網絡工程專業(yè)實驗教學的探究
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1實驗教學結構改革的具體內容與方法
1.1面向能力培養(yǎng)的實驗
設置實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是目前實驗教學環(huán)節(jié)的重要目標。為了適應不同層次的培養(yǎng)目標，許多高校根據實驗內容的難易程度將實驗分為驗證型、操作型、綜合型和設計型等幾種類型[1]。然而，這種單一的劃分方式不能很好地體現對學生各種能力的培養(yǎng)需求。學生的實踐創(chuàng)新能力是多方面具體能力的綜合體現，包括發(fā)現問題能力、問題解決能力、想象能力、實驗設計能力、技術開發(fā)能力、產品改進能力和應用能力等[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置體系。本文結合本校的網絡工程課程教學要求和目標，從知識學習能力、問題發(fā)現和解決能力、實驗設計能力、學習遷移能力4個角度設置實驗內容，希望探討一種更好的培養(yǎng)學生能力的教學方法。
1.1.1面向知識學習能力的實驗
面向知識學習能力的實驗的教學目標是讓學生學習網絡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，學生能達到加深理解和鞏固課堂教學內容的目標。這類實驗的內容設置方法與傳統(tǒng)的驗證型或操作型實驗相似，由教師指定具體的實驗內容及實驗步驟，學生通過逐步完成實驗，掌握實驗內容涉及的相關知識。為了加深學生對實驗內容的記憶和學習，教師還應在實驗結束后，總結實驗實施過程中學生普遍存在的問題和易犯的錯誤。適用于該類型的實驗內容包括網絡線纜的制作、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)現和解決能力的實驗
面向問題發(fā)現和解決能力的實驗的教學目標是讓學生學習如何在實際網絡運行環(huán)境中發(fā)現存在的問題，以及利用所學知識解決這些問題，從而獲得對網絡知識的深刻理解和深入把握；培養(yǎng)學生運用理論知識進行網絡應用的能力，為學生未來從事網絡應用和管理的相關工作打下良好的基礎。
該類實驗內容設置的難度較大，教師需根據教學內容和自身經驗，設計完整的網絡拓撲與配置方案，將網絡應用中可能存在的實際問題部署在實驗網絡中。學生的實驗任務就是發(fā)現教師設計的網絡中存在的問題，并進一步提出對這些問題的解決方案，最終依據自己可行的解決方案完成實驗的配置和測試任務。該類實驗不同于傳統(tǒng)實驗，學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)現階段，學生需經過自己的觀察和測試分析網絡存在的問題，這種方式既鍛煉了學生分析和發(fā)現問題的能力，同時也激發(fā)了學生的實驗興趣；在問題解決階段，實驗設置不拘泥于統(tǒng)一的解決方案，這使得學生有了更大的自主空間，發(fā)揮自身的主動性和創(chuàng)新性。他們可根據已發(fā)現的問題，提出自己的解決方案并論證其合理性，最終完成實驗任務。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面向實驗設計能力的實驗
面向實驗設計能力的實驗的教學目標是進一步深化學生對網絡系統(tǒng)及規(guī)劃設計的理解，讓學生學習如何收集網絡需求、分析網絡性能、制定具體網絡技術解決方案及網絡工程的實施。該類實驗設置的內容包括兩部分：文檔設計和實驗部署。教師使用案例式教學方法[3]，通過具體情境，提出實驗設計的問題和要求。學生需詳細分析這些問題和要求，確定具體的實驗設計方案（包括網絡拓撲），并進一步將方案轉化為具體的實現。實驗設計能力是實驗能力的最高層次，其本身具有較強的綜合性、創(chuàng)造性和靈活性等特點。筆者所提出的面向實驗設計能力的實驗設置部分類似于傳統(tǒng)的綜合設計型實驗，但更強調設計環(huán)節(jié)，要求學生必須完成設計文檔，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計方案得以體現和解決給出詳細說明。適用于該類型的實驗有小型局域網設計實踐和三層網絡規(guī)劃設計等。
1.1.4面向學習遷移能力的實驗
所謂學習遷移能力是指應用一種情境中所學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]。面向學習遷移能力的實驗的教學目標就是讓學生利用已學的一種理論知識和原理通過自學解決另一種相似原理的設備使用和配置問題。
這種類型的實驗是本文教學改革中最大膽的一個嘗試，希望通過該實驗的設置在一定程度上啟發(fā)和培養(yǎng)學生的學習遷移能力，為學生后續(xù)的深造學習及相關應用建立基礎。該類實驗設置的內容完全是學生自學知識，教師只提出實驗目標和實驗結果要求，由學生獨立自學完成實驗，教師只針對學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，因而學生可將之前所學知識遷移應用到該實驗的實施過程中。
1.2主體—主導論的師生角色
教師與學生是教學活動中的兩大主體，構成了教與學的基本關系。傳統(tǒng)的網絡工程實驗教學以教師為中心，遵循“傳授知識—以知識點為核心設計實驗—布置實驗任務—檢查實驗結果”的基本過程，學生在整個實驗環(huán)節(jié)中只能被動接受，按部就班地完成實驗任務，束縛了學生學習主體作用的發(fā)揮，不利于學生應用能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。
這種教學結構雖然極大程度地促進了學生的主動學習，但忽略了教師的主導作用，學生在學習過程中可能偏離教學目標。因而，有些教育工作者提出了優(yōu)勢互補的教學模式，即以教師為主導，以學生為主體的“主體—主導論”[5]。我們使用“主體—主導論”的思想處理網絡工程實驗教學的師生角色，力求實驗過程中的教師主導作用和學生主體地位的體現，同時對教師和學生也提出了新的要求。
1.2.1教師的主導作用教師的主導作用
體現在實驗設置、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)的實驗設置對教師提出了更高的要求，不但要求教師全面把握教學目標和內容，還需要教師增加網絡工程的實際經驗，推動教師投入更多的精力和時間去考查、思考和設計復雜的基于學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，盡可能引導學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果，應通過實驗報告促進學生對實驗的反思和反饋，給學生更大的空間思考一些開放性的問題。
1.2.2學生的主體地位
學生是實驗教學環(huán)節(jié)的主體，其主體地位體現在學生“思考分析—自我展示—反思總結—調節(jié)提高”的完整過程中。學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，該采用什么技術來滿足需求，然后自己動手解決和實現問題；還需反思總結前期行為，以便對實驗過程有全面的解析和認識，促進改進未來行為；必要時學生還可通過與其他同學的團結合作或與教師的交流溝通完善自己的認識。
1.3現場實驗與仿真實驗并存的實驗模式
網絡工程的特點決定其實驗設備的復雜性和多樣性，國內高校網絡工程實驗室的基本硬件多以小型的交換機和路由器為主，輔以少量的網絡設備、終端[6]。限于資金與場地空間的不足，現場網絡實驗室的條件限制了實驗組網的規(guī)模，無法有效地給學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、設計和參與實際操作，是傳統(tǒng)實驗教學的延伸與擴展[7]，大大拓寬了教學的實驗項目，開拓了學生的視野，更重要的是學生能夠按他們自己的節(jié)奏完成學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，學生會缺乏對實際設備的直觀認識，不能鍛煉學生動手施工的能力，同時也不利于提高學生規(guī)范操作和安全操作的能力。因而，網絡工程的實驗設置應將現場實驗與仿真實驗相結合，為學生創(chuàng)造一個完整的實驗平臺。對于驗證型和學習型實驗內容應以現場實驗為主，學生通過操作實際設備掌握和理解設備的使用和工作原理；對于設計型和問題解決型實驗，其內容設計應以仿真實驗為主，通過模擬現實網絡環(huán)境，讓學生在更高層次把握網絡工程的教學內容。另外，在實驗內容的設置上，應該注意這些內容之間的聯(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或是將現場平臺移植到仿真環(huán)境，避免學生在同樣的知識點上多次重復實驗。
2結論
經過多年的課程建設，內蒙古大學計算機網絡教學團隊已成為自治區(qū)級優(yōu)秀教學團隊。網絡工程是計算網絡系列課程的核心課程，根據課程的培養(yǎng)目標及特點，深化實驗教學的研究和改革是每個專業(yè)教師的職責。本文所述內容多來自個人教學經驗，部分理論和改革設想還有待于在實踐中進一步完善和提高。未來的教學活動中，我們將以更多樣化的形式探索因地制宜、因材施教的教學方法，以期達到更好的教學效果。
作者：王燕 李華 盧慧 單位：內蒙古大學計算機學院 內蒙古大學網絡信息中心