计算机课程建议(6篇)
时间:2024-03-18
时间:2024-03-18
1虚拟仿真实验室的构建
计算机网络教学在高等院校的计算机课程中占有重要地位,但是在高校的授课过程中,普遍存在着重理论、轻实践的倾向。针对目前计算机网络实验教学中出现的实验教学内容不系统、实验硬件设备缺乏等问题,结合学院实验室自身情况,构建了基于虚拟仿真技术的计算机网络实验室。实验室的构建内容包括虚拟仿真实验室软硬件建设、虚拟仿真教学资源的建设和虚拟仿真实验教学共享平台的建设3个部分。基于虚拟仿真技术的计算机网络实验室结合高校教育的实际情况,将网络方面的理论知识通过软件模拟来实现,让学生在实践的过程中更深入地掌握网络方面的基础理论知识,使学生能清楚地理解和掌握网络的内部结构和协议,通过编辑各种协议的数据包深入学习计算机网络的内部原理。
1.1虚拟仿真实验室软硬件建设学院计算机网络实验室与吉林中软吉大信息技术有限公司合作,将网络协议仿真教学系统引入到计算机网络实验教学当中,为计算机网络实验教学提供了新的教学方法和手段。虚拟仿真实验室硬件部分由主控中心平台、智能网络设备和组控设备构成,用于搭建实验所需的网络环境,可以灵活实现多种网络拓扑结构,设备硬件连接图如图1所示。主控中心平台是本系统的硬件核心,由专用高性能服务器和中心设备构成,为实验环境提供各种系统服务,保障网络数据流量,确保实验结构完整和实验用户数的有效扩展,为计算机网络实验提供FTP、DNS、DHCP等服务、实验室管理服务。智能网络设备用于构建网络硬件结构,提供网络拓扑结构的自动化管理。通过按动智能网络设备上的“Topology”按钮,就可以在所有网络拓扑结构中循环切换,从而有效避免更改网络结构时频繁插拔网线的问题,同时通过集联控制按钮“Team”设置智能网络设备的集联控制模式,可以实现对实验室内所有实验组网络结构的一键式切换。组控设备是系统专用硬件。每个组控设备由6个共享模块构成,配合智能网络设备实现多种网络结构;具有数据采集、动态缓冲区分配、均衡网络负载等功能。每台组控设备连接6台学生实验机器,其角色分别定义为A、B、C、D、E、F。根据实验不同,每个角色有不同的分工。目前该系统支持5种网络拓扑结构图,根据实验项目内容的不同,切换到不同的网络拓扑结构图,例如网络结构一效果图如图2所示。虚拟仿真实验室软件部分由协议仿真编辑器、协议分析器和其它工具软件构成。仿真编辑器可以模拟TCP/IP协议族中多种协议的数据包;协议分析器可以捕获仿真编辑器发送的数据包,以及网络上传输的数据包,并将常用协议的通讯过程以会话图解的形式直观展示出来;工具软件包括UDP工具、组播工具等辅助教学的专用软件。目前,实验室的网络协议仿真教学系统拥有7组组控设备,每组6台机器,可以同时容纳42名学生进行仿真实验,每组同学需要相互协作进行实验,加强了学生之间的学习交流能力,充分锻炼了学生团队协作的能力。网络协议仿真教学系统作为一门独立的课程体系,以实验为主,强调学生的主动性和设计能力,能够拓宽学生的思路,达到真正的教学互动。同时利用BosonNetSimforCCNP和思科模拟器CiscoPacketTracer仿真实验教学软件,可以模拟搭建局域网和广域网运行环境,在仿真软件中进行模拟网络实验。另外,虚拟仿真实验室前期购买了多台Cisco交换机、Cisco路由器、网络防火墙和多路模拟电话交换机等网络设备,能够模拟局域网和广域网的运行环境,用于学生在开放性实验项目中使用。
1.2虚拟仿真教学资源的建设计算机网络是综合性很强的学科,既有硬件实验又有软件实验,两者密切结合,不可分割,先实物再理论后应用的教学模式,更有利于学生的理解。教学资源的建设应该加强实验教学环节的力度,深入理解课程核心知识内容,认真选择实验内容,制定详细的实验计划,选择数据链路层、网络层、传输层和应用层等重点教学内容来设计实验的内容。把实验分为操作性、设计性、分析性和创新性等类型,着力构建“厚基础、重应用”的人才培养模式。通过对理论课程教学知识体系结构的分析,结合学院计算机网络实验室自身软硬件条件,对计算机专业计算机网络课程实验大纲进行了修订,部分实验项目内容进行了更新,有选择地加入了CCNA课程实验项目和网络协议仿真教学系统的实验项目,实验项目的设置如表1所示。各实验项目设置及内容说明如下:实验1:带领学生参观网络实验室,建立起计算机网络初步的概念,了解该网络由哪些硬件设备构成(设备名称、功能、主要技术指标);掌握局域网中电缆线的作用及使用双绞线作为传输介质实现以太网连接的方法。学会制作2种类型的RJ-45接头。掌握在Windows系统中进行网络配置及在Windows系统中进行TCP/IP协议配置。熟悉使用ping、ipconfig、tracert等命令工具来进行测试。实验2:学生在网络协议仿真教学系统环中进行仿真实验,通过实验使学生理解以太网MAC帧格式的2种标准,掌握以太网的报文格式、MAC地址的作用、MAC广播地址的作用、掌握LLC帧报文格式和仿真编辑器和协议分析器的使用方法。实验3:学生通过虚拟仿真软件自行设计并模拟搭建局域网运行环境,掌握局域网中交换机的基本配置方法,能够对交换机进行VLAN(虚拟局域网)的划分。使学生能够掌握局域网运行特点及搭建过程,掌握交换机VLAN的作用和划分方法。实验4:学生在网络协议仿真教学系统环境中进行仿真实验,通过实验使学生掌握ARP协议的报文格式和工作原理,理解ARP高速缓存的作用和缓存表的维护过程。实验5:学生在网络协议仿真教学系统环境中进行仿真实验,通过实验使学生理解特殊IP地址的含义和IP分片过程;掌握IP数据报的报文格式、IP校验和计算方法、子网掩码和路由转发。实验6:学生通过虚拟仿真软件自行设计并模拟搭建广域网运行环境,掌握广域网运行特点、路由器的配置方法、路由选择协议的工作原理和设置方法,使学生综合学习路由器操作系统IOS操作、路由选择协议、路由配置方法、子网划分、超网构造、网络诊断及路由器操作命令等知识。实验7:学生在网络协议仿真教学系统环境中进行仿真实验,通过实验使学生掌握TCP协议的报文格式、TCP连接的建立和释放过程、TCP数据传输中编号与确认的过程、TCP协议校验和的计算方法、理解TCP重传机制的工作原理。实验8:理解Socket的基本概念和原理,掌握Socket的建立、监听、连接、发送和接收数据。实验综合了高级语言程序设计、点对点通信协议、运输层相关原理及Socket编程思想、方法等知识。学生在实验教学环节后,需进行计划内课程设计环节。课程设计教学是在学完计算机网络课程之后综合利用所学知识,完成一个具有一定难度的综合设计题目。通过课程设计训练,培养和锻炼学生的分析问题能力、软件总体结构设计能力、用户界面的设计能力、程序设计的基本技能和技巧。在计划内的实验教学任务外,学生还可以选做实验室提供的开放性实验项目。之前在BonsonNetSim和CiscoPacketTracer虚拟仿真软件环境中进行的实验,可以用交换机、路由器等硬件设备搭建网络实验环境进行真实实验,进一步加强实践操作技能。同时,网络协议仿真教学系统中除了实验教学环节中开设的计划实验项目外,还提供了应用层协议、网络攻防、网络故障分析和网络应用程序设计等方面的开放性实验项目,从全方位、多角度对学生计算机网络知识技能进行训练,将理论与实践相结合,大大提高了学生的学习兴趣,锻炼了学生独立思考、分析问题和解决问题的能力。通过多层次,全方位的计算机网络基础和工程训练,学生可以更好的学习和掌握计算机网络的内部原理,实践教学课程体系层次结构如图3所示。
1.3虚拟仿真实验教学共享平台建设虚拟仿真实验教学共享平台依托于网络协议仿真教学系统,平台包括计算机网络管理信息系统和计算机网络实验教学平台两部分。管理信息系统安装于主控中心平台,教师通过教师机以Web页面形式访问管理信息系统,能够辅助教师更好的进行实验教学管理。通过该系统,教师可以进行实验报告管理、实验结构管理、实验信息管理、实验方案管理、实验设备管理和实验公告信息管理。实验教学平台安装于学生客户端,学生上机时可以将教师在管理信息系统中安排的实验教学内容和实验公告等信息同步下载到学生客户端,能够辅助学生进行实验,提供实验操作环境的软支撑。该平台是指导学生实验的教学平台,辅助教师授课,并将实验过程中所需要的各种辅助工具、实验知识点讲解、实验过程指南、实验思考问题等内容集成在平台中,为学习者提供便捷的实验环境,从而提高学习效率。
2网络实验室对理论教学的影响
实验教学与理论教学是平行而又相互协调、相辅相成的,具有相等重要地位,是培养学生分析问题和解决问题的能力基础。实验课程是理论课程的延伸,对于培养学生综合运用所学知识、解决实际问题、加深对网络理论知识的理解和应用起着非常重要的作用。新建设的虚拟仿真网络实验室有先进的实验设备、完善的实验教学大纲、完整的实验内容教学体系,对计算机网络课程理论教学有较大影响。1)虚拟仿真网络实验室给网络课程提供了实验操作的物质基础,实验教学方式促进了学生对理论知识的理解。计算机网络课程跟其他专业的课程有所不同,它需要系统掌握一套理论,然后进行实践验证和思考,如果只讲理论,没有配套的实验课程,教学效果会不理想。2)虚拟仿真网络实验室的建设可以提高教师教学水平。当代社会电子产品淘汰非常快,包括计算机网络实验设备,但理论基础却长期不变。如果没有实验室,教师也只能一再重复教学理论,不了解最新设备特点,知识不能及时更新,教师能力成长速度缓慢。3)实验室的建设有利于提升学校科研能力。计算机网络的科学研究很多都是在理论创新的基础上进行实验验证,没有实验室就无法验证,理论创新就无说服力,科研能力就得不到提高。由于现代社会对人才的需求越来越高,不但要求学生具备一定的知识,更要求学生具备一定的能力。需要把理论教学转换为实际动手能力,只有在不断的实验中尝试、摸索、更正后才能具备敏锐的观察力和敏捷的判断能力。
3结束语
1中职计算机应用基础教学中出现的问题
最近几十年中,随着我国对于高中招生的不断的扩大,这也就造成了我国中职类的学校招生质量在逐渐的下降,这样就造成了在中职学校的学生的基础都比较差,同时接受新知识也比较的困难。通过多年在中职类院校进行教书的经验以及对于中职类学校的电脑的理论知识的授课的调查了解到,现在中职类的电脑的理论知识在讲授进程中存在着需要了解的事项。比如:在信息技术变化很快的情况下,课本的理论变化的特别快,这就导致了在教学过程中的课时不足以及教师们的理论变化也都赶不上社会的要求了等。
1.1教材的不断更新导致课时不足
现阶段,计算机的知识更新速度非常的快,因此在教学的过程中尤其是针对基础比较薄弱的中职类院校的学生,必须让他们在了解了以前的旧知识对计算机的基础有了一个相对明确的概念之后才可以进行新知识的讲授。这样就会造成课时明显的不够用。在中职类学校中普遍采取的电脑理论知识的教材中主要包括很多的内容,这在课程的设置上就需要很长的时间。然而在实际的教学过程中对于计算机的基础知识进行介绍的时候就会造成学生们很难掌握进度也比较的慢。这样在整个教学过程中就会感到学生们接受新知识比较的慢,对于学到的知识也都难以记住,就会给我们造成很大的教学压力,感觉知识都讲不完。
1.2学生层次差别大,影响教学效果
通过前面的介绍了解到,现在的中职类的院校中的学生质量比以前下降了很多,并且他们的基础也都比较的差,对于新知识的掌握和理解都比较的慢,这也就给我们教师们进行教学造成了很大的困难和压力。在城市中的孩子很小的时候可能就接触到了计算机并且对于计算机的应用也都有了很好的基础,对于最基本的计算机知识也都能够熟练的应用,然而对于农村的孩子而言,根本没有基础计算机的机会,或者是在初中的时候学校为了升学率而减少了对于计算机的课时。这类学生在学习的过程中就会很吃力。这就会造成学生们的基础特别的悬殊。我们在讲课的过程中不能够照顾到所有的人。已经学会了的人都觉得教师们讲的太简单,而还没有掌握这些知识的人根本更不上教师的节奏。这样就会造成教学的效果特别的不好。
1.3计算机发展迅速,教师跟不上节奏
现阶段,我国的科学技术水平进步很快。计算机的更新换代的速度也很快。然而与计算机行业以及计算机知识更新的速度相比,中职类的学校中从事计算机应用基础的教学的老师的专业知识更新的速度是十分的缓慢了。尤其是相对于年龄较大的老师而言,他们对于新知识的接受也比较的慢了。而且对于中职类院校的我们而言,也很难在同一个时间都开始学习。这就造成了在电脑理论知识的授课过程中有要解决的困难。
2中职计算机应用基础教学中相关问题的对策
2.1运用网络教学平台解决课时不足
在世界科学情况的不断进步和网络的普及程度很高的今天。我们在进行授课的过程中或者业余时间应该很好的借助他们开展授课的过程。可以让大家借助这个平台进行自学,这样有利于间接的增加学习的时间。同时,教师们还可以借用这个平台来面对大家平时不会的问题,并集中时间来讲授这些知识,鼓励他们进行自主的学习。在这种情况下,我们能够及时的了解大家的最基本的情况,也能够有效的减少平时上课时间不够的情况。
2.2针对学生差别,实行因材施教战略
在中职类的学校中,学生们关于计算机应用基础的掌握情况都不一样,这也给教师们在教学的过程中带来了很大的压力和困难。也正是这种实际的情况也造成了课堂的教学效果不是很好。在这种情况下,我们必须采取不一样的方式进行授课,同时在大家基础知识不同的情况下,也必须采取不一样的方式授课。在开始上课的时候能够对大家的基础情况进行模拟并针对成绩进行分班,这就会在授课的时候更有针对性。同时还应该利用网络,给不同基础的人布置不同的作业,老师也可以提供在线的解答等,这样不仅能够帮助他们较好的理解知识还可以增加他们进行新知识了解的热情。
2.3全面提升教师能力,提高教学水平
老师们的知识结构和讲课的能力对于大家理解知识的程度有很大的关系。可以凭借一定的集体学习的对一线的相关教师开始集中的帮助。在这个培训的时候不仅要转变教师们以前讲课的各种观点。帮助她们树立新的教学理念。同时还要对教师们的知识体系进行更新。而且在中职类的学校中要注意对于所有教师的培训,使得他们都可以很好的提高自己的授课能力。
计算机技术在生活之中应用越来越广泛,已经成为了高校教学的热门专业之一,而计算机网络协议教学又是计算机网络课程的重点、难点内容。为了进一步让学生们了解网络模型以及网络协议之间的关系,熟悉各个协议之间的作用,总结出相关协议分析工具和教学平台优势。文章基于TCP/IP网络模型作为研究基础,研究计算机网络协议教学实验设计与实现相关问题,以期提升教学质量和效果。
[关键词]
TCP/IP;计算机网络协议;教学实验;设计;实现
计算机技术已经成为了人们日常生活中非常重要的一门生活技能,这都缘于计算机技术的普及和教育的重视。计算机网络协议教学作为信息安全、网络教育的重要先导课程,其在高校专业课程教学中占据着非常重要的地位。计算机网络课程实验中计算机网络协议一直是课程教学的难点和重点[1]。因为网络协议作为一种抽象虚拟的知识,课堂教学中难以做到形象生动教育,学生更是难以从根本上理解计算机网络协议和计算机网络模型。
一、计算机网络协议教学概述
计算机网络实验课程教学中,很多学校采用专业网络分析软件进行数据分析,但是由于网络系统功能非常复杂,实验教学的效果并不理想。专业的网络软件分析虽然被广泛用于日常实验教学中,但是由于软件分析不是实验教学目的,而是对计算机网络开展实时监听和分析,致使获取的数据比较复杂,必须要具备专业分析能力才能够做出数据判断。计算机网络协议教学实验的时候,其主要的教学目标是采用实验方式来印证课堂理论,使得学生对计算机网络协议模型有更深层次的认识。即包含了监理会话、终止会话、建立窗口、协议格式、流量控制等网络操作。根据计算机网络实验的目标进行定位,实现以TCP/IP作为模型,研究计算机网络协议实验教学方法。对于教学项目中获取的数据,通过专用的网络软件进行分析,利用计算机专业知识进行网络实验教学和数据采集[1]。
二、计算机网络教学相关研究
计算机网络课堂教学中,实验作为网络课堂教学的重要组成部分,教学包含三个方面:1.协议分析类实验;2.硬件配置类实验;3.网络安全类实验等几个方面。硬件配置类教学包含了综合布线和设备配置实验等方面,硬件配置类实验为软件教学、计算机网络协议教学提供基础设施。网络安全类教学主要包含了典型的网络协议和功能、路由器访问以及列表控制等方面教学。不同学校开展网络课程设置也存在着差异,根据自身学校的条件以及学校的专业设置情况决定课程内容[2]。计算机网络课堂教学的时候常会借助一些第三方工具:
1.虚拟实验系统,如OPNET和NS2等系统具备网络拓扑仿真功能、网络通信以及网络协议仿真功能。
2.网络协议分析工具,如Nextray、Sniffer、Iris等工具具备扑捉数据包,并对数据进行分析,进而实现对网络协议、封装以及抽象概念讲解与教学。
3.实验教学平台。实验教学平台主要是为计算机网络课程的教学开发而设计,而实验平台又分为具有网络硬件设备的平台和Web虚拟系统网络实验平台。教学手段常常借助上述三种工具,使用网络协议分析办法对网络通信展开实时分析,但是缺点则是由于分析功能复杂造成学生的学习困难,尤其对于专用的教学系统需要以实验教学为基础。虽然很多网络教学课堂设置都是从教学角度出发,但是还需要专用的网络设备和软件体系支持。通过设计一组基于TCP/IP模型的实验项目,以网页做模型架构基础可以有效避免协议工具的复杂性和专用性限制,进而设计出符合计算机网络实验教学条件的模型。
三、计算机网络模型以及网络协议
计算机网络作为网络通信的基础理论,分为对网络通信进程进行功能界定和划分,计算机网络协议课程的组织和设置均以网络模型的分层结构组织作为基础。计算机网络模型主要有OSI模型和TCP/IP模型两种[3]:
(一)OSI模型与网络分层
OSI作为网络模型的基础模型,它分为七层,自上而下分别为:应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层等几个层次。网络模型中每个层次功能均由相应的网络协议完成,OSI参考模型的时候也必须公布一系列的协议,但是这些协议无很好的发展空间。实际计算机网络协议教学过程中,使用TCP/IP作为最广泛的网络教学模型,其在实际应用中相当多。
(二)TCP/IP模型和网络协议
OSI模型中对于每个层次的功能都有定义,但是没有网络协议支撑,因此OSI模型结构在实际工作中并无应用。随着目前计算机网络技术的发展,互联网很多都是采用TCP/IP协议模型作为基本的试验教学模型。TCP/IP模型将网络分为四个层次:应用层、传输层、接入层、网络层等几个层次。TC/IP协议模型层次与OSI模型层次之间相互对应,应用层对应OSI模型层次5~7层,网络层则对应OSI模型的传输层。TCP/IP模型各个层次的协议如图1所示,TCP/IP模型中对于每一层的TCP/IP协议族定义了相应的协议,并以此来实现该层次的网络功能[4]。
四、基于TCP/IP网络协议模型的实现
(一)应用层HTTP协议与软件通信实验
计算机之间实现通信其实质就是两个系统程序之间完成通信,因此从程序的角度来讲可以将系统程序分为有通信功能程序和无通信功能程序两个方面。如Word处理器只能在本地运行,不存在网络通信功能;IE浏览器、MSN以及QQ等具有通信功能,这些均属于网络通信软件。TCP/IP协议中应用层主要在应用软件之中,需要生成要传递的数据,根据数据通信原理可知每个层的功能都由网络协议实现。利用Web浏览器搭建实验教学平台,用户必须向浏览器发送URL,然后Web根据用户命令将页面信息传输到客户端。整个过程经历了网络连接、终止、网络寻址、域名解析等几个具体流程[5]。
(二)传输控制以及传输层TCP协议实验
在TCP/IP模型之中,传输控制协议主要负责建立链接和终止链接、流量控制、可靠的传输层协议。应用程序试图进行通信的时候,必须要请求TCP建立起通信,用于收发信息数据以及最后连接关闭等。TCP收到应用层的请求之后建立起连接,然后将应用层的协议数据进行分段和封装,进而得到TCP传输段,再传输给下一个层次。
(三)网络IP协议和网络寻址
网络通信的时候,TCP连接全部都是双工通信,并且在TCP段保证了通信双方可以对彼此数据有一定了解,使得数据接收方可以对其进行精确封装和流量控制。TCP数据段调用IP协议并将其封装成为IP包,IP包包含了源主机和目标主机的IP。当IP包经过路由器时,路由器根据目标地址IP将数据包从一个网络交换到另外一个网络,并最终抵达目的网络[6,7]。
(四)数据传输和接入层协议
当数据完成封装之后,确保数据从源主机抵达目的网络,局域网之中数据的收发应通过MAC地址来进行数据标识。数据收发之前必须对其进行封装,然后再将其封装成为数据帧,然后根据不同的数据帧封装包装上源主机MAC和目的地址以及常用通信MAC地址。值得注意的是若目的MAC地址不在本地MAC地址列表上,应发送ARP广播来获取目的主机的MAC地址。若数据传输的时候需要获取目标地址的MAC地址,则分为两种情况:
1.源主机地址和目的主机地址在同一网络段,那么目的主机则可以接收到源主机的ARP广播,并且在广播中返回到MAC之中。
2.若目的主机和源主机不在同一网络,那么此时的目标主机将会无法收取源主机发出的ARP广播,同时也不能够返回MAC地址。此时源主机的网关将会应答主机发出的ARP广播,并返回MAC地址,最终实现链路层封装,进而将数据从源主机发到网关,然后通过网关的数据包进行封装,最后根据数据封装包中的目的IP从一个网络转发到另外一个网络。计算机已经逐渐深入到人们的日常生活之中,计算机网络课程逐渐成为学校课堂教学的重要组成部分。计算机网络技术是网络协议的核心,协议模型在教学过程中显得非常抽象,而网络协议教学往往属于学生们的学习难点问题。基于TCP/IP模型的计算机网络实验教学的时候将网络协议清楚直白地表示出来成为了课堂教学的难点问题。本文针对网络专业化进行分析,结合计算机网络实验教学需求实现了计算机协议教学实验设计探讨,为开展网络教学提供借鉴。
作者:吴义三单位:咸宁职业技术学院
[参考文献]
[1]陈健,吴海军,徐煊.计算机网络协议分析与开发实验的一种新教学方法[J].计算机教育,2011(10):99-103.
[2]鲁丽,廖剑锋.计算机网络协议栈实验平台的设计与实现———基于MSP430[J].计算机教育,2015(10):70-73.
[3]尹向东,陈旭日,张新林.Sniffer环境下计算机网络体系协议实验课程设计与实现[J].科教导刊(中旬刊),2015(4):41-42.
[4]年梅,张兰芳.计算机网络实验教学的设计与思考———以DH-CP协议实验为例[J].中国教育信息化,2014(10):71-74.
[5]田园,惠煌,李明楚.网络安全协议仿真实验教学平台设计与应用[J].实验技术与管理,2013(11):166-168,171.
关键词:课程改革;软件专业;课程设置;实施建议
中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1009-3044(2016)28-0157-03
1引言
如今IT行业发展迅速,各部门需要大量的高职应用型软件人才,“IT蓝领”的人才招聘缺口极大。如图1所示的“金字塔”型是大多软件企业的人才组成结构。从结构分析可见不同人才在需求量上也存在差别,对于从事项目管理的项目主管及从事系统架构设计的系统分析师需求较少。软件产业的持续发展,软件产品更具有行业特色,这些工作需要大量的程序员来完成。软件企业所需求的程序员并不需要高深的理论知识及系统架构分析设计能力,而是要求具备软件的模块化设计能力,团队合作精神及优良的职业素养。所以,高职院校软件专业的培养目标就应包括面向岗位生产一线的应用型、实用型程序员。[1]软件人才紧缺制约着行业的发展,2016年7月初在前程无忧招聘网站中仅对部分热门城市搜索程序员的岗位14311条,其中PHP程序员3341条,.Net程序员1549条,Java程序员1282条。由此可见目前软件产业发展迅速而软件人才相对匮乏。作为担负着培养软件一线人才的高职教育,有必要考虑人才培养模式如何适应现有IT产业的需求,尤其是课程设置作一些探索与改革,培养适应生产一线的软件人才。
2软件开发专业教育现状分析
具有优良软件技术的应用型专业人才成为软件行业发展的主力军。面对这样的市场需求,国内各高职院校也积极响应,调整教学计划优化课程设置,但大部分院校的专业方向差别不大,培养目标不明确,仍然使用学科型的教学体系。[2]主要突出以下两点:其一提出以实训为中心,加大实训内容。然而其实践性环节,只是单纯录入课堂讲授的代码,作为一种验证手段,并没有得到启发性和创造性的效果。减少理论教学增加实训课时,学生的上机内容停留在课堂讲解的例题,没有实质的变化;其二,各课程设置没有综合考虑如何为培养目标服务及其所对应的岗位技能。各门课程都是强调知识的系统性和完整性,致使理论课时多于实训,甚至理论与实训相脱节。这样培养出来的学生没有明确的目标,是“通才”的培养方式。这也是导致目前大多数高职院校学生找不到工作,而软件行业人才短缺的一个原因。面对这样的困境部分院校已经意识到了,开始考虑自己的突破口。[3]如前几年出现的定制式培养模式,学生与就业单位签订委培协议,或者是高职院校根据软件企业的行业需求,修订教学计划,调整课程体系,将教学内容与岗位技能融合在一起。[4]现在这样的定制式培养其缺点也逐渐暴露出来,如课堂教学中专业课程的主要优势存在的不足,内容更新缓慢,知识技能局限性突出等。
3软件开发课程设置的原则
对软件开发专业课程的设置要充分考虑社会对人才规格的需求,经济与技术的发展状况及各地区经济发展情况。专业课程设置是专业培养方案的重要内容,研究目前软件行业的就业岗位,对其职业能力、综合能力及岗位能力进行抽象分析,明确专业课程体系的设计。在设计思路上突出技能培训、职业素养培训等各方面的要求。[5]可以按照以下原则:
3.1就业导向原则
专业课程的设置对应于行业的工作岗位或某一岗位群所必需的理论知识结构及专业技能。在确定专业岗位及岗位群时,可以聘请该行业的一线专家,企业人力资源负责人,本学科的专业负责人等组成专家委员会共同参与,开发指导教学计划。以职业岗位群工作内容为基础,对其知识结构、职业素养、综合能力及职业技能进行抽象分析,明确人才的培养目标,以此结果映射课程开发,设置教学内容。
3.2课程应用原则
课程内容紧随社会需求,突出课程的应用型、实用型。在高职应用型人才的培养方案中,以突出职业能力来设置课程。完成学生与就业岗位在职业技能方面的顺利接轨,是职业教育的主要目标。以“必需”和“够用”作为根本。
太实际了,而脱离原理性的内容,使学生只会简单地模仿,变通能力差。只是看到程序运行结果而不管过程,没有良好的算法基础。计算机是一个不断发展的学科,使学生失去了自学拓展的能力。实用性讲究避免大而全,如何分清和掌握“必需”和“够用”是以培养目标为标准。
3.3目标定位原则
以专业培养目标为宗旨,课程体系改革为主线,其中所涉及的课程,其教学目标应为培养目标而服务。由此可见,课程体系的设置是充实和实现目标体系。[6]在课程体系中课程内容的设置应相互衔接,适当增加与就业岗位相关的职业认证内容,使学生在大学毕业时同时取得学历证书和职业资格证书。
4软件专业课程设置的实施
4.1目标明确,与时俱进
关键词:计算机网络;网络课程体系;实践教学;教学方法
目前多数高校中,实验室建设大都沿用与课程绑定的实验内容,各课程以渐进方式进行教学实验,这样的实验环境难以满足学生对应用体系的构建和实验,实验室建设难以呈现规模性效应[1-2]。针对这种情况,很多高校在实验室建设改革中提出了“课程群”和“专业知识体系”建设模式,取得了良好的效果。但计算机网络类课程跨通信、计算机、信息安全、密码学等多门学科,因此在“课程群”和“专业知识体系”建设上还处于探索期,并没有形成教学和实验上的共识。为此,在江苏省计算机教学示范中心建设中,我们提出了“网络主导、课程协同、情景教学、综合应用”的网络课程群建设探索模式,设计网络课程群的综合实验室,以期建立符合计算机网络教学和人才培养需求的高质量、高效率和高水平的综合性平台。
1网络课程群的总体规划与目标
几年来,我校结合专业培养目标、专业方向和实验内容进行研讨、梳理和整合,明确了网络课程群的
主要课程和相关实验内容,在规划设计中体现以下建设思路和目标:
1)“网络主导、课程协同”的共享性平台。强调以网络基础为主线,以课程群为协同,资源共享的实验室建设思路。它是一个共享性平台,体现在硬件设备资源的共享、软件和课件资源的共享、师生教研的共享以及校内与校外的共享。网络环境是对学生开放的,学生对网络环境拓扑构造可随需求变更;每门课程的实验内容也可根据需求搭建;网络设备随技术进步升级更新。
2)“情景教学、综合应用”的综合性平台。强调以综合性和应用性,每一种应用都有对应的情景模拟、实景验证和实践测试。它是一个综合性平台,体现在课程内容的综合、实验框架体系的综合、系统环境和构建模式的综合以及软件资源和教学方法综合,随着学习积累和实践能力的提高,学生的实践方案可根据能力不断地扩展。
网络课程群建设目标:网络课程群综合实验教学平台将成为体验平台、实验平台、研究平台、开放平台和可拓展的平台,为教学、科研和服务社会提供一个优良的环境。
2网络课程群的课程实验体系
2.1内容分析
教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会编制的《高等学校计算机科学与技术专业人才专业能力构成与培养》中关于计算机网络原理课程提出[1]:
计算机网络原理是计算机专业的必修核心专业基础课,该课程的后续课程为网络工程、网络应用编程、互联网应用与维护、网络安全、TCP/IP协议分析与实现、无线网络与移动计算、网络性能分析与评价和协议工程等课程。该课程与这些后续课程一同形成整个计算机网络课程群。并要求通过学习学生具备如下能力:具有一定的计算机网络系统构建、维护和管理以及网络应用开发能力,具有网络协议分析和设计、计算机网络系统分析和设计、网络设备的设计和开发能力。
目前,我校开设的计算机网络课程群包括:计算机网络[3]、计算机信息安全、密码学和网络协议编程等课程。非计算机专业课程相关的课程有:组网技术、计算机网络维护以及计算机网络操作系统等。基于上述指导性意见和本校的实际情况,我们希望通过一系列课程训练达到培养学生的系统知识,形成学生的计算机网络系统的设计、实现、使用和维护能力。通过提炼主要的课程内容和实验项目,达成了以网络建构为基础,网络方案设计、网络安全设计和网络配置管理为能力培养主线,提升能力为目标的网络课程群实验系列。图1列出了网络课程群的相关课程和实验项目。
图1网络课程群的实验项目与课程关系
网络课程群具有这样的特点:课程内容涉及众多的概念、原理、协议和技术,这些内容以错综复杂的方式彼此交织在一起[1]。网络课程群有很多的教学策略:以层次功能为主线,在计算机网络原理课程中采用层次结构模型分别阐述概念;在计算机信息安全课程中采用模块化方式,将安全威胁因素归类分述,再综合应用在解决方案中;在网络协议编程课程中,针对常用的TCP/IP协议以及应用层关键协议分析,从细节上实现对网络系统运行机制的理解。
为了优化资源和提取共性,在网络课程群的实验内容分析基础上,提出网络课程群实验室建设思路:网络课程群集中在一个实验环境中,增加设备集约化和共享性,有利于各种工程环境实现;课程采取套餐式项目模块选择,每门课程的实验内容采取“项目N+模块M”的菜单式选择,针对不同教学对象要求作选择,增加了实验的灵活性。
2.2实验课程体系
为了应对网络课程群的广度和复杂度,设计了针对课程知识点的模块化实验项目[4-8],采用网络体系结构的分层次方式来组织实验内容,满足专业技术知识点多面广、课程任务量大、学生层次多的教学需求,统一规划和通盘考虑实验项目的实验课程体系。
实验课程体系是基于网络体系结构和课程性质而设置的,如图2所示。实验课程体系的纵向具有上下相互依赖关系,下层是上层学习的基础,它在实验上的逐步递进,有利于学生由浅入深,帮助学生建立网络应用框架和掌握应用开发体系的建构。
网络基础层是用网线将计算机、网络交换机、路由器等组织成的计算机网络环境,初期目标实现从原理到构建的认知,它也是网络其他应用的基础。
在网络基础层之上,每个层次都包含有“安全”内容,这是本实验体系中着重强调的,这是在不断地迭代深化,引导学生注意网络技术与安全技术密不可分,在建立网络的同时,安全策略也必须加以考虑和设置,从而增强学生的网络安全意识。
在专用技术层上,体现了专业方向上的差异,信息安全方向在密码技术和信息安全防护技术上将实施更多的专项实验,对于其他专业方向强调网络编程技术,但在这个层次上可以进行适当渗透,以利于学生专业方向上的拓展。
图2网络课程群的实验课程体系
创新设计层是专门为大学生创新活动、第二课堂等设计的,它积累了历届同学的创新设计作品,激励后续的同学努力学习,创新研究和设计。
3网络课程群的实验室平台架构
3.1硬件环境设计和部署
网络课程群的实验室平台是实施网络课程群实验的主体,实验课程体系最终要落实在实验装备上,实验平台架构上充分兼顾学生动手、实验管理与实验演示的多种需求。为此,我们将网络课程群的实验平台划分为4个子平台,如图3所示。
实验平台是构建和实施项目实验和管理内容的实体,每个平台实体由相关的网络硬件和软件组合而成,实验中,经过组合变化选择各种层次的实验。
实验室设备结构拓扑如图4所示。有共享服务器设备和独立的网络设备组成,独立的网络设备有8套,每套设备设有1台路由器、1台3层交换机、2台2层交换机、1台无线节点和6台PC计算机,每套设备供4~6人小组配合使用,除此之外,共享设
图3网络课程群的组合实验平台
备由服务器、控制器和分组控制器组成,形成8组共享的软件平台服务环境。每套网络设备容易扩展和交叉使用,可构成多种子网的拓扑结构,可满足实现局域网、广域网和多种路由算法的实验。
网络课程群的硬件平台构建上独立与组合相得益彰,实验环境将个人与整体有机组合,将网络设备架构在2米×3.2米的大型网络墙面上,方便教师的示教和学生自己动手创新组网操作,开放式的机架结构设计为网络实验拓展建立了基础。
图4网络课程群实验室硬件平台的拓扑结构
3.2软件环境设计和部署
网络课程群的实验模块围绕教学内容安排,既要重视课程内容原理实验,又要突出网络实验中的工程型和实践性。实验内容的组织做到由易到难、从简单
到复杂,循序渐进地安排实验项目,使学生通过验证、综合和设计实验获得对原理知识的内化,并掌握一定的网络应用基本技能,掌握系统性的网络知识和提高实际应用能力。表1列出了网络课程群的主要实验项目。
网络课程群综合实验教学平台建设方案是省级示范教学中心项目的工作之一,我们提出的“网络为主、课程协同、情景教学、综合应用”的实验建设思路将加强网络课程间的联系,拉近各门课程之间距离,有效地实现教学上的循序渐进和内容上递进组织;这将在开放的网络环境中激发学生的学习兴趣,提升其网络系统的概念,增强其解决实际问题的能力;也将提高实验室管理的信息化水平,在资源整合、
实验教学、实验辅导、实验管理和实验报告等各项管理环节得到改善,以满足信息技术发展对网络技术的需求。
网络课程群综合实验教学平台是我们对实践教学的改革,我们将进一步加强对实际教学效果的监测和对人才培养状况的追踪,不断地完善实践教学平台,以满足社会对人才培养的需求。
注:本文得到南京师范大学计算机软件技术基础教学团队的资助。
参考文献[规范格式并增加文中标注。]:
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[4]蒋一川.网络信息安全教学实验系统:实验教程(原理篇)[C].吉林:吉林中软吉大信息技术有限公司,2008.
[5]蒋一川.网络信息安全教学实验系统:实验教程(实验篇)[C].吉林:吉林中软吉大信息技术有限公司,2008.
[6]蒋一川.计算机网络实验教学系统:实验教程(实验篇)[C].吉林:吉林中软吉大信息技术有限公司,2008.
[7]蒋一川.计算机网络实验教学系统:实验教程(网络协议篇)[C].吉林:吉林中软吉大信息技术有限公司,2008.
[8]信息安全技术创新实验室建设方案[S].上海:上海交通大学信息安全工程学院,2009.
ConstructionandImplementationofPracticalTeachingPlatformforNetworkCoursesGroup
SUNYan1,2,QUWei-guang1,2,JIGen-lin1,2
(1.SchoolofComputerScienceandTechnology,NanjingNormalUniversity,Nanjing210046,China;2.JiangsuResearchCenterofInformationSecurity&ConfidentalEngineering,Nanjing210097,China)
关键字:计算机网络;网络实验室;实验教学;应用研究
[中图分类号]G42
按照高职教育“以就业为导向,以服务为宗旨”的目标,高职院校培养的学生除了具有良好的职业道德和职业素质之外,还应当具有熟练的职业技能【1】,因此,“修德、强技”是高职院校的教育教学核心内容。而高职院校计算机网络课程的教学更应以实践应用为主,着重培养学生动手解决实际问题的能力。
一、现状分析
1、采用的教材理论性过强,学生无法接受。
据调查,当前很多高职院校的计算机网络课程直接采用本科类的教材,这些教材理论性过强,感知性差,高职类学生难于接受,也不利于教学的开展。
2、实验室设备不足,不够专业。
不少学校都是使用普通的计算机机房进行网络实验,采用仿真软件进行模拟,至使所进行的实验脱离实物。也有不少学校有些网络实验室,有交换机、路由器等设备,但设备过于单一,学生无法进行深层次的试验;又或设备数量过少,在实验的课堂里,也无法做到全部学生都亲自进行一次实验。这样,学生的学习积极性不可能高,也没有什么学习效果。
3、选择的实验内容即简单,又陈旧。
实验内容选用操作系统Windows2000的安装与配置、FTP站点的访问、Internet的访问、下载工具的应用、文件的收发及电子邮箱的应用等。这些内容大部计算机类的学生都已经熟悉,而且也能比较好地应用,完全没有体现计算机网络课程的专业性,课程结束后,学生感觉没有学到什么内容。
4、理论教学与实验教学关联性差,学生不易接受。
很多教师网络课程的教学过程中,引入过多的网络原理和各种协议,学生在学习的过程中常常感觉到抽象,经常会陷入困乏的状态,对于意志力比较低的学生,就会放弃学习了。
5、实验指导教材较少,可操作性差。
当前,大部分学校采用的计算机网络实验指导性教材主要是编程实验,如网络通信程序设计、网络协议编程实验等,实验内容与其它的计算机课程重复,网络专业课程实验可操作性差。
二、高职类计算机网络课程应采用的内容介绍
高职类院校《计算机网络》课程的教学对象主要是计算机通信类和应用类的学生,因此,该课程应是这类学生的主修专业课,所采用的教学内容应具有专业性,更应具有专业实用性,因此,所采用的教学和实验内容应具有以下几方面的内容。
1、计算机网络体系结构及网络参考模型;
2、综合布线原理及局域网的组建;
3、网络互连技术及IP地址的应用;
4、网络协议的应用及网络设备的管理;
5、网络应用系统的搭建方法及管理;
6、计算机网络安全及发展趋势。
以上教学内容即符合计算机网络的教学,又能体现当前高职类学生网络技术的应用要求,学生易于接受,可操作性极强。笔者曾多次在茂名职业技术学院计算机通信班中采用过这些内容作为《计算机网络课程》的教学,均收到了预期的效果。
三、网络实验室的组建
组建一个功能实用,操作性强的网络实验室,是开展好网络实验课程的前提。对于高职类院校,网络实验室组建后必须发挥其实用性、可操作性,能满足基本的网络搭建、网络维护、网络管理及应用的实验即可。笔者根据高职类学生的学习需求,提出高职类计算机网络实验室组建的具体要求,如:
(一)网络实验室实验功能需求:
1、局域网组建(双绞线的制作、linux或Windows2003Server或Windows2008Server的安装与管理);
2、交换机、路由器的调试(以华为、思科为主);
3、网络协议应用(包括IP地址规划及相关协议、TCP/UDP数据通信与传送、应用层协议应用等);
4、网络安全管理(防火墙、SNMP协议与网络管理);
5、WEB站点、FTP站点的配置等网络应用服务;
6、网络综合布线的设计与分析。
(二)实验室空间及设备需求:
1、可同时容纳40名学生进行实验,150平方米比较合适。
2、实验室主要设备列表
序号设备名称数量备注
1服务器1IBMSystemx3650M4(7915I21)以上配置
2服务器1IBMSystemx3100M4(2582i18)以上配置
3服务器2IBMSystemx3250m4(2583I15)以上配置
4工作站40酷睿i53.2GHz/独显/4G/19LCD以上配置
5交换机1思科WS-C3750X-24T-S以上配置
6交换机2H3CS5120-28P-SI以上配置
7光纤模块4H3CS3600以太网交换机SFP模块
8路由器2思科3945/K9以上配置
9无线路由器2思科精睿WRVS4400N以上配置
10桌/椅45学生上课使用
3、实验室主要耗材列表
序号设备名称数量备注
1仪器柜1存放网络耗材及相关工具
2压线钳12制作各种水晶头
3测线器6检查网络的导通情况
4万用表2检查电压、电流值的大小
5水晶头55盒RJ45接口水晶头
6网络2超五类非屏蔽双绞线(可使用废弃网线)
7十字螺丝刀10安装设备使用
8线槽备有3种类型以上
(三)引入仿真软件进行教学
计算机网络课程引入仿真软件进行实验教学,将大大地解决了硬件设备投入不足、学生受实验的时间和空间限制等问题。是欠发达地区高职院校真实网络实验室的补充,也极大地提高了学生的动手能力、分析能力和解决实际网络问题的能力。
当前,学校采用较多的计算机网络仿真软件主要有CiscoPacketTracer、gns3这些价格低廉、使用效果较好的软件。另外,商业软件OPNET也是一款较好的仿真软件,但价格比较贵,一般不建议学校购买。学校选用CiscoPacketTracer免费软件,学生可以安装在自己的PC机上,即可将网络实验室搬到自己的宿舍,也可搬回自己的家。这样,能更好更快地解决学生开展网络实验的环境问题。
CiscoPacketTracer辅助学习工具是由Cisco公司,主要包括(1)支持多协议模型;(2)支持大量的设备仿真模型;(3)支持逻辑空间和物理空间的设计模式;(4)可视化的数据报表示工具;(5)数据报传输采用实时模式和仿真模式,使用用户能对抽象的数据的传送具体化。可通过拖曳方法直接建立网络拓扑、允许学生实现IOS子集的配置、查看数据包的处理过程等,为初学计算机网络课程的学生去设计、配置、排除网络故障提供模拟的网络环境。【2】
按以上要求组建计算机网络实验室,符合高职类院校的教学要求,学生也易于开展相关的课程实验。
四、高职类计算机网络课程实验教学内容的设计
1、从数据通信认识计算机网络
计算机网络是由不同通信媒体连接的、物理上互相分开的多台计算机组成的、将所要传输的数据划分成不同长度的分组进行传输和处理的系统。【3】主要的教学材料有双绞线、光轴电缆、光纤和无线路由器。其中主要介绍双绞线的特性和制作方法,如568A、568B的制线标准及连接设备的要求。最后,使用交换机及所制作的双绞线,将若干台计算机从物理上连接起来,最终实现简单的局域网组建实验。共使用6个学时完成以上2个实验的内容。
2、从局域网的参考模型理解网络数据的传输及OSI参考模型
局域网的体系结构由物理层、介质访问控制层和逻辑链路控制层组成;该体系结构属于OSI参考模型的物理层和数据链路层。选用的教学内容主要有OSI参考模型FLASH动画、网络数据传输FLASH动画、网卡、3台计算机(安装有Windwos2003服务器操作系统以上版本)、交换机。学生可通过模拟动画,感性认识计算机数据在网络中的工作过程,通过对计算机通协议的安装与调试,实现网络互连。共使用8个学时完成以上4个实验的内容。
3、虚拟局域网的构建技术及网络设备的管理
虚拟局域网的构建技术主要是对交换机的应用,即需要充分理解交换机的虚连接和转发功能。实验的要求主要是实现网络数据的存储转发、切入法、改进型切入法及Vlan虚拟工作组的应用。选择的主要教学材料有交换机(如两层、三层的交换机)、交换机命令列表、路由器、IP地址分配器、数据包转发过程FLASH动画。学生通过学习交换机的有关命令的使用方法,进入交换机内部,实现对IP地址的规划、虚拟局域网的构建,并实现对各种网络连接设备进行远程的管理。共使用12个学时完成以上4个实验的内容。
4、网络应用系统的搭建方法及管理
主要是FTP协议、IIS的安装。选用的教学材料有3台计算机(安装有服务器操作系统的计算机,如UNIX、WINDOWS等)。主要实现动态网页服务、数据库安装及内容管理系统(CMS)应用、网络应用层协议分析和验证等。共使用6个学时完成以上2个实验的内容。
五、学生实验报告及实验效果评价
学生认真撰写实验报告,是学习效果的最好评价。一份完整的网络实验学习报告完全能反映出学生是否真的掌握了该实验,那么,该实验报告应包括以下几方面的内容:1)实验材料准备;2)实验过程运用的方法;3)实验过程记录;4)实验结果分析;5)实验过程中遇到的问题以及对问题的解答;6)实验总结及评价。
六结语
总之,在高职院校计算机网络课程教学及实验的过程中应采用易懂和操作性强的教材,多选用实物教学,注重实用性的实验教学;这样,教学效果效好,学生的学习兴趣获得很大的提升,教学质量自然就提高了。实践证明,笔者在茂名职业技术学院采用以上方式进行教学,确实收到了理想的效果。
参教文献
[1]黄嫦娇.从高职教育目标出发探讨高职专业建设的要求[J].全国商情(理论研究):2011(06)
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