摘 要: 針對非計算機工科專業計算機網絡課程實驗教學面臨的問題，提出利用虛擬仿真軟件與真實設備相結合形式構建虛實結合的計算機網絡實驗平臺，并通過在課程修學前后，分層次規劃設計認識實訓、基礎實驗和綜合實驗任務，完善實驗教學體系和考核評價機制，強化實驗教學作用。教學實踐表明: 該模式可增強學生網絡知識的綜合運用和實際動手能力，提高計算機網絡課程教學水平，促進應用型和創新型人才的培養。

　　關鍵詞: 計算機網絡; 網絡實驗平臺; 實驗教學

　　“計算機網絡”課程不僅是計算機專業學生必修的專業基礎課，也是自動化、測控等工科專業學生的重要選修課。教學要求理論與應用緊密結合，實驗是整個教學過程中的重要環節。對于非計算機專業工科學生選修課來說，實際應用能力培養更為重要。通過“計算機網絡實驗”可以激發學生學習興趣，有助于學生應用技能的鍛煉和提高，更有助于學生對理論知識的掌握和升華。“計算機網絡實驗” 教學質量的好壞直接影響到計算機網絡課程教學的質量和效果[1-4]。

　　1 計算機網絡實驗教學面臨的問題

　　信息科學與工程學院( 以下簡稱: 學院) 自動化專業、測控專業、電子科學與技術專業不同程度地開設計算機應用基礎課程，其中“計算機網絡”是重要選修課程之一。而學校主要承擔計算機專業網絡課程教學任務的計算機科學與工程學院位于遠離校本部的渾南校區，相關實驗教學資源難以利用，因此學院承擔起非計算機專業工科學生的計算機網絡實驗教學任務。學院在計算機網絡實驗教學過程中面臨一些實際問題，雖然具有我校的特殊性，但對于應用型本科高校計算機網絡實驗教學也基本普遍存在。

　　1.1 實驗教學重要性需要強化

　　計算機網絡涉及電子、通信和計算機等多學科，知識點分散且大多較為抽象，學生較難掌握。對于非計算機專業工科學生來說，“計算機網絡”又是一門強調應用、技術性很強的課程。有必要強調實驗環節重要性，加大教學時間占比，創造更多更好的實驗條件，使學生可以通過實驗，邊操作邊思考，更好地學習、掌握和應用[5-6]。

　　1.2 實驗教學平臺建設有待提升

　　傳統計算機網絡實驗室建設往往采用硬件實物搭建，受物理空間限制并且存在投資大、維護成本高等問題，在實物實驗室使用過程中還受到開放時間和設備本身限制。實物實驗環境對于學生直觀了解和動手操作十分必要且不可替代，但如何利用現代化的實驗教學手段，建設更為開放性的實驗平臺值得探討研究[7]。

　　1.3 實驗教學體系需要完善

　　“計算機網絡實驗”教學不應僅僅局限于課堂，而應該貫穿于整個大學學習過程中。通過在不同階段分層次設置不同的實踐實驗內容，完善整個實驗教學體系，使學生從初步了解、產生興趣、學習掌握、綜合運用乃至達到創新型應用，順應高校日益強調的應用型和創新型人才培養目標[8]。

　　2 構建虛實結合的計算機網絡實驗平臺

　　實驗平臺是計算機網絡實驗的基礎。隨著學校教育經費投入增加，大多學校都投資建設了計算機網絡實驗室，配備了計算機、交換機、路由器、服務器等硬件設備。雖然硬件滿足了學生對網絡設備的直觀感性認識和操作體驗，但由于硬件實驗環境的使用受時間和空間限制，難以在教學周期內完全滿足學生的實驗需要。而目前存在很多款功能強大的虛擬仿真軟件，在普通計算機上就可以運行，使用不受時空限制，完全可以作為計算機網絡實驗的有效補充和擴展。因此，采用虛擬仿真與真實設備相結合，構建覆蓋計算機網絡教學全過程的綜合實驗平臺是必要且可行的方法。

　　2.1 計算機網絡實驗硬件環境

　　我實驗中心采用銳捷公司網絡產品組建計算機網絡實 驗 室，共 有 6 組 設 備，每 組 設 備 包 括 3 臺 S2928 二 層 交 換 機、3 臺 S5750 三 層 交 換 機、6 臺RSR20 路由器和 1 臺 RG-RCMS 實驗室機架控制管理服務器，每組設備配有 6 臺雙網卡計算機網絡實驗工作臺，每組實驗室機架控制管理服務器以及工作臺計算機的一塊網卡通過交換機組成局域網并與校園網相連，另外實驗室配有教師機、投影儀等實驗教學輔助設備。實驗室拓撲圖如圖 1 所示。

　　2.2 計算機網絡實驗虛擬仿真軟件環境

　　我實驗中心根據計算機網絡實驗教學需要，在組建硬件實物實驗平臺的基礎上，選取主流軟件應用產品，提出虛擬仿真軟件實驗環境平臺搭建方案，在實驗室工作臺計算機上安裝，并將方案和相關軟件提供給實驗學生參考使用。實驗室相關軟件見表 1 所示。

　　由于我實驗中心是擔負非計算機專業工科學生的“計算機網絡課程實驗”教學任務，在硬件環境建設上受空間限制較大。因此，在建設必要的硬件實驗平臺基礎上，輔助以網絡模擬仿真軟件為學生創造更為 開 放 的 實 驗 環 境。以 Cisco 公 司 發 布 的 Packet Tracer 模擬仿真軟件為例，只需要安裝在獨立的計算機上就可以模擬網絡設備和網絡數據處理過程，學習者可以在圖形界面上采用拖拽形式建立網絡拓撲圖、仿真配置網絡設備、觀察數據包在網絡中行進的處理過程以及網絡實時運行情況、進行仿真環境下的網絡故障檢測和排除以及網絡設計方案驗證等。Packet Tracer 軟件無論是在教師理論課堂的教學演示中，還是在學生預習、復習乃至進行開放性實驗中都效果明顯。硬件實驗環境和軟件仿真環境兩者相輔相成，通過搭建虛實結合的計算機網絡實驗平臺有助于提高網絡課程教學水平以及學生掌握理論知識并進行綜合實際應用的能力。

　　3、分階段多層次完善計算機網絡實驗教學體系

　　實驗平臺建設為進一步發揮計算機網絡課程實驗教學作用提供可能。充分利用和發揮實驗平臺作用還需要提高課程實驗實踐環節所占比例，進一步完善實驗教學體系和強化實驗教學評價機制。我實驗中心在學生學習的不同階段，針對計算機網絡實踐實驗任務進行了規劃設計。

　　3.1 接觸認識階段

　　在工科專業一年級實訓課程中設置計算機組裝及組網部分內容，不僅使學生能夠進行計算機硬件組裝及操作系統和應用軟件的安裝，還可以熟悉常用辦公軟件和虛擬機系統軟件的應用，更可通過動手制作網線、配置網卡、通過家用路由器組建簡單局域網、利用網絡命令進行網絡連通性測試及網絡簡單故障排除等實訓項目，使學生對計算機網絡建立初步感性認識，從而激發學生的學習興趣，為后續選修和學好計算機網絡課程做好準備。

　　3.2 基礎實驗階段

　　基礎實驗是選修計算機網絡課程內必修的實驗，包括交換機和路由器的基本配置、交 換 機 的 VLAN 配置、跨交換機 VLAN 配置、基于二層和三層交換機的 VLAN 間路由、靜態路由配置、動態路由配置等實驗，可以采用實物環境與仿真環境相結合的形式，通過適當增加實驗課時，布置課前預習任務和課后思考問題，加大實驗考核成績占課程成績比例，完善實驗本身考評方案，提高對知識理解和問題思考能力的考評，從而強化實驗效果，提高學生對計算機理論知識的掌握和實際動手動腦能力。這里需要注意的是，實物環境和仿真環境難免存在差異，因此在課堂教學和實驗指導書編寫時需要給予說明，在實驗內容設置上也要根據兩者差異給予不同側重。

　　3.3 綜合實驗階段

　　針對計算機網絡感興趣想要進一步學習和提高的學生，可以設置一些擴展性開放性實驗項目，如以小型校園網為背景提出網絡需求，學生可以通過建立興趣研究小組，通過開放性實驗平臺或預約實驗室自主實驗，以團隊形式共同完成[9-10]，包括網絡拓撲及方案設計、地址規劃、網絡設備選型、仿真環境下配置網絡設備并進行測試驗證等組網全過程。綜合實驗增加了學生實踐機會，通過營造自主學習的寬松環境，團隊成員從興趣愛好出發，最大限度地挖掘自身潛能，同時通過合作學習，發揮小組成員想象力和創造力，不僅能夠培養學生的網絡知識綜合運用能力，也能夠培養學生的動手實踐能力和團隊協作精神，有助于學校高層次高質量創新型人才的培養。

　　4 結語

　　對于非計算機專業工科學生選修的“計算機網絡”課程，在注重理論教學的基礎上，更應該強調實驗教學的重要性。在投資建設先進的硬件實驗環境的同時，也應該充分發揮虛擬仿真軟件的作用，搭建虛實結合開放性的計算機網絡實驗平臺。通過課程選修前后及課程學習過程中間分層次設置實驗實踐內容，加長實驗占比時間，完善實驗教學體系和評價機制，強化實驗環節作用。通過實踐證明，以上實驗教學措施有助于學生對“計算機網絡”課程基礎知識的學習理解，也有助于提高學生的計算機網絡綜合運用能力和創新能力。當然，在實際教學實踐中還需要在實物實驗與仿真實驗有效銜接和綜合性開放性實驗內容設置等方面進行研究、探索和提高。

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