计算机网络类课程实验教学研究
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摘要:为了解决计算机网络类课程普遍存在的实验教学薄弱、与实际应用脱节等问题,基于既有助于学生理解和掌握相关理论知识,又能够让学生学到实用技能的原则,本文对计算机网络类课程的体系结构、实验教学内容的特点和分类、实验课程的开设和考核方式等进行了研究,提出了计算机网络类课程实验教学的实施方法。
关键词:计算机网络;网络工程;实验教学;研究
中图分类号:G642 文献标识码:B
1引言
随着网络技术的迅猛发展及网络应用系统的普及,网络人才需求倍增,越来越多的高校开设了网络工程本科专业。在网络工程人才的培养体系中,计算机网络类课程是其中的主体和关键。传统的计算机网络类课程普遍存在实验教学薄弱、与实际应用脱节的问题,如何开展实验教学,使实验教学发挥出其应有的作用,是计算机网络类课程教学工作中必须解决的问题。既有助于学生理解和掌握相关理论知识,又能够让学生学到实用技能,是网络工程专业计算机网络类课程实验教学的基本原则。结合近年来网络工程专业教学过程中对计算机网络类课程实验教学的实践和认识,我们进行了计算机网络类课程实验教学的相关研究。
2网络工程人才培养目标
网络工程本科专业人才的培养目标是培养具有网络工程专业宽厚的基础理论,较广泛的专业知识,较好的外语运用能力,较强的动手能力,系统地掌握计算机科学、计算机网络的基本理论和网络工程的应用技术,并具有一定创新精神和研究开发能力的高级技术人才。合格的网络工程专业毕业生应当掌握计算机网络的基本理论及网络工程的应用技术,了解网络协议体系、网络互联技术、组网工程、网络性能评估、网络管理等相关知识,具有较强的分析问题、处理问题的能力,了解与计算机网络有关的法规和信息科学与技术的发展动态。能够从事计算机网络规划设计、研究,网络运行管理和性能分析、网络工程设计及维护等工作。
3课程体系结构
网络工程专业教学所包含课程的种类较多,明确各门课程间的支撑关系是开展理论教学和实验教学的前提。对于我国的高校来说,网络工程本科专业是一个全新的专业,不同高校在进行网络工程本科人才培养时所开设的计算机网络类课程的名称也不尽相同。根据具体课程的教学内容,把计算机网络类课程进行分类,分类结果如表1所示。
在表1所示的各类课程中,网络基础类课程的教学内容基本固定,是计算机网络类课程的基础;网络技术类课程的教学内容有较大的弹性,其目的主要是为了拓展学生的知识体系;网络工程类、网络管理类、网络安全类和网络编程类课程则分别针对网络工程专业不同的研究和应用方向。以上各类课程所讲授的知识既有区别又存在一定的支撑关系,各类课程间的关系如图1所示。
从图1中可以看到,网络基础类课程是其他各类课程的基础;网络管理类课程需要从网络工程类课程中得到知识点的支撑;同样,网络安全类课程需要从网络编程类课程中得到知识点的支撑;而网络管理与网络安全类课程间又存在相互补充的情况,例如:安全管理是网络管理的基本功能之一,网络安全又与具体的网络管理方式密切相关。
明确了计算机网络类课程间的相互关系,就可以更好地制定专业培养计划,在教学中根据各门课程的支撑关系,按顺序开展理论教学和实验教学,得到更好的教学效果。
4实验教学内容的特点和分类
4.1实验教学内容的特点
通过研究计算机网络类课程的体系结构可以发现,计算机网络类课程的方向和种类较多,涉及到的实验教学内容则更为繁杂。计算机网络类课程的实验教学有以下特点:
(1) 实验方式不同。计算机网络类课程实验教学的开展有多种形式,包括:演示类实验,例如网络设备认知实验;操作类实验,例如物理线缆制作与设备连接实验;设计类实验,例如网络协议编程实验;综合类实验,将以上几种方式结合起来进行的复杂实验。
(2) 实验设备不同。计算机网络类课程的不同实验需要使用不同的实验设备,例如:网络应用系统编程类实验只需要网络环境内的计算机;网络操作系统配置实验则需要性能更好的服务器;而某些网络管理和网络安全类实验需要在三层交换机、路由器、防火墙等核心网络设备上进行操作。实验设备的不同除了需要学生学习和掌握不同设备的使用方法外,还对实验教学过程中的设备使用方式提出了新的要求,例如,网络编程类实验可以采取每名学生一台计算机的方式进行,而某些网络管理和网络安全类实验需要多名学生以小组的形式进行实验。
(3) 实验的复杂程度不同。由于计算机网络类实验的实验方式和实验设备差别较大,因此实验的复杂程度也存在较大差别。某些实验只需进行相对简单的操作,例如网络常用命令的使用实验、双绞线的制作等;某些实验需要在深入研究网络协议的基础上,在核心网络设备上进行实验,例如防火墙和IDS的配置实验。
4.2实验教学内容的分类
经过分析可以发现,计算机网络类课程的实验具有实验方式不同、实验设备种类繁多和实验的复杂程度差别较大的特点,因此需要对实验进行分类,以便在实验教学过程中选取合适的实验内容。这里把计算机网络各类课程的实验分为基本和提高两大类,如表2所示。
由于网络基础类课程主要讲解计算机网络的基本理论知识,因此这类课程的实验内容较少,且都属于基本类实验。网络技术类课程的教学内容多为新型网络或热点技术,因此这类课程的实验内容没有在表中给出。实验分类的基本原则是:把每类课程中与重点教学内容对应、具有代表性、实际应用中较为广泛的实验内容列为基本类实验;把每类课程中难度较大、涉及的技术和设备专业性较强的实验内容归入提高类实验。需要说明的是,表2中所给出的分类只是一种参考形式,不同高校在组织教学时可以根据各自的培养方向、师资特点、实验室条件等进行相应的调整。
5实验的开设和考核方式
5.1网络实验的特点
传统的实验教学只包括课堂实验方式。随着高校教学的发展,原有的教学方式已经不能满足计算机网络实验教学的需要。首先,某些计算机网络的理论知识较难理解,不同学生对于理论知识和实验技能的掌握有着较大差别,如果仅限于规定时间的课内实验教学,则会出现部分学生通过做实验达到了帮助理解理论知识和掌握实用技能的目的,而另一部分学生没有完成实验的情况;其次,有些计算机网络类实验,如交换机、路由器、防火墙等网络设备的配置,需要在精密、昂贵的网络设备上进行操作,由于价格等方面的原因,交换机、路由器等网络设备不可能做到人手一台,需要分组使用,这样同一组学生中,有的学生操作较多,得到了较多的实验机会,而有些学生操作较少,没有达到实验目的。基于以上原因,在计算机网络类课程的实验教学中,不应仅限于课内实验,应该对原有的方法进行改革。
5.2实验的开设方式
课内实验教学与课后开放实验相结合的实验开设方式是提高计算机网络类实验教学质量的有效方法。表2中的基本类实验是各类课程中的重点实验,要求学生能够熟练掌握,适合采用课内实验的方式进行;对于提高类实验,可以根据具体的培养方向和实验室条件,采用课外开放实验的方式进行。
对于基本类实验中某些难度较大或重点的实验,可以采取以课内实验为主,以课后开放实验为辅的方式进行。
采用这种方法时,计算机网络类实验教学包括以下步骤:
(1) 教师在课内实验中通过提问、检查等方法了解学生对实验内容和相关知识的掌握情况,关键是学生在实验过程中存在的主要问题
(2) 教师在下一次的课堂教学中纠正和总结实验中存在的问题,并在课后通过预约的方式与学生和实验室管理人员共同确定开放实验的时间、人数和实验内容
(3) 预约过的学生在指定的时间内完成课外的开放实验,教师进行相应的检查和指导
另外,在阶段性教学结束和考前复习等教学阶段,可以安排针对特定知识点,面向全体学生的开放实验。这样可以使学生更好地掌握实验技能,提高实验教学效果。
5.3实验的考核方式
在实验成绩考核方面,可以规定学生在完成每门课程中的课内基本类实验的基础上,以开放实验的方式选作规定数量的提高类实验,即基本类实验为必修实验,提高类实验为选修实验。学生的实验成绩由必修实验和选修实验两部分构成。这样既可以保证学生完成必需的实验,又为学有余力的学生提供更多的实验机会。这种实验的考核方式既保证了实验教学的质量,又能够客观地反映学生的实验能力。
6结论
网络工程人才培养基于帮助学生理解掌握理论知识和能够让学生学到切实可用的网络实用技能这两个原则。理清计算机网络类课程的体系结构,合理地选取实验项目并分配到相应的教学环节中,将对提高教学效果和培养学生的动手能力起到重要作用,既有利于学生对课堂所学知识的掌握,又可以提高学生在就业中的竞争力。课内实验教学与课后开放实验相结合的实验教学和考核方式可以解决实验过程中实验课时和实验设备受限的问题,经过改革后的计算机网络类课程实验教学方式能够有效地提高实验教学的效果。
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