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摘要：介绍了计算机网络课程的特点，围绕这些特点分析了实践教学的思路，探讨了计算机网络实践教学中应该着重解决的问题，确定了计算机网络课程实践教学的目标。探索了课堂教学与实践能力相结合的教学思路，以期建立科学、高效、效果良好的计算机网络课程实践教学方法。
关键词：计算机网络；实践教学；网络模拟器
作者简介：周林（1968-），男，浙江宁波人，上海电力学院计算机科学与技术学院，副教授；李婧（1980-），女，山东海阳人，上海电力学院计算机科学与技术学院，副教授。（上海 200090）
基金项目：本文系上海电力学院课程建设及教改项目（项目编号：20121808）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）08-0178-02
计算机网络课程是进入IT领域与互联网领域的专业基础课程，是计算机类各专业的重要基础之一。上海电力学院计算机网络课程体系面对的专业有电力企业信息化、软件工程、信息安全，而且各专业在计算机网络课程上的具体面向和侧重点都有所相同。
计算机网络课程的特点是理论性强、较为抽象、知识点多、与实际应用的關系比较模糊等；该课程中设置的实验主要是围绕组网、设置虚拟网、路由设置、三层交换等与具体技术相关的环节，除了制作网线进行组网实验外，其他实验与实际应用的关系学生往往没有直观体会。所以在讲授完成网络层次结构、各层次的功能和相关协议这些理论化的内容后需要系统地融合多个实验（如虚拟网、三层交换等），使学生能够根据现实社会的需求，综合运用平时已经具备的实验经验，完成综合性设计工作。此外，各专业的培养目标及当今的社会需求都要求学校注重并加强学生实践能力的培养，锻炼学生理论与实践结合的能力。
一、原有实践教学存在的问题
从以往计算机网络课程设置的实验与实践环节看，主要存在以下问题：
1.学习效果不佳
典型的表现有：以考试为目标，不注重平时技能与知识积累，作业、实验报告抄袭现象较多，考试期待老师指导重点内容，以背代学，没有真正锻炼自身技能。造成这些弊端的因素之一就是课程教学过程中实验环节的形式化。
2.实验环节形式化
多数时候学生完成实验如同完成书面作业，根据老师的指导材料进行简单的重复，并没有投入精力去准备实验，理解和运用已学习过的知识；也不会对实验过程中的现象、问题进行思考和分析。另外，以往没有专门的计算机网络实验场地，网络连接、设备摆放等都不便于学生操作，特别是需要多组同学之间进行合作的实验。老师对实验的组织安排也十分不便。加上实验设备数量有限，学生实验时需要分组进行，每个小组有6～7个成员，时常出现只有个别学生真正做实验的现象。由于平时实验不需要考核，仅以实验报告作为学生的平时成绩之一，因此对学生并不产生压力，实验报告抄袭的现象严重。而改善这一问题的办法之一是强调动手能力的培养，而且更关键的是改变实验的考核方式。如果仅采取减少实验小组成员人数的方法只能起到一些促进作用，因为不同组所做的实验还是相同的。
3.实践与实验间关联性不强
课程设计是上海电力学院设置的一种综合性实践环节，该实践环节要求学生在一周时间内完成设计题目。由于过去该环节内容并未与平时实验环节挂钩，因此学生往往并不清楚以往的实验环节与课程设计的题目之间有怎样的关系，更没有能力独立（或以团队方式）去完成实践环节的综合性设计题目。在综合实践环节的考核方面，以往采用的是“设计报告+口头答辩”方式，虽能较大程度地避免报告抄袭的问题，但很难避免报告中大多是操作过程截图、口头答辩多是背诵理论或背诵已经提问过的问题等现象，也无法锻炼学生的动手能力，也不能给学生带来足够的压力，促进他们积极地动手实践。
二、实验教学改革思路探索
针对以上提及的课程实践中存在的弊端，在建设新的计算机网络实验室过程中，主要的指导原则就是强化学生动手能力，提供尽量多的实验设施，减少实验时每组的人数，采用开放式结构便于学生动手操作，将实验与日常教学相结合，进而改善以往课程教学与实验中的不良状况。以下是改进措施的主要细节：
1.硬件环境设计
实验场地布置的前提是最大程度地适合学生的动手操作。在实验室方案设计期间，综合了其他多所高校实验场地的规划方案，否定了一些只适合做软件操作、电脑模拟的方案（比如将设备封闭起来的闭合圆形结构）。实验室的建设突出了鼓励并且方便学生多动手操作设备、不限制学生插拔线缆等目标，在一定程度上也要求老师对设施有足够的了解与掌握。在图1所示的布局中，设计方案采取学生围绕设备而坐、设备区域开放的构思，学生完全可以在实验过程中随时观察、检查、调整自己的各项操作与设置（无论是物理上还是软件方面）。每个机柜支持4组同学同时实验且互不干扰（每组最多3人），而且在进行一些综合性的复杂实验时这种结构使得多组之间的相互合作变得非常方便。
2.改编实验指导材料
过去的实验指导材料出于对学生不熟悉实验环境、设备等考虑，每个实验都给出具体实例和详细步骤，类似说明书，以至于学生不加思考和准备，完全照抄例子，实验报告也出现照搬指导材料的现象，反而达不到预期的效果。改进后的实验指导材料减少了细节步骤的描述，更多的是提供方法、方向上的指导，以概括性内容为主，使学生在实验时无法直接照搬具体步骤，需要经过分析思考来完成实验。
由于每次实验时间有限，为促进学生做好实验前的准备，以及实验后巩固相关知识与技能、进一步拓宽实验能力，教师还推荐学生使用Packet Tracer模拟器进行课外练习，以掌握熟练的操作技能。而模拟器提供的环境与真正的实验设备在指令等方面有差异，学生无法直接复制模拟器上的指令到实际环境中，这又给学生带来了一定的挑战，锻炼了学生的自学能力和综合实践能力。 3.调整实验报告
既然是分组实验，要求学生每人上交一份实验报告显然不可避免地有重复内容，不能完全责怪学生抄袭。因此，在新实验安排减少小组人数的同时，实验报告也改为以组为单位，完成实验后只需要以小组为单位上交报告，但实验报告中要求小组中的每个学生独立描述自己对实验过程中各种现象的分析理解。这样的调整同时也减轻了教师的评阅工作量，也更易于教师杜绝报告中的抄袭问题。
4.改革综合实践环节
综合实践环节设计的题目需要学生运用平时实验环节已经学习过的内容，以团队方式进行项目综合设计和实施。为避免团队形式中个别学生“出工不出力”的现象，在考核环节则要求每个学生独立操作，根据不同的考核问题，在规定时间内现场实时进行设备的各种操作。考核评分的依据则是根据完成的内容、耗费的时间、解决问题的技能等项目来综合考虑，避免了过去考核方式中出现的个别学生完成设计、多数同学照搬、考核答辩时单纯背诵等一系列弊端。从2013年暑期尝试的结果来看取得了预期的效果：学生的学习自主性大为提高，课程设计的压力有所提升，学生无法再靠简单背诵蒙混过关。表1总结了改革前后实践效果的差别。
5.学生参与实验实践建设
计算机网络实验室的建设工作开始于2012年夏，正值新学年的开始，在完成实验室的基本硬件安装调试后，教师鼓励学生参与实验室的建设工作，主要表现在两个方面：线路的检测和标注，学会基本的网络检测方法和工作步骤；参与完成部分实验指导材料的编写，从学生的角度来看实验问题，描写实验过程，提出实验指导步骤，相当于学生需要完整地做一遍实验才能够写出合理的指导性材料。这对于有计算机网方面兴趣和希望深入学习的同学而言无疑是提供了一个锻炼自身能力的机会与平台。
6.模拟器辅助理论学习
Packet Tracer模拟器提供了丰富的协议、设备和功能，便于学生进行网络实验环境的仿真，为网络课程的学习提供了良好的辅助功能。[1]学生不仅可以利用它来模拟、准备每一次的网络实验，而且该工具中也提供数据包捕获并动画演示的环节，有助于学生理解协议间的协作与关联。以学习网络层次概念为例，网络层次的分析、介绍不应仅仅作为网络学习的开篇，而是应该贯穿在整个网络知识与理论的学习过程中，利用模拟器动态的演示网络数据的流转并分析数据不仅能够帮助学生了解各层次的典型协议，也帮助他们理解数据如何在各个层次间传递（如图2所示）。
三、实践教学改革的进一步思考
1.学生参与的可持续性
学生参与网络课程实验、实践相关内容建设有两个方面的主要问题：一是学生大三才开始学习计算机网络，过早参与会缺少基本网络知识。如果等到学习完网络课程又会面临学生处于大四阶段社会实习较多，而空余時间较少的矛盾。再有一个问题就是后续的网络实验实践工作需要组织学生进行设计。一直重复旧的实验项目并不可取，这方面需要引入更多的思考与创新。
2.建设良好的实验环境
目前的网络实验环境在开放时间方面还无法满足学生的需要，实验设备也还未充分利用。由于实验室管理人员的短缺，目前实验室还是按课程需要的时间开放，无法做到提供教学以外的开放时间。另外，由于涉及到设备安全问题：网络设备管理不像电脑机房管理，能够通过还原卡之类的进行保护；况且网线、配线架、控制电缆等都属于易耗品、易丢失，需要更多的投入来完善管理，这也是目前困扰开放方式的一个难题；虽然模拟器能够解决操作上的一些问题，但与实物操作相比还是存在一定的差距，学生面对物理设备时还是会出现不明白各端口用途的现象。
3.培养编程能力
在网络实践教学建设过程中也尝试将本课程与信息安全专业的C++课程群相关联，[2]使学生掌握基本的网络编程技能，以适应今后网络安全、系统安全等课程的学习，满足迈向社会后的工作需要。但这种规划并不只是局限在信息安全专业，也试图将计算机科学与技术、软件工程等专业都纳入进来，构建跨专业的计算机网络课程体系，锻炼与提高学生的网络编程能力。
四、结语
此次网络课程实践教改结合了网络实验室建设，对网络实验教学中存在的问题提出了改进措施，并尝试了不同的手段，获得了一定的效果。但毕竟这些改革还处于尝试阶段，需要更多的实践来验证与改进，以达到更好的促进网络课程实践教学的目标。
参考文献：
[1]武凌.基于Packet Tracer 的计算机网络实验技能考核的实现[J].计算机教育，2013，（4）：92-99.
[2]田秀霞，彭源，张安勤，等.基于建构主义理论的信息安全专业C++ 课程群教学模式改革[J].计算机教育，2013，（15）：69-72.
（责任编辑：王祝萍）
关键词：计算机网络；实践教学；网络模拟器
作者简介：周林（1968-），男，浙江宁波人，上海电力学院计算机科学与技术学院，副教授；李婧（1980-），女，山东海阳人，上海电力学院计算机科学与技术学院，副教授。（上海 200090）
基金项目：本文系上海电力学院课程建设及教改项目（项目编号：20121808）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）08-0178-02
计算机网络课程是进入IT领域与互联网领域的专业基础课程，是计算机类各专业的重要基础之一。上海电力学院计算机网络课程体系面对的专业有电力企业信息化、软件工程、信息安全，而且各专业在计算机网络课程上的具体面向和侧重点都有所相同。
计算机网络课程的特点是理论性强、较为抽象、知识点多、与实际应用的關系比较模糊等；该课程中设置的实验主要是围绕组网、设置虚拟网、路由设置、三层交换等与具体技术相关的环节，除了制作网线进行组网实验外，其他实验与实际应用的关系学生往往没有直观体会。所以在讲授完成网络层次结构、各层次的功能和相关协议这些理论化的内容后需要系统地融合多个实验（如虚拟网、三层交换等），使学生能够根据现实社会的需求，综合运用平时已经具备的实验经验，完成综合性设计工作。此外，各专业的培养目标及当今的社会需求都要求学校注重并加强学生实践能力的培养，锻炼学生理论与实践结合的能力。
一、原有实践教学存在的问题
从以往计算机网络课程设置的实验与实践环节看，主要存在以下问题：
1.学习效果不佳
典型的表现有：以考试为目标，不注重平时技能与知识积累，作业、实验报告抄袭现象较多，考试期待老师指导重点内容，以背代学，没有真正锻炼自身技能。造成这些弊端的因素之一就是课程教学过程中实验环节的形式化。
2.实验环节形式化
多数时候学生完成实验如同完成书面作业，根据老师的指导材料进行简单的重复，并没有投入精力去准备实验，理解和运用已学习过的知识；也不会对实验过程中的现象、问题进行思考和分析。另外，以往没有专门的计算机网络实验场地，网络连接、设备摆放等都不便于学生操作，特别是需要多组同学之间进行合作的实验。老师对实验的组织安排也十分不便。加上实验设备数量有限，学生实验时需要分组进行，每个小组有6～7个成员，时常出现只有个别学生真正做实验的现象。由于平时实验不需要考核，仅以实验报告作为学生的平时成绩之一，因此对学生并不产生压力，实验报告抄袭的现象严重。而改善这一问题的办法之一是强调动手能力的培养，而且更关键的是改变实验的考核方式。如果仅采取减少实验小组成员人数的方法只能起到一些促进作用，因为不同组所做的实验还是相同的。
3.实践与实验间关联性不强
课程设计是上海电力学院设置的一种综合性实践环节，该实践环节要求学生在一周时间内完成设计题目。由于过去该环节内容并未与平时实验环节挂钩，因此学生往往并不清楚以往的实验环节与课程设计的题目之间有怎样的关系，更没有能力独立（或以团队方式）去完成实践环节的综合性设计题目。在综合实践环节的考核方面，以往采用的是“设计报告+口头答辩”方式，虽能较大程度地避免报告抄袭的问题，但很难避免报告中大多是操作过程截图、口头答辩多是背诵理论或背诵已经提问过的问题等现象，也无法锻炼学生的动手能力，也不能给学生带来足够的压力，促进他们积极地动手实践。
二、实验教学改革思路探索
针对以上提及的课程实践中存在的弊端，在建设新的计算机网络实验室过程中，主要的指导原则就是强化学生动手能力，提供尽量多的实验设施，减少实验时每组的人数，采用开放式结构便于学生动手操作，将实验与日常教学相结合，进而改善以往课程教学与实验中的不良状况。以下是改进措施的主要细节：
1.硬件环境设计
实验场地布置的前提是最大程度地适合学生的动手操作。在实验室方案设计期间，综合了其他多所高校实验场地的规划方案，否定了一些只适合做软件操作、电脑模拟的方案（比如将设备封闭起来的闭合圆形结构）。实验室的建设突出了鼓励并且方便学生多动手操作设备、不限制学生插拔线缆等目标，在一定程度上也要求老师对设施有足够的了解与掌握。在图1所示的布局中，设计方案采取学生围绕设备而坐、设备区域开放的构思，学生完全可以在实验过程中随时观察、检查、调整自己的各项操作与设置（无论是物理上还是软件方面）。每个机柜支持4组同学同时实验且互不干扰（每组最多3人），而且在进行一些综合性的复杂实验时这种结构使得多组之间的相互合作变得非常方便。
2.改编实验指导材料
过去的实验指导材料出于对学生不熟悉实验环境、设备等考虑，每个实验都给出具体实例和详细步骤，类似说明书，以至于学生不加思考和准备，完全照抄例子，实验报告也出现照搬指导材料的现象，反而达不到预期的效果。改进后的实验指导材料减少了细节步骤的描述，更多的是提供方法、方向上的指导，以概括性内容为主，使学生在实验时无法直接照搬具体步骤，需要经过分析思考来完成实验。
由于每次实验时间有限，为促进学生做好实验前的准备，以及实验后巩固相关知识与技能、进一步拓宽实验能力，教师还推荐学生使用Packet Tracer模拟器进行课外练习，以掌握熟练的操作技能。而模拟器提供的环境与真正的实验设备在指令等方面有差异，学生无法直接复制模拟器上的指令到实际环境中，这又给学生带来了一定的挑战，锻炼了学生的自学能力和综合实践能力。 3.调整实验报告
既然是分组实验，要求学生每人上交一份实验报告显然不可避免地有重复内容，不能完全责怪学生抄袭。因此，在新实验安排减少小组人数的同时，实验报告也改为以组为单位，完成实验后只需要以小组为单位上交报告，但实验报告中要求小组中的每个学生独立描述自己对实验过程中各种现象的分析理解。这样的调整同时也减轻了教师的评阅工作量，也更易于教师杜绝报告中的抄袭问题。
4.改革综合实践环节
综合实践环节设计的题目需要学生运用平时实验环节已经学习过的内容，以团队方式进行项目综合设计和实施。为避免团队形式中个别学生“出工不出力”的现象，在考核环节则要求每个学生独立操作，根据不同的考核问题，在规定时间内现场实时进行设备的各种操作。考核评分的依据则是根据完成的内容、耗费的时间、解决问题的技能等项目来综合考虑，避免了过去考核方式中出现的个别学生完成设计、多数同学照搬、考核答辩时单纯背诵等一系列弊端。从2013年暑期尝试的结果来看取得了预期的效果：学生的学习自主性大为提高，课程设计的压力有所提升，学生无法再靠简单背诵蒙混过关。表1总结了改革前后实践效果的差别。
5.学生参与实验实践建设
计算机网络实验室的建设工作开始于2012年夏，正值新学年的开始，在完成实验室的基本硬件安装调试后，教师鼓励学生参与实验室的建设工作，主要表现在两个方面：线路的检测和标注，学会基本的网络检测方法和工作步骤；参与完成部分实验指导材料的编写，从学生的角度来看实验问题，描写实验过程，提出实验指导步骤，相当于学生需要完整地做一遍实验才能够写出合理的指导性材料。这对于有计算机网方面兴趣和希望深入学习的同学而言无疑是提供了一个锻炼自身能力的机会与平台。
6.模拟器辅助理论学习
Packet Tracer模拟器提供了丰富的协议、设备和功能，便于学生进行网络实验环境的仿真，为网络课程的学习提供了良好的辅助功能。[1]学生不仅可以利用它来模拟、准备每一次的网络实验，而且该工具中也提供数据包捕获并动画演示的环节，有助于学生理解协议间的协作与关联。以学习网络层次概念为例，网络层次的分析、介绍不应仅仅作为网络学习的开篇，而是应该贯穿在整个网络知识与理论的学习过程中，利用模拟器动态的演示网络数据的流转并分析数据不仅能够帮助学生了解各层次的典型协议，也帮助他们理解数据如何在各个层次间传递（如图2所示）。
三、实践教学改革的进一步思考
1.学生参与的可持续性
学生参与网络课程实验、实践相关内容建设有两个方面的主要问题：一是学生大三才开始学习计算机网络，过早参与会缺少基本网络知识。如果等到学习完网络课程又会面临学生处于大四阶段社会实习较多，而空余時间较少的矛盾。再有一个问题就是后续的网络实验实践工作需要组织学生进行设计。一直重复旧的实验项目并不可取，这方面需要引入更多的思考与创新。
2.建设良好的实验环境
目前的网络实验环境在开放时间方面还无法满足学生的需要，实验设备也还未充分利用。由于实验室管理人员的短缺，目前实验室还是按课程需要的时间开放，无法做到提供教学以外的开放时间。另外，由于涉及到设备安全问题：网络设备管理不像电脑机房管理，能够通过还原卡之类的进行保护；况且网线、配线架、控制电缆等都属于易耗品、易丢失，需要更多的投入来完善管理，这也是目前困扰开放方式的一个难题；虽然模拟器能够解决操作上的一些问题，但与实物操作相比还是存在一定的差距，学生面对物理设备时还是会出现不明白各端口用途的现象。
3.培养编程能力
在网络实践教学建设过程中也尝试将本课程与信息安全专业的C++课程群相关联，[2]使学生掌握基本的网络编程技能，以适应今后网络安全、系统安全等课程的学习，满足迈向社会后的工作需要。但这种规划并不只是局限在信息安全专业，也试图将计算机科学与技术、软件工程等专业都纳入进来，构建跨专业的计算机网络课程体系，锻炼与提高学生的网络编程能力。
四、结语
此次网络课程实践教改结合了网络实验室建设，对网络实验教学中存在的问题提出了改进措施，并尝试了不同的手段，获得了一定的效果。但毕竟这些改革还处于尝试阶段，需要更多的实践来验证与改进，以达到更好的促进网络课程实践教学的目标。
参考文献：
[1]武凌.基于Packet Tracer 的计算机网络实验技能考核的实现[J].计算机教育，2013，（4）：92-99.
[2]田秀霞，彭源，张安勤，等.基于建构主义理论的信息安全专业C++ 课程群教学模式改革[J].计算机教育，2013，（15）：69-72.
（责任编辑：王祝萍）