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计算机网络技术实验课程改革研究

 论文栏目:实验发展论文     更新时间:2018/3/14 9:47:01   

摘要:实验教学一直是教育改革研究中的一个重要问题。结合教师在三届本科生中开设计算机网络技术课程的实践经验,从分析研究该实验课程的重要性及其存在的问题出发,针对实验室建设和实验内容、实验教学的组织与管理、实验课程独立设课、实验教学类型、开放性实验项目、实验过程评价等六个方面开展研究,提出了几点实践教学改革措施和建议,以期进一步发挥该课程在专业教育学习中的积极重要作用。

关键词:计算机网络;实验课程;教学方法

计算机网络是与计算机科学技术紧密结合并不断发展的一门学科[1]。现今,“计算机网络技术”课程既是计算机专业的重点课程,也是高校理工科的必修课程,还是工学研究生入学考试的必考内容。“计算机网络技术”课程主要讲解网络基本原理、技术和应用,一般以计算机网络5层(物理层、数据链路层、网络层、运输层、应用层)体系结构为主线进行讲述[2]。网络硬件多、概念复杂,理论内容相对单调,如教材前言,讲述参考模型,学生难以理解多层模型的划分,难以引起学生的兴趣。实验教学一直是教育改革研究中的一个重要问题[3]。然而,西南大学电子信息工程学院开设计算机网络技术课程的实验学时数较少,学生学习该课程后,有的学生在使用网络时体会不到网络内部各层及层间详尽的运作机制。如讲分布式路由选择协议RIP和OSPF部分,因数据转发及协议处理过程藏在设备中,没有直观印象,唯有理论抽象,学生难以整体理解这些协议的工作原理与运行机制[4]。本论文就教师对计算机网络技术实验课在我校电子信息工程学院三届本科学生中的教学进行研究。

1该实验课程的重要性及其存在的问题

工科教育要求学校必须创造条件培养学生的实践动手能力,而实验教学是一项重要的专业教育内容。“计算机网络技术实验”课程是其理论课程的延伸,重点在于培养学生的实践动手以及学以致用的能力。为延续大学前期基础课程的学习,计算机网络技术课程安排在大三开设,因此在相关专业课程开设之后,开展该实验课程教学对于提高学生掌握计算机网络知识的能力具有十分重要的意义。但是,教师凭借多年参与该课程的教学经验,并结合实验课教学现状,总结该实验课程的教学存在以下四个问题。

1.1对该实验课程的重要性认识不足

学院任课教师及学生对该实验课程不够重视,理论课的讲授知识与实验课的内容差别很大[5]。任课教师存在对与实验相关的知识没有讲透的现象,学生存在对实验内容及相关理论知识预习不到位的状况。学生进入实验室后仅仅根据指导书进行验证性实验,达不到实验教学应有的目的,实训的效果较差。我校电子信息工程学院的计算机网络技术理论课教学为54学时,而实验课教学仅仅6次实验共18学时。该课程的理论性与实践性都很强,目前的理论与实验学时分配比例不合理,存在重理论轻实验、对实验课程的重要性认识不足的问题。

1.2该实验课程教学内容有待优化

该实验课教学中现有的实验项目仅限于服务器操作系统及其软件的安装和使用等与计算机网络技术原理关系不大的操作验证实验,使得实验教学内容不系统,形式较松散。实验课程依附于理论教学,但又有所扩充,教材的理论知识与实验的实践知识差别很大,存在理论与实践的纽带不紧现象。且期末考核主要以学生提交的课程论文为依据,不能全面考查学生学习知识的完整性和深入性,尤其不能学以致用,致使学生实践能力较差[6]。

1.3简单的实验无法满足部分学生的要求

该实验教学大纲内容灵活性不够,不能激起学生的兴趣,设计型、探究型实验很少,不能满足学生的好奇心。未在实验课程教学中安排的复杂实验可以在开放性实验室开设。如理论课程中讲到利用网线与电话线组建网络,但实验项目中仅仅安排了网线的制作和连接,并未涉及电话线、同轴电缆、光纤等类型物理线路的连接。1.4该实验课程缺乏分层次教学该课程技术性和专业性都很强,而现有的实验内容并不能满足每位学生的需求。学生来自全国各地,对计算机网络技术知识的理解和掌握程度不尽相同。如果不进行分层次教学,难免会造成基础知识好、动手能力强的学生觉得单调,基础知识差、动手能力弱的学生觉得繁杂。目前,由于受我校电子信息工程学院实验室教学环境的影响,只能进行DNS、DHCP、TCP、FTP等协议的简单配置,实验作用不好,效果甚微。

2该实验课程的实践与探索

开设计算机网络技术理论课程,让学生了解基础理论知识,然后开展实验课程。丰富的实验室配置和良好的实验教学体系,是该实验课程教学改革的基础。教师紧紧围绕该实验课程教学的目标,从以下六个方面开展该实验课程改革的实践与探索。

2.1规范实验室建设和实验内容

2.1.1组建计算机网络技术课程专用实验室一个完美的实验教学过程的进行离不开一个专用的实验室,该门实验课程应从目前多门实验课程共用一个实验室的状况中脱离出来。实验室应拥有灵活的网络拓扑,能多区域分布实验,也能合并组成大实验环境[7]。实验室的组建具有一定的难度,既要有多台计算机,还要有组网的硬件设备,网络互联的工具,投资比较大,更新换代也快。因此在实验教学中,应充分利用现有的设备,为学生创造更多的实践机会。根据实际教学情况,可适当购买一些设备,如24口以太网交换机,8口集线器,8口以太网交换机,小型路由器,同轴电缆网络调制解调器,光纤网络调制解调器,以太网线转换接口等,从而提高实验室的专业化水平。2.1.2选择合适的实验内容实验教学设计最关键的环节是实验项目内容的选择,因此在设计实验内容时,不仅要紧密联系教材中的主要理论知识,还要仔细考虑其是否对学生实践能力的培养有用,从而提高实验内容的可操作性和实用性。计算机网络技术实验课程应分层次进行设计,应坚持体系结构先低层后高层、难易程度先简单后复杂、设备运行先实物后虚拟的原则。如实验大纲中应该具有邮件服务器的配置、网络命令的使用[8]、NTFS硬盘管理、ISA配置与管理、Exchange配置与管理等[9]。

2.2加强实验教学的组织与管理

2.2.1进行分组实验我院的计算机相关课程实验施行1人1机制度,然而根据实验室环境和实验内容,可进行6人1组的分组实验,并根据实验内容及目的变更分组。同时,可安排能力强的学生承担其所在小组的部分实验辅导工作。以前是教师指导实验,现在是学生协助实验,这种方式能充分调动学生的积极性。该实验课程实施时,既要计算机,也要配套的设备及工具,分组实验有利于实验工具的有效使用,有利于实验设备的维护,也有利于提高学生的协作能力。2.2.2实验教学中坚持学生为主体每次实验教学中,教师的讲述内容应尽量简短,引导学生回忆与本次实验相关的理论知识,了解实验的目的,理解实验的内容,重视实验的重难点,提醒学生在实验过程中遇到问题首先应自主思考解决,解决不了的问题才与其他同学及教师商议,教师始终扮演着引导和启发的角色。实验后由教师组织学生进行总结并记录,使得学生的实验经验不断积累,实践技能不断提升。2.2.3教师做好实验报告批阅要求学生实验后认真书写实验报告以及心得体会,实验报告可包含:对提出问题、设计实验探索方案、数据收集、做出结论的看法是怎样的,以及经历实验研究创新活动后对这些看法是否有改变;对实验探索不同阶段之间的关系的看法;自己的实验探索与别组的探究过程的相同点和不同点。另外,还可记录怎样努力使自己能够配置和运行将来工作中的大型计算机网络。通过学生在具体实验活动中记录的实验报告,深入了解学生的实验情况以及他们对实验过程和“计算机网络”思考情况,学生提出的问题、实验过程等。教师批改实验报告,帮助学生指正报告中的错误,解决报告中的问题,从而巩固实验教学成果。教师在2013级电子信息工程专业及2014级通信工程专业学生中实施该教学改革方法,教学效果良好,教学成果显著。

2.3探索实验课程独立设课

2.3.1实验课程独立设课的意义实验课程独立设课,有利于形成全面且合理的教学体系,有利于调动学生的学习积极性和参与主动性,有利于提升理论教学与实验教学的结合度,从而促进实验教学的改革[10]。计算机网络技术实验课程非常适合独立设课。合理的实验教学对理论教学起到了补充和深化的作用。学生对独立设课的实验课程非常重视,独立设课改变了传统的重理论轻实验的做法,能促使理论与实践相结合。理论指导实践,实验的操作促进于理论的掌握,实验教学与理论教学相互促进。2.3.2实验课程独立设课的措施实验课程教学的目标是提高学生科学实验素质,培养创新和实践能力。该实验课程教学可以不与理论课同步进行,独立开课,单独考核。计算机网络技术实验课程独立设课,要求教师重新设计实验大纲,安排教学计划,编写指导书,设置学分和学时。如该实验课程设定为3学分,设置24个实验共72学时,其中前9个实验为基础实验,供低层次学生在大二下期学习,另外15个高级实验供全体学生在大三上期学习。

2.4丰富实验教学类型

教师设置一些基础的、综合的、探究性的实验,有利于培养学生对计算机网络的分析与管理、设计与应用的能力。根据我校现有的实验条件,制定出切实可行的实验教学内容[11]。实验类型有演示实验、验证实验、操作实验、综合实验、设计实验、探索实验。教师应根据实验的不同类型来调整其教学过程的组织方式。2.4.1做好演示、验证、操作实验教学,培养学生的基本实验操作能力演示、验证、操作实验为基础性实验,其组织方式是先由教师根据实验指导书讲解和演示,再由学生动手操作,完成实验必做内容,掌握计算机网络设备的使用、安装、连接和配置,掌握WEB、FTP服务器的创建和设置,掌握SMTP、POP的参数基本配置等。做好这些基础实验,实现低层次实验教学,完成教学基本目标。2.4.2做好综合、设计实验教学,培养学生的综合应用能力综合、设计实验为高级实验,要求学生综合应用计算机网络技术基础实验的知识和方法来完成实验,其组织方式不同于基础性实验。这类实验的实验指导内容较少,仅包含目标和要求,可能涉及的设备和资料,完全由学生设计方案,确定步骤,合理利用实验室仅有的设备完成实验。如模拟建立校园网络,包括局域网和接入网,为学校教职工和学生提供WWW、E-mail、网上多媒体教学,能提供视频点播、校外图书资料检索等。引导学生进行这些综合实验或设计实验,完成高层次实验教学目标,培养学生的综合应用能力。2.4.3做好探索实验教学,培养学生的创新与科研能力探索实验需要采取开放性实验的形式,才能取得好效果。教师在拟定大纲时应考虑如何紧密联系理论知识、如何体现实验内容的先进性、如何提高实验操作的先进性、必做与选做实验如何合理设置、如何体现考评体系的系统性、合理性和可操作性等问题。使学生能够独立或者协同其他同学从基本的电话线、网线、同轴线到调制解调器以及交换机和计算机的连接配置,建立小型网络以及大型网络,能进行一系列计算机网络技术课程实验。指导学生进行探索实验,引导学生开展研究,从而培养学生的综合素质、开拓创新的探究能力。

2.5探索开放性实验项目

2.5.1开设开放性实验项目实验室开放的对象为本科学生,简单的计算机网络技术教学、陈旧的教学内容不能满足高层次学生发展的需求。教师可以考虑设计一些开放性实验内容,将开放实验信息上传至学校教务系统网站上,学生可根据自己遇到的问题和新想法选择实验项目。我校电子信息工程学院长期以来保证了开设开放性实验的硬件条件,但多数仅针对低年级学生的软件实验,并没有针对学生的硬件实验,故这方面仍值得深入探讨。如双绞线制作、组建对等网、DHCP服务器配置、DNS服务器配置等均可列入开放性实验项目。开放性实验项目的进行能够引导学生自主学习、独立思考、不断积累经验,不断提高动手能力。2.5.2鼓励学生参与教师科研项目的研究与开发施行本科导师制度,教师结合培养研究型人才计划设计探索实验,积极引导能力强的学生参与科研课题,有利于加深学生对单调的理论知识的理解,有利于扩展实验教学的广度和深度,有利于拓宽学生的眼界,有利于提高学生的实践能力和综合素质,为学生将来走向工作岗位奠定良好的基础。

2.6注重对实验过程的评价

2.6.1注重实验过程考核的意义随着科技飞速发展,计算机网络有关知识的普及率逐年提高,故该实验课程的考评机制也要不断变化,以便满足不同阶段学生的能力要求[12]。一种合理有效的评价机制才能反映学生的真实理论水平、实践动手能力及开拓创新意识。2.6.2加大实验过程考核的比例目前,我院计算机网络技术课程最终成绩的评定由平时成绩(包括作业30分、考勤30分、课堂效果40分)占10%、实验成绩(包括实验考勤50分、实验报告50分)占30%、期末考试成绩(课程论文)占60%三部分组成。我院学生应重点掌握计算机网络的实际操作和应用技术,教师设定课程论文要求时应考虑能否考察学生对计算机网络的基本原理和一般方法的掌握情况,内容应少而简单,论文成绩占最终成绩的30%为宜。针对不同层次的学生、不同性质的实验、独立设课后的考评,将实验准备、实验分组、实验过程、创新实验设计、实验效果等纳入考评机制中,探索并完善该实验课程的考评机制,实验成绩占最终成绩的60%为宜。

3结语

“计算机网络技术”课程是一门重要的专业课程,实践性较强,内容不断更新,教学的方式也要不断适应课程变化的要求。实验教学一直是教育改革研究中的一个重要问题。本文从分析我校电子信息工程学院计算机网络技术实验课程的重要性及其存在的问题出发,针对实验室建设和实验内容、实验教学的组织与管理、实验课程独立设课、实验教学类型、开放性实验项目、实验过程评价等六个方面开展研究,有效地完成该实验课程学习教学任务,使学生能够富有激情地参与该实验课程教与学的活动,取得了较丰富的阶段性成果,培养了学生的实践动手能力,提高了学生的创新思维水平。同时,我们还应该根据自身的实际情况,勇于探索,不断创新,找到适合我们自身的实验课程教学方法。

作者:杨波 张菁 王丽丹 单位:西南大学电子信息工程学院

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