计算机网络实验分层次教学的探索与实践

项目资助：浙江工业大学2014年实验教学改革项目计算机网络实验分层次教学的探索与实践秦娥雷艳静徐卫（浙江工业大学计算机学院杭州310023）E-mail：[e-mail]摘要：针对计算机网络实验教学中存在的不足之处，提出了分层次教学的理念，将参与实验的学生按类别划分，建立分层次的实验教学体系，并采用多样化的教学方法，确保不同层次学生都能得到很好的实践锻炼，从而一定程度上实现了因材施教。关键词：分层次教学因材施教网络实验体系0引言在高校教学过程中，实验室是培养学生动手能力的摇篮。计算机网络是一门实践技术课程，需要通过大量的实践环节来掌握。笔者从最近几年的实验室管理工作和协助任课教师做实验的过程中发现，计算机网络实验的开设中，存在着一些问题亟待解决。比如：计算机网络实验既有计算机学院的专业课程实验，也有外学院的网络课程实验，还有计算机网络基础公共课实验。笔者跟踪调查发现，针对不同层次水平学生实际开展的实验内容却一模一样。根据学生反映，层次水平低的学生做实验很吃力，对于水平高的本科生和研究生来说，有些实验内容偏简单。这与“以学生为本”的理念背道而驰。要扭转这种教学被动局面，使每个学生都能得到发展，必须打破传统课堂教学的一统模式，做到既不压制学习基础好的学生，又不放弃学习基础差的学生，根据学生的实际水平实施“分层次教学”。故急需建立一套适合分层次教学的实验体系，实现因材施教。1分层次教学的必要性分层次教学的思想最早来源于孔子的“因材施教”［1］。针对不同层次学生在思维发展水平、智力和认知结构方面存在的差异，确立不同的教育目标，采用不同的教学方法，既照顾了高层次学生“吃不饱”的现象，又解决了一般学生的“吃不了”的问题，同时也为学生个性发展与选择学习创造了良好的环境，使每一个学生都能发挥其最佳水平。原苏联教育学家赞可夫在《教学与发展》中，提出“使包括后进生在内的全体学生都得到一般发展”的原则。“分层次教学”是尊重学生的个性，促进包括后进生在内所有学生发展的有效措施。美国心理学家布鲁姆在掌握学习理论中指出，“许多学生在学习中未能取得优异成绩，主要问题不是学生智慧能力欠缺，而是由于未得到适当的教学条件和合理的帮助造成的”，“如果提供适当的学习条件，大多数学生在学习能力、学习速度、进一步学习动机等多方面就会变得十分相似”。这里所说的学习条件，就是指学生学习并达到掌握所学内容的必需的学习时间，给予个别指导和全新的学习机会等，“分层次教学”就是要最大限度的为不同层次的学生提供这种“学习条件”和“必要的全新的学习机会”。目前，网络工程实验室开设的网络实验课类别逐渐增多，原先只针对计算机学院的学生，主要开设计算机网络原理、路由与交换技术、服务器系统管理、TCP/IP协议、无线网络原理、无线传感器网络等课程实验，现在已对教科学院和化工+计算机专业学生开放。最近两年还新开设了系统安全和系统配置实验、计算机网络大型实验和系统安全大型实验等，实验种类多，但整个实验室没有一个完善的实验体系。在面向非计算机专业学生、计算机学院非网络专业学生、网络工程专业学生和计算机学院研究生等不同层次的授课对象时，不同的任课老师开设的实验项目几乎一模一样。这种不考虑学生的类别，学生的层次水平，使用内容固定的实验项目大大降低了学生的实验积极性。在这样的现状下，急切需要对网络工程实验室的实验设备加以充分利用，整合实验室资源，优化实验室体系结构，并和企业开展合作，将计算机网络的新技术引入实验室内，对已开设的实验项目进行归类整理，不断更新实验内容，建立层次清晰的计算机网络实验体系，帮助学生夯实理论基础、提高实际动手能力、拓展创新能力和科研能力，从而切实提高实验教学质量［2］。满足不同层次水平学生的实验要求，任课教师再配上好的教学方法和手段，调动起学生的实验热情，则可以大大提高学生的网络实践技能。2.完善实验室的结构图在原有网络工程实验室、实验设备和实验项目基础上，整合并拓展，构建新的实验室功能结构图如图1所示，在原来只面向教学的基础上，充分利用实验室硬软件资源，鼓励教师进入实验室开展科研项目，吸收优秀学生参与其中，并积极参与自命题的创新创业计划项目等课外创新实践，最大化利用实验室的资源，为师生服务。网络工程实验室面向教学面向科研自主创新实践课程实验大型实验课程设计科研项目（教师、学生）研究生自主实验科研项目（教师、学生）图1网络工程实验室功能结构图3.新增网络攻防实验根据网络实验室现有条件和网络技术发展趋势，联合企业，针对信息安全领域的前沿技术，提炼出实验项目，面向学习兴趣浓厚且具有一定理论水平和实践能力的学生，引导他们进行信息安全新技术的实验或设计、开发，重在培养学生在网络信息安全方面的实践技能。已开设的网络攻防实验项目如表1所示：表1新开设的网络攻防实验项目1.DDoS拒绝服务攻击实验2.缓冲区溢出攻击实验3.RootKit攻击实验4.口令破解攻击与防护5.客户端溢出攻击与防护6.sniffer嗅探器的使用7.数据嗅探攻击与防护8.远程控制攻击与防护9.服务器溢出攻击与防护10.系统和数据备份恢复实验11.后门攻击与防护12.网络攻击应急响应与取证4.构建三个层次的网络实验体系经过与网络教学团队教师的讨论研究，确立了基础型、提高型和自主创新型三个层次的实验体系，针对不同层次的学习对象，可选择不同层次的实验项目内容［4］，教师采用问题驱动、任务驱动、项目驱动等多样化的教学方法，确保不同层次类别的学生都能有最大的收获，确保实验效果良好。三层次的网络实验体系如图2所示。实验层次实验课程实验项目面向学生基础型计算机网络基础网线制作、简单网络命令使用、IEEE802标准和以太网非计算机专业、计算机学院非网络专业低年级学生计算机网络原理地址解析协议（ARP）、网际协议(IP)、Internet控制报文协议（ICMP）、Internet组管理协议（IGMP）、用户数据报协议（UDP）、传输控制协议（TCP）、网络地址转换（NAT）、路由信息协议（RIP）、超文本传输协议（HTTP）TCP/IP协议网际协议(IP)、传输控制协议（TCP）、网络地址转换（NAT）、超文本传输协议（HTTP）无线网络原理无线网络设置、无线传感器节点间的无线通信、无线传感器节点与PC的通信无线传感器网络Blink—TinyOS编程的“HelloWorld”、TinyOS任务及应用举例、无线传感器节点间的无线通信、无线传感器节点与PC的通信、传感（了解节点如何从环境中采集数据并显示在PC上）提高型计算机网络原理IPV4综合实验、网络程序设计实验（文件传输工具、Ping工具、主机信息获取工具、邮件收发器等）网络工程专业、物联网工程专业网络规划与设计交换机VLAN实验、静态、浮动与默认路由实验、RIP及有类路由实验、OSPF单区域路由实验、无线网络及无线安全实验、访问控制及路由安全实验路由与交换技术VLAN与VLANRouting、802.1x和AAA实验、PPP&MP实验、ACL和包过滤防火墙实验、NAT地址转换实验网络攻防实验口令破解攻击与防护、数据嗅探攻击与防护、远程控制攻击与防护、后门攻击与防护等无线传感器网络无线传感器网络-存储（了解TinyOS上永久数据存储方法及应用）、多线程程序设计、无线传感器网络综合实验（设计面向实验室环境监控的应用程序）等自主创新型网络攻防实验网络攻防综合实验、学有余力的本科生、研究生无线传感器网络实验基于传感网的室内定位系统、基于传感网的老年人跌倒监控系统、学生自拟的创新创业项目、参与教师的科研课题等图2分层网络实验体系图基础型实验以验证性方法为主，针对非计算机专业学生和计算机学院非网络专业大一、大二学生开设，通过网络工具箱、中软吉大的网络实验平台和无线传感器实验设备，可以保障网络基础类实验的开展。通过这类实验，可以加深学生对计算机网络理论知识的理解，提高运用理论知识解决实验问题的能力。提高型实验主要针对网络工程专业和物联网工程专业学生，在完成基础型实验项目后，教师指导学生利用已有知识，联系实际应用，设计层次更高难度更大的实验项目。旨在激励学生探究实验，培养其主动思考能力，提高型实验以综合性和设计性实验为主［3］。同时针对信息安全领域的前沿技术，联合企业，提炼出实验项目，面对学习兴趣浓厚且具有一定理论水平和实践能力的学生的选修课实验，可以根据网络实验条件和网络技术发展趋势，引导学生进行信息安全新技术的实验或设计、开发，重在培养学生在网络信息安全方面的实践技能。自主创新型实验主要针对学有余力的学生，在基本的实验技能基础上，自己思考实验的多样性，提出对某一个问题的解决方案，充分利用网络工程实验室内的硬软件设备，进行学生自拟的大学生创新实验计划、创新创业计划项目以及参与教师的科研课题，提高学生的自主创新能力和协作精神［5］。在实际授课过程中，采用“交互讨论式教学法、开放式自主实践教学法、项目驱动教学法、案例驱动教学法、问题驱动教学法、任务驱动教学法、网络辅导方法、课外科技活动指导方法、双语教学法、参与教师科研项目方法”等多样化的教学方法，努力提高实验教学质量。例如，在基础实验阶段，主要采取现场授课与指导方法；对掌握了初步实验方法的学生，在设计性、创新性实验中进行只指导不讲授或开放式自主实践方法；在综合实验中采用互动讨论的方法；工程训练、毕业设计及课外实践活动中，采用课外指导方法；目标驱动法则可充满各类实验项目之中。实验教师充分调动起学生的积极性，大力提高他们的分析问题、解决问题的能力，并注重培养他们的创新思维和团队协作能力。5实施结果分层次实验教学的探索，促进了教师的观念转变，密切了师生关系，教师更加热爱学生，更加兢兢业业，促进了教学科研工作，激励了教师自身提高。采用分层实验体系，使不同层次学生都得到很好的实践锻炼，增强了学生的积极性、主动性，落后学生的学习目的、态度、思想、观念都发生了深刻的变化，学生成绩有明显的提高，同时，通过分层次教学，也培养了一批优秀学生。从而满足了不同类别学生的实验需要，一定程度上实现因材施教，为学生以后就业和升学打下良好的实践基础。参考文献［1］洪飞.计算机网络实验教学模式的探索和实践［J］.计算机教育.2009（9）：45-47［2］周丽雅.多层次的计算机网络实验体系研究与设计［J］.计算机教育.2010（7）：124-126［3］丁美荣.计算机网络实验中基于模块的分层次教学研究［J］福建电脑.2010（5）：25-26［4］傅务谨.高校计算机网络实验层次化教学体系研究［J］.襄樊职业技术学院学报.2011（1）：102-104［5］彭娟,戴华林.高校计算机网络实验改革探讨［J］.中国民航飞行学院学报.2011，22（3）：73-75项目资助：浙江工业大学2014年实验教学改革项目作者简介：秦娥(1978.6--)，女，汉族，河南南阳，浙江工业大学计算机学院，讲师，硕士研究生，研究方向：计算机网络实验教学。通讯地址：浙江省杭州市西湖区留和路288号浙江工业大学计算机学院，邮编：310023。联系电话：[phone]