網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實驗教學(xué)的探究

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1實驗教學(xué)結(jié)構(gòu)改革的具體內(nèi)容與方法

1.1面向能力培養(yǎng)的實驗

設(shè)置實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是目前實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的重要目標。為了適應(yīng)不同層次的培養(yǎng)目標，許多高校根據(jù)實驗內(nèi)容的難易程度將實驗分為驗證型、操作型、綜合型和設(shè)計型等幾種類型[1]。然而，這種單一的劃分方式不能很好地體現(xiàn)對學(xué)生各種能力的培養(yǎng)需求。學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力是多方面具體能力的綜合體現(xiàn)，包括發(fā)現(xiàn)問題能力、問題解決能力、想象能力、實驗設(shè)計能力、技術(shù)開發(fā)能力、產(chǎn)品改進能力和應(yīng)用能力等[2]，因而有必要建立面向各種具體能力培養(yǎng)的更細粒度的實驗設(shè)置體系。本文結(jié)合本校的網(wǎng)絡(luò)工程課程教學(xué)要求和目標，從知識學(xué)習能力、問題發(fā)現(xiàn)和解決能力、實驗設(shè)計能力、學(xué)習遷移能力4個角度設(shè)置實驗內(nèi)容，希望探討一種更好的培養(yǎng)學(xué)生能力的教學(xué)方法。

1.1.1面向知識學(xué)習能力的實驗

面向知識學(xué)習能力的實驗的教學(xué)目標是讓學(xué)生學(xué)習網(wǎng)絡(luò)工程中基本組件的配置使用方法和驗證基本組件的工作原理。通過實驗，學(xué)生能達到加深理解和鞏固課堂教學(xué)內(nèi)容的目標。這類實驗的內(nèi)容設(shè)置方法與傳統(tǒng)的驗證型或操作型實驗相似，由教師指定具體的實驗內(nèi)容及實驗步驟，學(xué)生通過逐步完成實驗，掌握實驗內(nèi)容涉及的相關(guān)知識。為了加深學(xué)生對實驗內(nèi)容的記憶和學(xué)習，教師還應(yīng)在實驗結(jié)束后，總結(jié)實驗實施過程中學(xué)生普遍存在的問題和易犯的錯誤。適用于該類型的實驗內(nèi)容包括網(wǎng)絡(luò)線纜的制作、交換機與路由器的啟動及基本配置等。

1.1.2面向問題發(fā)現(xiàn)和解決能力的實驗

面向問題發(fā)現(xiàn)和解決能力的實驗的教學(xué)目標是讓學(xué)生學(xué)習如何在實際網(wǎng)絡(luò)運行環(huán)境中發(fā)現(xiàn)存在的問題，以及利用所學(xué)知識解決這些問題，從而獲得對網(wǎng)絡(luò)知識的深刻理解和深入把握；培養(yǎng)學(xué)生運用理論知識進行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的能力，為學(xué)生未來從事網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和管理的相關(guān)工作打下良好的基礎(chǔ)。

該類實驗內(nèi)容設(shè)置的難度較大，教師需根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和自身經(jīng)驗，設(shè)計完整的網(wǎng)絡(luò)拓撲與配置方案，將網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中可能存在的實際問題部署在實驗網(wǎng)絡(luò)中。學(xué)生的實驗任務(wù)就是發(fā)現(xiàn)教師設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)中存在的問題，并進一步提出對這些問題的解決方案，最終依據(jù)自己可行的解決方案完成實驗的配置和測試任務(wù)。該類實驗不同于傳統(tǒng)實驗，學(xué)生在整個實驗實施過程中，沒有事先確定的步驟可循。在問題發(fā)現(xiàn)階段，學(xué)生需經(jīng)過自己的觀察和測試分析網(wǎng)絡(luò)存在的問題，這種方式既鍛煉了學(xué)生分析和發(fā)現(xiàn)問題的能力，同時也激發(fā)了學(xué)生的實驗興趣；在問題解決階段，實驗設(shè)置不拘泥于統(tǒng)一的解決方案，這使得學(xué)生有了更大的自主空間，發(fā)揮自身的主動性和創(chuàng)新性。他們可根據(jù)已發(fā)現(xiàn)的問題，提出自己的解決方案并論證其合理性，最終完成實驗任務(wù)。適用于該類型的實驗包括路由協(xié)議、路由環(huán)路、廣播風暴以及交換機環(huán)路等。

1.1.3面向?qū)嶒炘O(shè)計能力的實驗

面向?qū)嶒炘O(shè)計能力的實驗的教學(xué)目標是進一步深化學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及規(guī)劃設(shè)計的理解，讓學(xué)生學(xué)習如何收集網(wǎng)絡(luò)需求、分析網(wǎng)絡(luò)性能、制定具體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)解決方案及網(wǎng)絡(luò)工程的實施。該類實驗設(shè)置的內(nèi)容包括兩部分：文檔設(shè)計和實驗部署。教師使用案例式教學(xué)方法[3]，通過具體情境，提出實驗設(shè)計的問題和要求。學(xué)生需詳細分析這些問題和要求，確定具體的實驗設(shè)計方案（包括網(wǎng)絡(luò)拓撲），并進一步將方案轉(zhuǎn)化為具體的實現(xiàn)。實驗設(shè)計能力是實驗?zāi)芰Φ淖罡邔哟?，其本身具有較強的綜合性、創(chuàng)造性和靈活性等特點。筆者所提出的面向?qū)嶒炘O(shè)計能力的實驗設(shè)置部分類似于傳統(tǒng)的綜合設(shè)計型實驗，但更強調(diào)設(shè)計環(huán)節(jié)，要求學(xué)生必須完成設(shè)計文檔，文檔中需針對實際情境中的具體問題和要求是否在實驗設(shè)計方案得以體現(xiàn)和解決給出詳細說明。適用于該類型的實驗有小型局域網(wǎng)設(shè)計實踐和三層網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計等。

1.1.4面向?qū)W習遷移能力的實驗

所謂學(xué)習遷移能力是指應(yīng)用一種情境中所學(xué)的理論和知識解決另一情境中相似問題的能力，有時也被認為是教育的最終目標[4]。面向?qū)W習遷移能力的實驗的教學(xué)目標就是讓學(xué)生利用已學(xué)的一種理論知識和原理通過自學(xué)解決另一種相似原理的設(shè)備使用和配置問題。

這種類型的實驗是本文教學(xué)改革中最大膽的一個嘗試，希望通過該實驗的設(shè)置在一定程度上啟發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習遷移能力，為學(xué)生后續(xù)的深造學(xué)習及相關(guān)應(yīng)用建立基礎(chǔ)。該類實驗設(shè)置的內(nèi)容完全是學(xué)生自學(xué)知識，教師只提出實驗?zāi)繕撕蛯嶒灲Y(jié)果要求，由學(xué)生獨立自學(xué)完成實驗，教師只針對學(xué)生遇到的疑難問題統(tǒng)一講解。適用該類型的實驗如防火墻的配置與使用，由于包過濾防火墻的工作原理與路由器的訪問控制列表的工作原理相似，因而學(xué)生可將之前所學(xué)知識遷移應(yīng)用到該實驗的實施過程中。

1.2主體—主導(dǎo)論的師生角色

教師與學(xué)生是教學(xué)活動中的兩大主體，構(gòu)成了教與學(xué)的基本關(guān)系。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)工程實驗教學(xué)以教師為中心，遵循“傳授知識—以知識點為核心設(shè)計實驗—布置實驗任務(wù)—檢查實驗結(jié)果”的基本過程，學(xué)生在整個實驗環(huán)節(jié)中只能被動接受，按部就班地完成實驗任務(wù)，束縛了學(xué)生學(xué)習主體作用的發(fā)揮，不利于學(xué)生應(yīng)用能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

這種教學(xué)結(jié)構(gòu)雖然極大程度地促進了學(xué)生的主動學(xué)習，但忽略了教師的主導(dǎo)作用，學(xué)生在學(xué)習過程中可能偏離教學(xué)目標。因而，有些教育工作者提出了優(yōu)勢互補的教學(xué)模式，即以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體的“主體—主導(dǎo)論”[5]。我們使用“主體—主導(dǎo)論”的思想處理網(wǎng)絡(luò)工程實驗教學(xué)的師生角色，力求實驗過程中的教師主導(dǎo)作用和學(xué)生主體地位的體現(xiàn)，同時對教師和學(xué)生也提出了新的要求。

1.2.1教師的主導(dǎo)作用教師的主導(dǎo)作用

體現(xiàn)在實驗設(shè)置、實驗活動監(jiān)控和實驗檢查評價3個步驟中。面向能力培養(yǎng)的實驗設(shè)置對教師提出了更高的要求，不但要求教師全面把握教學(xué)目標和內(nèi)容，還需要教師增加網(wǎng)絡(luò)工程的實際經(jīng)驗，推動教師投入更多的精力和時間去考查、思考和設(shè)計復(fù)雜的基于學(xué)生各種具體能力培養(yǎng)的實驗。在實驗活動監(jiān)控環(huán)節(jié)，教師需充當幫助者和促進者的角色，盡可能引導(dǎo)學(xué)生獨立完成實驗過程。最后，在實驗檢查評價階段，教師對實驗報告的要求不拘泥于實驗步驟和結(jié)果，應(yīng)通過實驗報告促進學(xué)生對實驗的反思和反饋，給學(xué)生更大的空間思考一些開放性的問題。

1.2.2學(xué)生的主體地位

學(xué)生是實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的主體，其主體地位體現(xiàn)在學(xué)生“思考分析—自我展示—反思總結(jié)—調(diào)節(jié)提高”的完整過程中。學(xué)生在實驗過程中要充分發(fā)揮主動性，積極分析情境和思考問題，弄清楚需求是什么，該采用什么技術(shù)來滿足需求，然后自己動手解決和實現(xiàn)問題；還需反思總結(jié)前期行為，以便對實驗過程有全面的解析和認識，促進改進未來行為；必要時學(xué)生還可通過與其他同學(xué)的團結(jié)合作或與教師的交流溝通完善自己的認識。

1.3現(xiàn)場實驗與仿真實驗并存的實驗?zāi)Ｊ?/p>

網(wǎng)絡(luò)工程的特點決定其實驗設(shè)備的復(fù)雜性和多樣性，國內(nèi)高校網(wǎng)絡(luò)工程實驗室的基本硬件多以小型的交換機和路由器為主，輔以少量的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、終端[6]。限于資金與場地空間的不足，現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)實驗室的條件限制了實驗組網(wǎng)的規(guī)模，無法有效地給學(xué)生一個完整的實驗平臺，從而影響了部分實驗的部署實施。仿真實驗便于觀察、設(shè)計和參與實際操作，是傳統(tǒng)實驗教學(xué)的延伸與擴展[7]，大大拓寬了教學(xué)的實驗項目，開拓了學(xué)生的視野，更重要的是學(xué)生能夠按他們自己的節(jié)奏完成學(xué)習過程和決定他們的個人需求；但是，如果單一依賴仿真實驗，學(xué)生會缺乏對實際設(shè)備的直觀認識，不能鍛煉學(xué)生動手施工的能力，同時也不利于提高學(xué)生規(guī)范操作和安全操作的能力。因而，網(wǎng)絡(luò)工程的實驗設(shè)置應(yīng)將現(xiàn)場實驗與仿真實驗相結(jié)合，為學(xué)生創(chuàng)造一個完整的實驗平臺。對于驗證型和學(xué)習型實驗內(nèi)容應(yīng)以現(xiàn)場實驗為主，學(xué)生通過操作實際設(shè)備掌握和理解設(shè)備的使用和工作原理；對于設(shè)計型和問題解決型實驗，其內(nèi)容設(shè)計應(yīng)以仿真實驗為主，通過模擬現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，讓學(xué)生在更高層次把握網(wǎng)絡(luò)工程的教學(xué)內(nèi)容。另外，在實驗內(nèi)容的設(shè)置上，應(yīng)該注意這些內(nèi)容之間的聯(lián)系和銜接，盡可能地讓前一次實驗的平臺成為后一次實驗的基礎(chǔ)或是將現(xiàn)場平臺移植到仿真環(huán)境，避免學(xué)生在同樣的知識點上多次重復(fù)實驗。

2結(jié)論

經(jīng)過多年的課程建設(shè)，內(nèi)蒙古大學(xué)計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)團隊已成為自治區(qū)級優(yōu)秀教學(xué)團隊。網(wǎng)絡(luò)工程是計算網(wǎng)絡(luò)系列課程的核心課程，根據(jù)課程的培養(yǎng)目標及特點，深化實驗教學(xué)的研究和改革是每個專業(yè)教師的職責。本文所述內(nèi)容多來自個人教學(xué)經(jīng)驗，部分理論和改革設(shè)想還有待于在實踐中進一步完善和提高。未來的教學(xué)活動中，我們將以更多樣化的形式探索因地制宜、因材施教的教學(xué)方法，以期達到更好的教學(xué)效果。

作者：王燕 李華 盧慧 單位：內(nèi)蒙古大學(xué)計算機學(xué)院 內(nèi)蒙古大學(xué)網(wǎng)絡(luò)信息中心