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摘要：网络工程基础实验课程目前缺少统一的实验教材，针对此问题，本论文对教学现状进行总结。针对教学所面临的困难，首先在教学内容方面提出在传统实验课程基础上加入无线网络及物联网技术综合实验的建议。其次，在教学方法方面提出了小班教学、竞赛式教学以及转变考核方式三种改革方案。最后在教案编写方面提出引入工程案例，提升学生综合处理问题的能力。此教改方案旨在让学生及时掌握与课程息息相关的前沿技术，切实提高学生的学习热情以及实际动手能力。
关键词：网络工程基础实验；教学改革；教案编写
本文引用格式：康彬,等.网络工程基础实验课程教改探索[J].教育现代化,2019,6(08):40-42.
网络工程基础实验课程是网络工程专业的专业必修课。该课程旨在将计算机网络理论课程中学到的内容与实际应用相结合，提升学生的动手能力。根据课程教学大纲要求，该实验课不属于实验周课程，而是每周设有独立课时，总课时32学时。课程安排包括9次普通实验以及1次综合实验。该课程在前期需掌握的基础为：通信原理、Linux编程、计算机网络等。教学大纲将基础实验分为九个知识模块。所划分的知识模块分别为：（1）网络数据包的基本使用，需要掌握的知识点包括Sniffer Pro软件对网络数据监控的基本原理以及Sniffer Pro软件的应用分析；（2）网络数据包的捕获与分析，需要重点分析IP、TCP、UDP协议中数据的交互过程，同时要结合实际去理解三种协议的报文格式，除此之外，此知识模块还要求分析不同层之间服务的基本原理；（3）基于TCP/IP的网络实用性实验，重要知识点为对主机所在局域网进行配置以及掌握常用网络命令；（4）VLAN路由配置，旨在要求通过思科模拟器实现VLAN网络配置，加深学生对VLAN知识点的理解；（5）路由协议配置，需要配置的路由协议为RIP以及OSPF，这两个协议都是计算机网络课程的重要知识点，实际动手配置RIP以及OSPF协议有利于学生深入理解理论课内容；（6）防火墙配置，包含的知识点为如何通过部署防火墙提升网络安全；（7）访问控制列表及NAT配置，要求熟练掌握路由器NAT机制的配置方法，对交换机上的访问控制列表进行配置与测试；（8）Linux系统的安装与配置，要求熟练使用Linux操作系统的基本网络管理命令；（9）Linux系统下的网络服务的配置与管理，包含知识点为Linux下DNS、DHCP以及www服务器的配置。整个课程涉及的知识点较多，实践性和工程性强，要求学生在实际网络搭建过程中不断积累经验，加深对计算机网络基础理论的理解。
一 教学现状
该课程在实际教学过程中存在以下问题：
（1）课程缺少通用的实验指导书。实验课内容根据谢希仁[1]撰写的计算机网络课本的知识点进行编写，内容相对陈旧。目前无线传感网络的应用越来越广泛，但是这一研究热点却没有在课程内容上及时出现。
（2）学生无法真正锻炼其实际动手能力，其原因在于考察学生分析、解决实际工程问题的综合实验开设不足。除此之外，与新技术相关的实验很少，导致学生应对新技术的掌握跟不上时代的需求。
（3）教学方法不够灵活。目前采用的是集中上机实验的教学模式，课程的前15分钟讲授实验设计的基本理论知识，课程剩余时间留给学生做实验。由于实验机房较大，同时上课的人较多，教师无法依据学生知识掌握情况灵活安排教学活动，教学效果无法令人满意。
（4）忽略对实际应用环节的深入思考。大部分教师将教学重点放在对计算机网络理论基础的讲解上，实验的设计也是围绕理论内容展开。这种实验的设计往往与实际工程应用脱节。实际应用中，计算机网络各个体系结构之间是彼此协作的一个整体。
实验的设计环节往往将各个体系结构的功能割裂开来，这首先会让学生无法从一个系统角度来理解计算机网络实验。其次，在设计具体实验时，教师往往规避实际工程应用中的难点，这使得学生不能真正理解计算机网络的复杂性。
二改进措施
针对网络工程基础实验课程教学中存在的问题，教改方案将围绕以下3个方面进行展开。
（一）教学内容改革
在现有网络工程基础实验课程之外，增开无线网络和物联网技术的综合实验。无线网络技术是在传统有线计算机网络基础之上进行的拓展，该技术侧重于无线信道容量的提升。在实际应用中，无线网络的体系结构与计算机网络类似，最大的区别在于底层物理层数据传输方式的差异。物联网是在计算机网络以及无线网络技术发展的前提下对应用层用户进行全方位延拓。传统计算机网络服务的对象是计算机，无线网络重点对移动通信设备提供服务。相对比而言，物联网技术针对的接入设备更为广泛，包含任何可连入网络的设备，例如，家用电饭煲、家用热水器，私家车等。由上述分析可以看出计算机网络、无线网络技术以及物联网具有各自的研究重点。总的来说，计算机网络的体系结构具有通用性，结合无线物理层传感技术以及物联网应用进行扩展是目前IT行业的发展趋势。针对此趋势，单纯只进行计算机网络实验已不够。因此，有必要在计算机网络基础实验中加入个别综合实验，搭建一个简单的物联网应用平台，平台的底层设计涉及无线传输技术，平台的网络架构参照计算机网络的TCP/IP协议，具体应用场景可以针对比较实用的物联网场景。这样便于提高学生学习的积极性，培养学生分析解决问题的能力。下面分别对无线网络技术与物联网技术进行介绍，重点介绍二者与传统计算机网络的差异。
1.无线网络技术
无线网络技术作为传统计算机网络的有力补充，主要关注于物理层传输[2]。目前主流的前沿技术包括：非正交多址接入(Non Orthogonal Multiple Access,NOMA)，密集蜂窝网络资源调度、毫米波通信等。这些前沿的通信技术可以以比较简单的方式与计算机体系结构相结合。传统无线网络的研究只能做到“就事论事”，不考虑上层用户的需求特点对网络传输的影响。由于当前无线传输技术已能完全满足高速海量数据传输要求，因此计算机网络研究的重点转移到了应用服务端。如何依据用户个性化需求，搭设计算机网络，实现无线数据传输成为了新兴研究热点。依据此研究热点，将无线传输技术与个性化计算机网络相结合，设计综合实验非常具有应用前瞻性。本科所开设的网络工程基础实验课程虽然属于计算机专业课程，在各个学校都有开设，但作为邮电院校的课程，应当服务于大邮政课程体系，将课程办出自己的特色。具体而言，课程编排应着重考虑通信技术与计算机网络相结合的场景，例如着重研究移动等公司推出的网络，这样学生既可把握当前计算机网络的发展趋势，又可了解无线网络技术具体应用示例。因此，增加相应的无线传感网络技术的内容变得越来越紧迫。
2.物联网技术
物联网是对传统互联网以及电信网的拓展。该项技术旨在让所有物理对象（物理对象指具有独立寻址能力的设备）实现互联互通。目前物联网正在飞速发展，各种类型的设备都希望通过一个可靠的网络架构实现互联互通。小到智能家居涉及的wifi局域网络，大到智慧城市中涉及的车联网等都已成为IT行业重点开发的应用领域。作为未来发展的趋势，智慧城市要求各种类型的网络都能保证其数据的可靠传输。从本质上讲，这就需要对传统计算机网络进行革新。计算机网络的革新不是凭空而来，需要在现有理论基础上进行逐步改进。因此物联网技术的发展需要将底层的传输技术与上层的应用需求进行合理对接，打破以前各自为站的格局，通过彼此协调规划来明显提升网络效率。相对而言，当前物联网技术的研究重点放在应用层面的设计。应用层面的设计主要关心如何实现各类物理设备的智能化控制[2]。市场迫切需要应用层与底层数据传输协调一致，但相应的实践积累过少，基于此在，将物联网应用层需求与计算机网络相结合，设计综合实验是非常符合市场的迫切需求。除此而外，第三次工业革命之后，物联网已成为信息产业的又一次飞跃。考虑到物联网技术的重要性，在计算机网络实验中结合物联网中的若干技术，可以激发学生在应用层进行创新的灵感，这种课程结合符合国家倡导的“大众创业，万众创新”理念。
（二）教学方法的改革
网络工程基础实验涉及计算机网络架构、路由协议等方面的内容[3]，上机实验既要求了解系统运行的内在原理，又要理解体系结构中各层协议的具体格式，同时还要掌握网络设备性能指标，这对学生提出较高要求[4]。学生个人能力以及兴趣点的差异，使得对计算机网络基础知识的掌握不尽相同，因此，以集中方式进行上机实验将会阻碍因材施教的可能性，导致学生在学习过程中缺乏兴趣，无法达到真正教学目的。借鉴当前在IT行业非常流行的小组创新模式，在教学方法中提出的改革方向包括：
1.小班教学
传统大班教学的弊端已在理论课的教授中暴露。网络工程基础实验是一个注重交流协作的课程，采用大班教学无法使教师及时获悉学生的实验进展[5]。相对比而言，小班化实验教学通常以小组或团队形式组织实验，每个小组或若干小组配备一个指导教师。这种教学方法可将一个大的系统实验拆分成若干小组（小班）进行协作，在实验中学生可相互交流相似课题，这样便于培养学生协作互助的能力。除了上述原因之外，当前互联网公司都是采用扁平化，团队制的方式进行应用开发。每个团队力求小而精，各个成员之间能实现优势互补。针对这种公司管理方式的变化，大学实验课的教学也应当及时顺应这种管理革新。从小的实验开始培养学生小组合作的能力，让学生能及时找到自己在小组中的定位，这样便于学生日后更快融入技术工作中。
2.竞赛式教学
激发学生学习的内动力是大学教学的核心[6]。在教学实验过程中可以在小班教学的基础上加入小组竞赛模式，这样可以激发和提高学生的学习动力，培养学生的学习兴趣。竞赛模式也是当前互联网公司比较常用的员工激励方式。面对IT行业巨大的竞争压力，每个员工都需要不断强化自己的抗压能力。合理的竞争模式可以让小组的分工更加合理，有助于快速提升团队的核心竞争力[7]。将上述IT行业的管理方式引入实际教学中同样可有效提升课堂教学效果。通过合理的竞争以及激励措施，小组内部不同学生的合作方式会更加优化。小组各个成员集体讨论论证实验方案，共同制定实验方案，这样可增强学生学习的主动性和沟通合作的能力。
3.考核方式的转变
传统上机综合考试方式过于单一，不能满足工程类课程的要求。教师应在每次实验教学中跟踪和指导学生学习的过程，综合考核学生在项目完成过程中的学习态度、学习能力、解决问题的能力和动手能力，而不只是看重考试结果。平时的考核应着重考察学生以团队形式分析问题的能力，制定合理的学生实验能力量化标准，以适当方式公开学生的考核结果，这样使学生彼此之间形成良性的竞争关系，提高其学习效率。
（三）教案编写改革
在实际应用中，网络工程从设计规划到实施完成涉及需求分析、标书撰写等内容。上述文档是网络系统操作以及维护人员日常工作的重要依据，也是质量审查和评价的依据[5]。在实际教学中，学校反复强调强化学生对理论知识的掌握，提升学生的动手能力。但往往忽视具体的方式方法。在一个实际工程中，如何通过选择合适的方法满足技术要求是工程的核心，但除此之外，一个好的指导方案往往比埋头苦干更为重要。标书的撰写是对所做工程最好的概括，是对实际工作一个很好的梳理，体现一个工程人员解决实际工程难题的综合实力。当前的学生实际动手能力并不差，但缺乏对所做项目的一个全局考虑。在做任何项目之前如果不对项目有一个全局把握，盲目开工往往会问题频出。针对上述问题，我们在实际教学中应该深入思考：如何在网络工程基础实验中以需求分析或标书形式引入综合实验分析环节，通过工程文档的撰写及总结使学生了解网络建设的整体规划过程，培养学生的沟通以及合作能力。要达到上述目标并非一件容易的事，需要把更多精力投入到综合实验设计环节。设计的实验既要综合考察学生项目计划书的撰写以及实验方案的设计，又要考察学生对计算机网络核心知识的掌握情况。通过设计若干综合实验，学生可系统性地掌握计算机网络的工程实践，从而与实际应用紧密接轨。
参考文献
[1]谢希仁.计算机网络[M].北京:电子工业出版社,2016.
[2]张春红．物联网技术与应用[M]．北京：人民邮电出版社，2011．
[3]潘磊，苗凤君．“局域网技术与组网工程”课程教学改革研究[J].计算机教育，2010，（2）：19-21．
[4]苗凤君，潘磊，夏冰等．局域网技术与组网工程[M]．北京：清华大学出版社，2010．
[5]高屹，王琦．计算机网络实验教学的思考与实践[J]．计算机教育，2011，（19）：32-38．
[6]温志萍.基于培养工程应用型人才的“计算机网络”课程教学改革[J].计算机教育,2008(22):12-15.
[7]董宏志.扁平化管理理论对我国高校组织结构改革的启示与借鉴[J].中国电化教育,2012(11):130-134.
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