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網絡工程課實驗教學結構的改革探索
實踐創新能力的培養是目前實驗教學環節的重要目標，下面是小編搜集整理的一篇探究網絡工程實驗教學改革的論文范文，歡迎閱讀查看。
摘要：分析實驗教學環節的4大要素，提出實驗教學結構改革的3個方向：面向能力培養的實驗設置，主體一主導論的師生角色以及現場實驗與仿真實驗并存的實驗模式;闡述每個方向的改革目標、改革方法和具體的改革內容。
關鍵詞：網絡工程;實驗教學;教學結構改革
引言
近年來，隨著社會對應用型人才的需求，各高校工科教育的重心從理論偏向實踐，加大了課程中實踐性教學環節的力度，突出了對學生實踐素質和創新能力的培養。網絡工程是計算機網絡系列課程中的一門核心課程，又是應用性較強的課程，其主要教學內容包括網絡基本組件及其應用、網絡拓撲規劃與設計、網絡應用與服務的建立以及網絡工程的組織與實施等。作為一門工程性課程，除了要通過課堂教學使學生全面掌握相關理論知識外，立足網絡工程應用實際需求，培養學生的網絡設計、安裝、維護與管理的應用技能也是該課程設置與實施的重要目標。在該課程的設置與實施中，強化實踐教學環節，對實驗教學進行合理的設計是非常必要的。
目前，已有許多高校結合自身的培養特色從硬件和軟件兩方面對實驗教學進行了大量的改革探索。硬件方面加大了網絡工程實驗室的建設力度，豐富了實驗資源配置，使實驗室環境盡可能地滿足高層次實驗的要求;軟件方面改革了實驗教學的方式方法，促進了學生的學習積極性，提高了學生的專業學習水平。然而，由于學科技術的發展、社會需求的變化以及學生自身的差異，如何使網絡工程的實驗教學結構適用新的需求仍然是值得探索的問題。
1 實驗教學環節的要素及教學結構改革的方向
任何實驗教學環節都包括教師、學生、實驗內容及實驗工具或環境4大要素，網絡工程的實驗教學也不例外。這4大要素不是孤立的，而是相互聯系，相互作用的，其具體關系如圖1所示。教師根據教學內容的要求依托現有的可為學生提供的實驗工具及環境設置實驗教學的內容，學生使用對應的實驗工具或設備完成教師布置的實驗任務。同時，教師在實驗實施環節中還負責對學生指導、監督和檢查。
整個實驗教學過程中，如何有效協調教師與學生，實驗內容與實驗工具或環境之間的關系，從而促進教師設置更合理的實驗內容，激發學生實驗環節的積極性，以及如何在現有條件下，加強實驗工具或環境對實驗內容的支持是網絡工程實驗教學能否取得良好成效的關鍵問題。
為了使網絡工程的實驗教學環節更有實效，筆者將從實驗內容、實驗工具及實驗教學中的師生角色3個方向探索該課程的實驗教學結構改革。改革過程中除充分體現實驗教學對基本知識、基本技術和基本技能的培養外，重點推行面向能力培養的實驗設置、主體一主導論的師生角色以及現場實驗與仿真實驗并存的實驗模式等3種教學結構在實驗教學環節的綜合運用，以使實驗教學過程的針對性更強，效果更明顯。
2 實驗教學結構改革的具體內容與方法
2.1 面向能力培養的實驗設置
實踐創新能力的培養是目前實驗教學環節的重要目標。為了適應不同層次的培養目標，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。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需求。
學生的實踐創新能力是多方面具體能力的綜合體現，包括發現問題能力、問題解決能力、想象能力、實驗設計能力、技術開發能力、產品改進能力和應用能力等，因而有必要建立面向各種具體能力培養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學生能力的教學方法。
2.1.1 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。
2.1.2 面向問題發現和解決能力的實驗
面向問題發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境中發現存在的問題，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現問題的能力，同時也激發了學生的實驗興趣;在問題解決階段，實驗設置不拘泥于統一的解決方案，這使得學生有了更大的自主空間，發揮自身的主動性和創新性。他們可根據已發現的問題，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議、路由環路、廣播風暴以及交換機環路等。
2.1.3 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及規劃設計的理解，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，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的綜合設計型實驗，但更強調設計環節，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劃設計等。
2.1.4 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。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和培養學生的學習遷移能力，為學生后續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。
2.2 主體一主導論的師生角色
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。傳統的網絡工程實驗教學以教師為中心，遵循“傳授知識一以知識點為核心設計實驗一布置實驗任務一檢查實驗結果”的基本過程，學生在整個實驗環節中只能被動接受，按部就班地完成實驗任務，束縛了學生學習主體作用的發揮，不利于學生應用能力和創新思維的培養。
建構主義學習理論強調以學生為中心，要求學生由外部刺激的被動接受者轉變為信息加工主體和知識意義的主動構建者，而教師則轉變為學生知識構建的幫助者和促進者。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勢互補的教學模式，即以教師為主導，以學生為主體的“主體一主導論”。我們使用“主體一主導論”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。
2.2.1 教師的主導作用
教師的主導作用體現在實驗設置、實驗活動監控和實驗檢查評價3個步驟中。面向能力培養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的實驗。在實驗活動監控環節，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。
2.2.2 學生的主體地位
學生是實驗教學環節的主體，其主體地位體現在學生“思考分析一自我展示一反思總結一調節提高”的完整過程中。學生在實驗過程中要充分發揮主動性，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。
2.3 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。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，是傳統實驗教學的延伸與擴展，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境，避免學生在同樣的知識點上多次重復實驗。
3 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級優秀教學團隊。網絡工程是計算網絡系列課程的核心課程，根據課程的培養目標及特點，深化實驗教學的研究和改革是每個專業教師的職責。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。
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