计算机网络实验教学的层次化设计与探讨

计算机网络实验教学的层次化设计与探讨

易发胜　龚海刚　刘杰彦

（电子科技大学计算机科学与工程学院　成都　610054）

摘要：“计算机网络”是信息技术有关专业的核心课程之一，搞好本课程的实验教学是整个教学过程不可缺少的环节。根据计算机网络课程的特点，计算机网络教学的对象和不同阶段，应该采用不同层次的实验教学内容和项目，以达到不同要求的教学效果。

关键词：计算机网络　实验教学　实验室建设

一、前言

当前我们已经进入知识经济时代，掌握足够的知识是经济增长的核心因素。同时，社会的发展也依赖于知识的不断创新和高新技术的迅速产业化，而这些又都依赖于具有创新、创造力和善于运用知识的人。因此，新世纪里经济和科技的竞争，不仅是人才数量和结构的竞争，更是人才创新精神和创造能力的竞争。作为创新人才培养的重要基地——高校，必须承担起知识经济时代所需各种人才的培养工作。

信息技术是知识经济时代的技术基础。当前各个高校的大部分理工科专业甚至部分文科类专业都开设了有关信息技术的课程，其中计算机网络作为信息技术专业课程的核心课程更是学习的重点。因为网络是信息的载体，掌握好网络技术，对于利用和开发信息技术具有重要意义。因此，如何让不同层次的学生掌握要求的网络技术，是计算机网络课程教学的基本要求。

计算机网络课程涉及面广，面向对象复杂。对于专科学生和非信息类专业学生来说，主要是了解计算机网络的基本原理，熟悉有关网络概念，以应用计算机网络的有关知识为主；而信息类专业的本科或者研究生来说，对网络技术知识需要有深入的理解，除了能够合理应用网络知识，还需要深入理解网络的原理，熟悉网络结构，为今后具备网络设备的管理和网络技术的开发做好准备。

同时，计算机网络关联的学科多，如通信技术、概率论、操作系统以及数据结构。不同层次的学生具有不同的知识基础，这也决定了计算机网络课程的教学难度。因此，要很好地完成计算机网络课程的教学，除了在课堂上要注意教学方法和内容以外，更要认真设计相关的网络实验，以便学生加强网络知识的理解。

实验教学是高校教学中的重要内容。但是由于计算机网络的特殊性，计算机网络课程的实验教学效果一直不尽如人意。网络涉及面广，具有系统性，同时又要满足不同的教学对象和不同的教学目标。此外，网络实验往往关联性强，设备多，投资大。而目前设计的网络实验教学内容往往没有考虑这些特点，基本上就是摆了一些网络设备，让老师在实验的时候进行演示，或者讲解。这样学生很难通过实验得到感性认识，加深对网络理论知识的理解。

考虑到计算机网络课程的这些特点，本文对计算机网络的有关实验进行了层次化设计，以适应不同的学习对象和不同阶段的教学要求。同时考虑如何让学生自己动手实施某些实验，以加深学生对知识的理解。

二、计算机网络课程实验的层次设计

为了适应不同层次和不同专业的学生学习计算机网络的要求，我们对计算机网络课程的实验教学进行了层次设计。实验分为三个层次，最简单的是基础性实验，便于学生理解网络的有关原理，适用于专科生或者非信息类专业学生；然后是应用性实验，便于学生能够加深网络原理理解，并能够应用和管理网络。最后是开发性实验，主要是面向信息类专业本科或者研究生，培养学生在网络技术方面的开发和创新能力。

1．基础性的实验设计

基础性的实验便于学生掌握基本的网络知识，了解基本的网络原理。这种类型的实验主要使用抓包软件来实现，如ethereal。网络技术的一个重要特点就是相距很远的计算机通过传输网络数据来进行通信。熟悉通信的数据格式让学生对通信的抽象理解变得具体。这种类型的实验又可以分为两个部分。在讲网络底层的通信协议的时候，可以通过分析捕获的分组来熟悉报文格式的设计；而在学习高层协议的时候，可以捕获某个协议应用工作过程的系列分组来具体理解和分析协议的工作，将抽象理论和具体实践相结合，将更好便于学生的理解。

这种类型的实验主要是实验工具软件的使用，难度不大。对于信息类专业学生可以由老师在课堂上演示如何捕获报文分析，然后在课堂教学之后，让学生随时自己进行实验，加深对课堂知识的理解。而对于非信息类专业学生或者专科学生，可以组织几次由专人指导的实验，在熟悉实验过程和工具使用之后，可让他们独立进行实验。

2．应用性的实验设计

这类实验是培养学生对网络的使用和管理能力。让学生通过实验熟悉网络的架构、配置和管理。同时，熟悉各种网络设备的功能、原理和使用方法。网络通信是由许多网络设备及其相应的软硬件构成的复杂系统完成的，这类实验需要投资购买这些相应的设备，并建立相应的网络实验室，搭配好实验环境。

目前大部分学校都投资建立了不同规模和档次的网络实验室，可以进行综合的网络应用型实验。很多文章也对如何设计这类网络实验进行了探讨。从层次设计的角度来讲，这种类型的实验可以分为三类。首先是各种网络服务器的配置，这是网络应用层软件的使用，让学生熟悉常见的Web服务器，DNS服务器和邮件服务器的配置和使用；其次是网络设备的配置和实用实验，让学生熟悉路由器、交换机以及防火墙、网关的使用和配置；最后让学生进行组网设计实验，实验前给学生一个网络系统的目标，然后让学生用适当设备构成一个满足要求的网络系统。这些实验的设置可以由浅入深，由简单到复杂，并通过设置一些陷阱，让学生在实验的过程中运用所学的知识解决问题，从而达到更好的学习效果。

由于网络实验室的投资大，管理复杂，且实验环境要求高，合理组织实验是非常关键的。这类实验可以涉及许多具体的实验内容，如何根据学生实际情况设计合理的实验内容和要求，是一个值得研究的问题。对于非信息类专业的学生，一般来说，重点是让他们学习网络服务器的配置，认识网络设备的作用和使用方法即可；而对于信息类专业的学生，重点应该是学习网络设备的使用和配置，并能够进行组网设计。对于比较简单的网络服务器的配置使用实验，可以让其作为一个网络系统设计的内容来完成。同时，由于实验设备是有限的，在一个实验中也涉及多个实验设备的配合使用，在这类实验中往往还要将学生分为若干小组，大家一起配合来完成实验。

3．开发性的实验设计

目前，培养具有创新能力的学生是高校的一项重要任务。如何通过计算机网络课程的学习让学生具备必要的创新能力，是开发性实验的主要目标。在教学的实际过程中，很多学生反映学习了计算机网络知识之后，并不能和具体的软件开发设计相结合。开发性的实验设计将弥补这样的缺陷。开发性实验的主要内容是让学生利用软件编程来实现系列网络协议或者验证网络的一些基本原理。我们根据难易程度，将这类实验分为三类。其一是使用套接字编程实现某个应用层协议，如进行网络文件传输，网络及时通信等；其二是通过软件编程验证网络的一些基本原理，如进行可靠传输、校验和的运算等；其三是通过操作系统内部软件编程，实现网络的底层协议（传输层以下）。开发性实验就是要学生自己动手来实现网络的某些功能，培养学生的开发能力，并让学生更加深入地理解网络系统中的理论细节。

进行这类实验需要学生具备大量综合知识，如网络编程语言、程序设计、开发环境使用、操作系统和数据结构等，适用于信息类高年级学生或者有关专业的研究生。但是毋庸置疑的是，这类实验的进行将大大提高学生的动手能力、思考能力以及开发应用能力，并通过网络实验的平台，将学生所学其他知识综合在一起。虽然这类实验要求较高，但通过教师对实验的细致准备，可以将实验的复杂性降低。比如实验室老师可以将有关开发环境准备好，并提供基本的程序框架，学生不用过多考虑试验目标以外的东西，就可以尽快达到实验的目标。

三、计算机网络课程实验教学中的注意事项

计算机网络课实验教学通过层次化设计之后，如何有效地管理和组织不同层次的课程试验，让学生真正达到实验教学的目标，还有许多配套的措施必须跟上。

首先，需要有科学和细致的组织。在进行网络课程实验之前，要根据网络教学目标，对各种实验进行科学的设计。把实验的内容、方式、时间定下来，还要考虑如何和课堂教学相结合。一般来说，基础性实验可以课堂教学后及时进行，而其他试验需要在课堂教学后择机进行。实验的方式和内容和学生的专业、培养目标密切相关，需要针对不同的学生群体制定不同的实验目标，分别对待。有些学校，实验教学和课堂教学的老师是分开的，更需要相互协作，统一协调。对于每个实验，在实验开始之前，指导老师都需要进行细致的准备，确保每个学生的实验环境都是满足要求的。对于开发性实验，如果比较复杂的，可以考虑一些灵活的措施，比如学生自己先独立完成要求的程序，然后在实验是在老师的指导下完成调试和测试；或者将这些试验和课程设计结合起来，给一组学生指定一个专门的老师来进行指导。

其次，必须严格实验的过程控制。针对不同类型的学生，网络课程实验有些是要求学生自己完成的；有些是要求一组学生同时完成的；还有些是在老师指导下完成的。要让每个实验达到预期的目标，需要有比较严格的控制措施。我们可以用控制实验报告的质量来达到不同类型的实验要求。无论哪一种类型的实验，都必须要求学生根据规定完成实验报告。在实验之前，老师要认真设计实验报告的内容，并让学生知道如何完成一个有效的实验报告。实验报告中要求有详细的实验内容、实验步骤和试验结果。老师要严格审核递交的实验报告，严禁出现抄袭、伪造或者敷衍实验报告的现象。

最后，需要提供合适的环境和合理的师资配备。网络课程实验涉及面广，建立一个适用于多层次学生的系统网络实验环境，需要各高校加大实验环境的投入。经常一个网络实验室需要许多昂贵的网络设备和工具，比如双绞线、夹线钳、交换机、集线器、交换机、网络分析仪、路由器、各种服务器和微机。近年来由于扩招的原因，需要进行网络课程实验的学生很多，但是一个网络实验的环境往往只能让少部分学生进行实验操作，因为构成一个网络系统需要很多设备。因此即使学生轮流使用网络环境，也需要更多地投入，建立更多的实验环境。要不然学生只能走马观花式观看网络设备了。此外，鉴于网络课程实验要求很高，涉及知识面广，还需要配置知识丰富的老师来指导学生进行实验。特别是开发性实验，更需要老师具有丰富的开发能力，能够解决学生在开发中出现的问题。当前并不是每个教师都具备了设计、管理大型网络的经验和能力。没有参与过大型网络组建、管理和开发工作的教师，必定缺乏对大型网络形态和网络设备的感性认识，导致教学中理论与实践相脱离。在实践中，可考虑让从事科研工作的老师直接指导学生的实验工作，毕竟让实验室的老师熟悉和掌握所有的开发技术也是很困难的。

作为信息技术的基础，计算机网络课程的教学已经受到各个高校的日益重视。作为计算机网络教学的一个重要环节——网络课程的实验教学也得到各个高校的重视。如何针对高校不同层次学生的需要，构建多层次的网络课程实验，还需要不断地探索和创新。

参考文献

[1] 徐建东，王海燕. 计算机网络技术实验教学设计. 宁波大学学报：教育科学版，2004，（26）.

[2] 王绍卜. “计算机网络”课程实验教学探讨. 实验室研究与探索，2005，（24）.

[3] 沈佐湘，胡惠君. 实验教学与人才素质培养. 中国高教研究，2003，（3）.

[4] 周元祥，查珍，崔康平. 关于高校专业实验室建设问题的思考. 合肥工业大学学报：社会科学版，2004，（18）.