛，包含任何可連入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，例如，家用電飯煲、家用熱水器，私家車等。由上述分析可以看出計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)具有各自的研究重點(diǎn)。總的來說，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系構(gòu)造具有通用性，結(jié)合無線物理層傳感技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)展擴(kuò)展是目前IT行業(yè)的開展趨勢。針對此趨勢，單純只進(jìn)展計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗已不夠。因此，有必要在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)根底實(shí)驗中參加個別綜合實(shí)驗，搭建一個簡單的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺，平臺的底層設(shè)計涉及無線傳輸技術(shù)，平臺的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)參照計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的TCP/IP協(xié)議，詳細(xì)應(yīng)用場景可以針比照較實(shí)用的物聯(lián)網(wǎng)場景。這樣便于進(jìn)步學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生分析解決問題的才能。下面分別對無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)展介紹，重點(diǎn)介紹二者與傳統(tǒng)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的差異。

1.無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為傳統(tǒng)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的有力補(bǔ)充，主要關(guān)注于物理層傳輸【2】。目前主流的前沿技術(shù)包括：非正交多址接入(NonOrthogonalMultipleAccess,NOMA)，密集蜂窩網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度、毫米波通信等。這些前沿的通信技術(shù)可以以比擬簡單的方式與計算機(jī)體系構(gòu)造相結(jié)合。傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)的研究只能做到"就事論事";，不考慮上層用戶的需求特點(diǎn)對網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)挠绊?。由于?dāng)前無線傳輸技術(shù)已能完全滿足高速海量數(shù)據(jù)傳輸要求，因此計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到了應(yīng)用效勞端。如何根據(jù)用戶個性化需求，搭設(shè)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸成為了新興研究熱點(diǎn)。根據(jù)此研究熱點(diǎn)，將無線傳輸技術(shù)與個性化計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，設(shè)計綜合實(shí)驗非常具有應(yīng)用前瞻性。本科所開設(shè)的網(wǎng)絡(luò)工程根底實(shí)驗課程雖然屬于計算機(jī)專業(yè)課程，在各個學(xué)校都有開設(shè)，但作為郵電院校的課程，應(yīng)當(dāng)效勞于大郵政課程體系，將課程辦出自己的特色。詳細(xì)而言，課程編排應(yīng)著重考慮通信技術(shù)與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的場景，例如著重研究挪動等公司推出的網(wǎng)絡(luò)，這樣學(xué)生既可把握當(dāng)前計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的開展趨勢，又可理解無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)詳細(xì)應(yīng)用例如。因此，增加相應(yīng)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的內(nèi)容變得越來越緊迫。

2.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是對傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)以及電信網(wǎng)的拓展。該項技術(shù)旨在讓所有物理對象〔物理對象指具有獨(dú)立尋址才能的設(shè)備〕實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。目前物聯(lián)網(wǎng)正在飛速開展，各種類型的設(shè)備都希望通過一個可靠的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。小到智能家居涉及的wifi局域網(wǎng)絡(luò)，大到智慧城市中涉及的車聯(lián)網(wǎng)等都已成為IT行業(yè)重點(diǎn)開發(fā)的應(yīng)用領(lǐng)域。作為將來開展的趨勢，智慧城市要求各種類型的網(wǎng)絡(luò)都能保證其數(shù)據(jù)的可靠傳輸。從本質(zhì)上講，這就需要對傳統(tǒng)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展革新。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的革新不是憑空而來，需要在現(xiàn)有理論根底上進(jìn)展逐步改良。因此物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的開展需要將底層的傳輸技術(shù)與上層的應(yīng)用需求進(jìn)展合理對接，打破以前各自為站的格局，通過彼此協(xié)調(diào)規(guī)劃來明顯提升網(wǎng)絡(luò)效率。相對而言，當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究重點(diǎn)放在應(yīng)用層面的設(shè)計。應(yīng)用層面的設(shè)計主要關(guān)心如何實(shí)現(xiàn)各類物理設(shè)備的智能化控制【2】。市場迫切需要應(yīng)用層與底層數(shù)據(jù)傳輸協(xié)調(diào)一致，但相應(yīng)的理論積累過少，基于此在，將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層需求與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，設(shè)計綜合實(shí)驗是非常符合市場的迫切需求。除此而外，第三次工業(yè)革命之后，物聯(lián)網(wǎng)已成為信息產(chǎn)業(yè)的又一次飛躍?？紤]到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要性，在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗中結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)中的假設(shè)干技術(shù)，可以激發(fā)學(xué)生在應(yīng)用層進(jìn)展創(chuàng)新的靈感，這種課程結(jié)合符合國家倡導(dǎo)的"群眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新";理念。

〔二〕教學(xué)方法的改革

網(wǎng)絡(luò)工程根底實(shí)驗涉及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、路由協(xié)議等方面的內(nèi)容【3】，上機(jī)實(shí)驗既要求理解系統(tǒng)運(yùn)行的內(nèi)在原理，又要理解體系構(gòu)造中各層協(xié)議的詳細(xì)格式，同時還要掌握網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能指標(biāo)，這對學(xué)生提出較高要求【4】。學(xué)生個人才能以及興趣點(diǎn)的差異，使得對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)根底知識的掌握不盡一樣，因此，以集中方式進(jìn)展上機(jī)實(shí)驗將會阻礙因材施教的可能性，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中缺乏興趣，無法到達(dá)真正教學(xué)目的。借鑒當(dāng)前在IT行業(yè)非常流行的小組創(chuàng)新形式，在教學(xué)方法中提出的改革方向包括：

1.小班教學(xué)

傳統(tǒng)大班教學(xué)的弊端已在理論課的教授中暴露。網(wǎng)絡(luò)工程根底實(shí)驗是一個注重交流協(xié)作的課程，采用大班教學(xué)無法使教師及時得悉學(xué)生的實(shí)驗進(jìn)展【5】。相比照而言，小班化實(shí)驗教學(xué)通常以小組或團(tuán)隊形式組織實(shí)驗，每個小組或假設(shè)干小組裝備一個指導(dǎo)教師。這種教學(xué)方法可將一個大的系統(tǒng)實(shí)驗拆分成假設(shè)干小組〔小班〕進(jìn)展協(xié)作，在實(shí)驗中學(xué)生可互相交流相似課題，這樣便于培養(yǎng)學(xué)生協(xié)作互助的才能。除了上述原因之外，當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)公司都是采用扁平化，團(tuán)隊制的方式進(jìn)展應(yīng)用開發(fā)。每個團(tuán)隊力求小而精，各個成員之間能實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)。針對這種公司管理方式的變化，大學(xué)實(shí)驗課的教學(xué)也應(yīng)當(dāng)及時順應(yīng)這種管理革新。從小的實(shí)驗開始培養(yǎng)學(xué)生小組合作的才能，讓學(xué)生能及時找到自己在小組中的定位，這樣便于學(xué)生日后更快融入技術(shù)工作中。

2.競賽式教學(xué)

激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)動力是大學(xué)教學(xué)的核心【6】。在教學(xué)實(shí)驗過程中可以在小班教學(xué)的根底上參加小組競賽形式，這樣可以激發(fā)和進(jìn)步學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。競賽形式也是當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)公司比擬常用的員工鼓勵方式。面對IT行業(yè)宏大的競爭壓力，每個員工都需要不斷強(qiáng)化自己的抗壓才能。合理的競爭形式可以讓小組的分工更加合理，有助于快速提升團(tuán)隊的核心競爭力【7】。將上述IT行業(yè)的管理方式引入實(shí)際教學(xué)中同樣可有效提升課堂教學(xué)效果。通過合理的競爭以及鼓勵措施，小組內(nèi)部不同學(xué)生的合作方式會更加優(yōu)化。小組各個成員集體討論論證實(shí)驗方案，共同制定實(shí)驗方案，這樣可增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和溝通合作的才能。

3.考核方式的轉(zhuǎn)變

傳統(tǒng)上機(jī)綜合考試方式過于單一，不能滿足工程類課程的要求。教師應(yīng)在每次實(shí)驗教學(xué)中跟蹤和指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的過程，綜合考核學(xué)生在工程完成過程中的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)才能、解決問題的才能和動手才能，而不只是看重考試結(jié)果。平時的考核應(yīng)著重考察學(xué)生以團(tuán)隊形式分析問題的才能，制定合理的學(xué)生實(shí)驗才能量化標(biāo)準(zhǔn)，以適當(dāng)方式公開學(xué)生的考核結(jié)果，這樣使學(xué)生彼此之間形成良性的競爭關(guān)系，進(jìn)步其學(xué)習(xí)效率。

〔三〕教案編寫改革

在實(shí)際應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)工程從設(shè)計規(guī)劃到施行完成涉及需求分析、標(biāo)書撰寫等內(nèi)容。上述文檔是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)操作以及維護(hù)人員日常工作的重要根據(jù)，也是質(zhì)量審查和評價的根據(jù)【5】。在實(shí)際教學(xué)中，學(xué)校反復(fù)強(qiáng)調(diào)強(qiáng)化學(xué)生對理論知識的掌握，提升學(xué)生的動手才能。但往往無視詳細(xì)的方式方法。在一個實(shí)際工程中，如何通過選擇適宜的方法滿足技術(shù)要求是工程的核心，但除此之外，一個好的指導(dǎo)方案往往比埋頭苦干更為重要。標(biāo)書的撰寫是對所做工程最好的概括，是對實(shí)際工作一個很好的梳理，表達(dá)一個工程人員解決實(shí)際工程難題的綜合實(shí)力。當(dāng)前的學(xué)生實(shí)際動手才能并不差，但缺乏對所做工程的一個全局考慮。在做任何工程之前假設(shè)不對工程有一個全局把握，盲目開工往往會問題頻出。針對上述問題，我們在實(shí)際教學(xué)中應(yīng)該深化考慮：如何在網(wǎng)絡(luò)工程根底實(shí)驗中以需求分析或標(biāo)書形式引入綜合實(shí)驗分析環(huán)節(jié)，通過工程文檔的撰寫及總結(jié)使學(xué)生理解網(wǎng)絡(luò)建立的整體規(guī)劃過程，培養(yǎng)學(xué)生的溝通以及合作才能。要到達(dá)上述目的并非一件容易的事，需要把更多精力投入到綜合實(shí)驗設(shè)計環(huán)節(jié)。設(shè)計的實(shí)驗既要綜合考察學(xué)生工程方案書的撰寫以及實(shí)驗方案的設(shè)計，又要考察學(xué)生對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)核心知識的掌握情況。通過設(shè)計假設(shè)干綜合實(shí)驗，學(xué)生可系統(tǒng)性地掌握計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的工程理論，從而與實(shí)際應(yīng)用嚴(yán)密接軌。

參考文獻(xiàn)

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