張萬禮，路紅梅，宋啟祥，房愛東，楊小瑩

宿州學院信息工程學院，安徽宿州,234000

基于工程教育的計算機網(wǎng)絡實驗教學研究

張萬禮，路紅梅，宋啟祥，房愛東，楊小瑩

宿州學院信息工程學院，安徽宿州,234000

針對我國應用型高校計算機網(wǎng)絡實驗教學存在的問題，研究了如何進行基于工程教育模式的計算機網(wǎng)絡實驗教學。首先通過構建一體化的實驗教學體系，在校內(nèi)實施單元實驗、綜合實驗和課程設計，在校企合作基地進行實踐，解決理論與實踐環(huán)節(jié)的孤立化問題；然后結合當代工程應用的實際，制定符合要求的創(chuàng)新型實驗內(nèi)容，使學生能夠適應當代工程實踐工作的需要；采用真實實驗為主、虛擬實驗為輔的實驗平臺，為學生提供更廣闊的實驗空間；最后通過成立開放實驗室和科技活動小組，實現(xiàn)分組實驗、基本實驗和自主實驗結合以及撰寫課程論幾種方式激發(fā)學生的創(chuàng)新能力。

計算機網(wǎng)絡實驗；工程教育；教學體系；虛擬實驗平臺

工程教育目的是把學生培養(yǎng)成為滿足社會需要的工程人才[1]，著力培養(yǎng)學生的工程意識、加強工程訓練和提高工程實踐能力，以滿足工作崗位的要求。在我國本科院校計算機網(wǎng)絡實驗教學中，缺乏對學生工程能力的培養(yǎng)[2-3]。因此，課程體系教學與產(chǎn)業(yè)需求聯(lián)系不緊密，教學實踐有悖工程化原則[4]。

國內(nèi)學者對計算機網(wǎng)絡實驗進行了大量的研究。林元乖提出建立立體化的實驗教學體系和創(chuàng)新型的實驗環(huán)境[5]；杜興勇等提出對不同層次的學生采用不同的實驗內(nèi)容和實驗手段進行教學，以克服傳統(tǒng)計算機網(wǎng)絡實驗教學存在的不足[6]；王盛邦等提出面向應用的綜合案例型實驗平臺[7]。這些研究均未將工程教育思想貫穿到計算機網(wǎng)絡實驗教學中，針對此問題，本文提出基于工程教育的計算機網(wǎng)絡實驗教學，以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新和工程實踐能力。

1 創(chuàng)建一體化實驗教學體系，實現(xiàn)教學體系的工程化

以“工程教育”為背景的人才培養(yǎng)方案要求將工程意識和工程技術能力培養(yǎng)貫穿整個培養(yǎng)過程，使學生掌握基礎理論知識，提高工程意識和工程實踐能力。而目前理論與實踐環(huán)節(jié)孤立化，針對這一局面，建立“一體化”實踐教學體系，如圖1所示。

在校內(nèi)實施第一階段，即教學過程中實施的單元實驗以及綜合實驗，課程結束以課程設計方式進行考核，然后進入第二階段——基地實踐階段，將學生送入校企合作企業(yè)，學生把理論與企業(yè)的生產(chǎn)實際相結合，將所學內(nèi)容真正用到實踐中。本階段需要學生到企業(yè)進行實踐，充分發(fā)揮校外實訓基地的作用，在企業(yè)工程師的指導下參與真實項目的開發(fā)。在真實環(huán)境中，培養(yǎng)學生的綜合應用能力和職業(yè)素質(zhì)，讓其盡快成長為社會所需要的工程應用人才。這一教學過程，學生真正將所學知識運用到實際中，達到工程化教育的目的。第三個階段，將所學內(nèi)容用到畢業(yè)設計中，綜合各項知識，結合基地實踐，進行畢業(yè)設計。 新教學體系實現(xiàn)了單元實驗、綜合實驗、基地實踐以及畢業(yè)設計的一體化，有效解決了實踐環(huán)節(jié)孤立化的問題，提高了學生的工程實踐能力。

2 創(chuàng)新改革實驗內(nèi)容，實現(xiàn)教學內(nèi)容的工程化

創(chuàng)新教學內(nèi)容，讓其貼近當代工程應用的實際。根據(jù)實驗教學大綱要求以及已有的實驗條件，創(chuàng)新可行性的教學內(nèi)容。設置必做與選做兩類實驗項目，將理論知識與實驗操作結合起來，實現(xiàn)實驗教學內(nèi)容的靈活性、多層次性和科學化，使學生畢業(yè)后能夠適應當代工程實踐工作的需要。

計算機網(wǎng)絡實驗主要是讓學生通過實際的動手操作，深化對理論知識的理解，培養(yǎng)學生的科學思維方式，提高動手能力和創(chuàng)新能力。在多年的教學中，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的實驗項目側重硬件的學習與鍛煉。創(chuàng)新型實驗融入系統(tǒng)的工程教育理念，相對一般實驗來說，具有更高的挑戰(zhàn)性。創(chuàng)新型實驗能夠很好地調(diào)動學生學習的自主性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)能力，實現(xiàn)工程化教育對學生創(chuàng)新能力的要求。

表1 實驗項目

本文將實驗內(nèi)容分為設計型、驗證型、綜合型和創(chuàng)新型。設計型實驗包括路由器、交換機等網(wǎng)絡設備的配置：廣域網(wǎng)以及無線網(wǎng)絡等屬于驗證型；局域網(wǎng)等屬于能力提高型實驗，將其歸化為綜合型實驗；因特網(wǎng)模擬實驗等屬于創(chuàng)新型，如表1所示。設計型和創(chuàng)新型有利于素質(zhì)的培養(yǎng)。因此，在設計型和綜合型的基礎上，鼓勵創(chuàng)新型實驗，充分發(fā)揮學生的創(chuàng)造性。實驗類型的個性化，能夠提高實驗教學的吸引力。

3 創(chuàng)新改進實驗平臺

遵循以真實實驗為主、虛擬實驗為輔的原則，開發(fā)利用虛擬實驗室，結合各自的優(yōu)勢，改進實驗教學，使學生在實際、科研和創(chuàng)新方面的能力得到有效提高，有助于案例教學、工程項目化教學等“工程化”教學方式的開展。

虛擬實驗室的體系結構采用B/S (瀏覽器/服務器)模式，如圖2所示。安裝一個客戶端瀏覽器，通過圖形用戶界面輸入客戶的信息要求，提交給服務器或在客戶本地處理，實現(xiàn)虛擬實驗，本地瀏覽器上運行虛擬實驗室軟件系統(tǒng)，利用其驗證實驗結果。聊天客戶端軟件：向服務器發(fā)出連接請求，請求成功后，發(fā)送數(shù)據(jù)信息到服務器進行處理，處理結果傳給已連接的客戶端。服務器端：具有控制、用戶管理和通訊接口等功能，客戶瀏覽器被用戶訪問，是網(wǎng)絡虛擬實驗室的核心。聊天服務器為每個連接請求成功的用戶創(chuàng)建一個線程，在關閉連接之前，一直由其負責客戶的通信工作。后臺數(shù)據(jù)庫：存儲實驗內(nèi)容、結果、虛擬儀器等模擬信息以及用戶信息，由虛擬實驗平臺調(diào)用，供教師檢查。

圖2 計算機網(wǎng)絡虛擬實驗圖

如圖3所示，真實環(huán)境和虛擬環(huán)境相結合的實驗平臺，體現(xiàn)了實驗操作的交互性和系統(tǒng)的開放性。

學生可以到虛擬實驗中尋找在真實實驗中遇到問題的答案，用虛擬實驗中的經(jīng)驗解決真實實驗的問題，然后再進行真實實驗。學生可在兩種實驗平臺之間，根據(jù)實際情況隨意穿梭。虛實結合的實驗平臺相輔相承，相互促進，為學生提供了更廣闊的實驗空間。學生從實驗設計到完成，都是自主的。教師只起輔助作用，負責指導、答疑、監(jiān)控和評價學生。

4 激發(fā)學生創(chuàng)新能力

成立開放實驗室和科技活動小組，讓學生自主地開展實驗，切實培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識，使實驗室真正成為滿足不同層次教學需要、面向?qū)W生開放的計算機網(wǎng)絡技術實驗基地和人才培養(yǎng)基地，從而達到培養(yǎng)學生的實踐能力、創(chuàng)新能力和就業(yè)創(chuàng)業(yè)能力，進而達到工程化教育的目的。

實行分組實驗，增強合作能力。計算機網(wǎng)絡的部分實驗不是一個人能夠單獨完成的[8]，在實際教學中，讓學生自主分組共同完成同一個實驗項目，在實驗過程中，學生不僅僅掌握了知識，更重要的是鍛煉了他們的團隊精神和協(xié)調(diào)能力。

基本實驗和自主實驗結合，教學中不局限于給學生提供要掌握的實驗，同時還可以給學有余力的學生一些自主學習項目，鍛煉學生自主學習的能力。撰寫課程論文，掌握發(fā)展動態(tài)。在實驗課程結束時，給學生布置關于了解計算機網(wǎng)絡一項新技術的論文，并談談自己對于本課程的認識。教學實踐證明，論文的撰寫不僅能夠加深學生對課程的認識，同時還能培養(yǎng)學生適應未來工作需要的能力和素質(zhì)。

5 結束語

為了提高應用型高校網(wǎng)絡實驗教學的質(zhì)量，實現(xiàn)工程化思想，急需對實驗教學體系和教學內(nèi)容進行改革。根據(jù)創(chuàng)新性實驗教學理念，構建一體化的教學體系，制定符合實際的創(chuàng)新型實驗內(nèi)容，采用虛擬環(huán)境和真實環(huán)境相結合的實驗平臺，能夠有效提高學生的創(chuàng)新能力，從而使網(wǎng)絡實驗教學效果得到了很大的提高。有效培養(yǎng)了學生的技能、創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力以及學生的綜合素質(zhì)，體現(xiàn)了應用型高校工程化教育的辦學思想。

[1]溫濤.基于TOPCARES-CDIO的一體化人才培養(yǎng)模式探索與實踐[J].計算機教育，2010,8(11):23-29

[2]張川,楊潤萍,周宗鋼.獨立學院計算機網(wǎng)絡課程教學模式改革與探討[J].計算機時代,2012(8):48-52

[3]朱曉靜,林元乖.基于多維互動模式的計算機網(wǎng)絡實驗教學改革與實踐[J].中國科技信息,2012(24):105-108

[4]柳嬋娟.計算機網(wǎng)絡實驗教學模式的改革[J].計算機教育,2010(13):123-136

[5]林元乖.創(chuàng)新型計算機網(wǎng)絡實驗教學研究[J].實驗技術與管理,2010,27(12):174-177

[6]杜興勇,劉海東.創(chuàng)新計算機網(wǎng)絡實驗教學與實驗平臺的改革探索[J].中國成人教育,2009(16):149-152

[7]王盛邦.基于網(wǎng)絡技術的計算機網(wǎng)絡實驗課程體系[J].實驗室研究與探索,2010,29(4):49-51

[8]王培俊.建設虛擬設計與制造創(chuàng)新性實驗平臺多層次培養(yǎng)創(chuàng)新能力[J].實驗技術與管理,2010,27(3):100-102

2013-08-16

安徽省高等學校省級教學研究項目“以應用能力培養(yǎng)為導向的計算機專業(yè)實踐教學方法研究”(2008jxm518)；宿州學院教學研究項目“應用型高校計算機網(wǎng)絡實驗創(chuàng)新教學研究”(szxyjyxm201111)；安徽省高等學校省級教學研究項目“地方本科高?！吭接媱潯虒W質(zhì)量保障體系的構建”(2012jyxm540)；安徽省教育廳質(zhì)量工程項目“注重CAD能力培養(yǎng)的化工專業(yè)實踐教學研究”(20101077)；宿州學院教學研究項目“操作系統(tǒng)雙語教學的研究”(SZXYJYXM20110)；安徽省高等學校省級教學研究項目“CAD應用能力培養(yǎng)”(20101077)。

張萬禮(1977-)，安徽宿州人，碩士，講師，主要研究方向：計算機網(wǎng)絡，物聯(lián)網(wǎng)。

10.3969/j.issn.1673-2006.2014.01.034

G642.0

A

1673-2006(2014)01-0118-03

(責任編輯劉小陽)