項目驅(qū)動法在計算機網(wǎng)絡實驗教學中的應用

項目驅(qū)動法在計算機網(wǎng)絡實驗教學中的應用計算機網(wǎng)絡課程具有理論性和工程性強、概念理解抽象等特點，依靠單純的課堂講授遠達不到理想的教學效果，計算機網(wǎng)絡實驗教學對培養(yǎng)計算機網(wǎng)絡專業(yè)人才具有主要意義m,計算機網(wǎng)絡實驗是有效提升學生理論能力的重要手段0。當前,我們國家高校計算機網(wǎng)絡在實驗教學方面，缺乏對學生創(chuàng)新能力和工程意識培養(yǎng)的實驗環(huán)境及實驗教學理念，沒有構(gòu)成一套比較完好、先進、切實可行的實驗教學體系，實驗教學內(nèi)容和手段滯后于網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展。為此，探尋求索與計算機網(wǎng)絡理論教學相適應的實驗教學形式和方法，幫助學生綜合運用所學的計算機網(wǎng)絡知識來提升解決實際問題的能力、培養(yǎng)學生的工程意識和團隊協(xié)作精神，是值得所有從事計算機網(wǎng)絡課程教學工作者們深思和研究的問題，也是一個不能再回避的問題。1計算機網(wǎng)絡實驗教學現(xiàn)在狀況1.1計算機網(wǎng)絡實驗教學現(xiàn)在狀況當前，國外一些大學都比較看重網(wǎng)絡實驗教學，且各有其特點，例如美國的Houston大學著重于網(wǎng)絡管理方面的教學，CanegieMellonUniversity著重于網(wǎng)絡測量等內(nèi)容的教學，英國的CambridgeUniversity著重于網(wǎng)絡安全和Internet技術(shù)的教學。我們國家清華大學的網(wǎng)絡實驗室重要著重網(wǎng)絡維護、網(wǎng)絡協(xié)議編程等方面的實驗教學。華中科技大學著重于網(wǎng)絡組建、網(wǎng)絡安全以及新型網(wǎng)絡技術(shù)應用等。全國各高校都在積極探尋求索網(wǎng)絡實驗教學的教學體系和教學方法。一些高校資金相對雄厚，為學生提供了很好的實驗環(huán)境，但還有相當多的學校投入不足，或者有一定的投入，但由于教學管理跟不上或師資等原因，造成網(wǎng)絡實驗教學質(zhì)量難以提升。1.2現(xiàn)有網(wǎng)絡實驗教學中存在的問題(1)重要存在重理論、輕理論，重基礎(chǔ)、輕技術(shù)，重驗證、輕創(chuàng)新等問題。(2)將網(wǎng)絡實驗教學內(nèi)容等同于理論教學內(nèi)容。網(wǎng)絡實驗教學內(nèi)容和理論教學內(nèi)容有較多的不同之處。理論教學重要是網(wǎng)絡原理、協(xié)議等純理論內(nèi)容，較為抽象；而實驗教學內(nèi)容是對理論的詳細實現(xiàn)，是完成某一功能的命令集合，較為詳細。老師重要講解網(wǎng)絡理論知識，較少講解實驗知識，且大部分實驗課依附理論教學，實驗內(nèi)容不系統(tǒng)、不明確，隨意性大，形式松，在實驗中學生不知所使用的命令行所完成的功能，更無法將這些命令應用于實際的網(wǎng)絡環(huán)境。導致學生很難將抽象的原理、協(xié)議理論與實際網(wǎng)絡環(huán)境聯(lián)絡起來5。(3)驗證型實驗較多，設(shè)計型、綜合型實驗較少。由于實驗課時少，內(nèi)容單老師一般只選擇一些基礎(chǔ)的、簡單的驗證型實驗，而較少選擇設(shè)計型、綜合型實驗。學生只要被動地學習，缺少創(chuàng)新性、探尋求索性和工程意識，學生的操作技能也大打折扣。要解決上述問題，提升實驗效果，必需從實驗教學的指點思想、教學理念、內(nèi)容和方法等方面進行改革。為了更好地使學生理解網(wǎng)絡工作原理、提升計算機網(wǎng)絡設(shè)計、應用和管理的技能和能力，提升學生的網(wǎng)絡工程意識，在‘‘崇尚理論、回歸工程〞的思想指點下，將項目驅(qū)動法引入到計算機網(wǎng)絡實驗教學中，積極進行計算機網(wǎng)絡實驗教學改革的探尋求索，以培養(yǎng)具有較強的學習能力、溝通表達能力、團隊協(xié)作精神、理論動手能力的網(wǎng)絡人才作為其目的。2項目驅(qū)動法的定義和內(nèi)涵有名的心理學家皮亞杰提出的建構(gòu)主義學習理論以為，知識不是通過老師教授得到的，而是學生在一定的情景下，借助別人〔包含老師和學生〕的幫助，利用需要的學習資料，通過意義建構(gòu)的方式而獲得63。項目驅(qū)動法是在建構(gòu)主義的指點下，在教學活動中，以實際的工程項目為載體，在老師的組織、引導下，以學生的自立性、探尋求索性學習為基礎(chǔ)，由學生以小組工作方式，分組根據(jù)實際工作的完好程序圍繞各自的工程項目進行討論、協(xié)作學習，到達對所學知識的融會貫穿和進一步探尋求索，最后以共同完成項目的情況來評價學生能否到達教學目的的一種教和學的形式67。在項目教學中，學習經(jīng)過成為學生自立參與的創(chuàng)造理論活動，重視的是完成項目的經(jīng)過。學生在項目理論經(jīng)過中，理解和把握項目要求的知識和技能，體驗創(chuàng)新的艱苦與樂趣，培養(yǎng)分析問題和解決問題的思維和方法及團隊精神和合作能力等63。項目驅(qū)動法糅合了當下三大教學法〔探究教學法、任務驅(qū)動教學法與案例教學法〕的特點，集中關(guān)注某一學科的中心概念和原則，旨在把學生融入到有意義的任務完成的經(jīng)過中，讓學生積極地學習、自立地進行知識的建構(gòu)。3項目驅(qū)動法在計算機網(wǎng)絡實驗教學中的應用計算機網(wǎng)絡課程的內(nèi)容多，實驗包括的內(nèi)容也比較多，其中網(wǎng)絡互聯(lián)是重點和難點之一。這部分內(nèi)容要求將所學的知識綜合運用、融會貫穿，這些實驗與實際網(wǎng)絡應用嚴密結(jié)合，具有較強的工程性，合適于采取項目驅(qū)動法。在實驗的經(jīng)過中，將實驗的內(nèi)容以項目形式提出來，并針對不同的實驗項目做適當?shù)恼{(diào)整?，F(xiàn)以園區(qū)網(wǎng)路由的設(shè)計和配置為例，說明瓊州學院電子信息工程學院怎樣將項目驅(qū)動法應用在計算機網(wǎng)絡實驗教學中的施行經(jīng)過。3.1確定項目任務項目任務確實定是項目驅(qū)動法成功的關(guān)鍵。在明確的教學目的指點下，綜合考慮項目的統(tǒng)籌設(shè)置、項目間的聯(lián)絡和條理遞進及各項目的任務。項目的選擇和設(shè)計要以計算機網(wǎng)絡原理的知識模塊為根據(jù)，既要與書本的知識嚴密結(jié)合，又要能夠充足具體表現(xiàn)出現(xiàn)實中的計算機網(wǎng)絡互聯(lián)及應用的情況，具有真實性、可行性和應用性，有利于激發(fā)學生的理論興趣。孔子以為：“知之者不如好之者，好之者不如樂之者。〞由于興趣，十分是濃烈厚重的興趣是采用行動的內(nèi)在動力。這就要求盡可能將實驗內(nèi)容確立為典型實用的網(wǎng)絡工程項目，涵蓋的知識點具有專業(yè)性、基礎(chǔ)性、全面性和系統(tǒng)性，而且要難易適度，有利于學生結(jié)合理論原理，探尋求索研究解決問題的方案。以下為基于項目驅(qū)動的理念所設(shè)計的實驗項目案例。實驗項目名稱：園區(qū)網(wǎng)路由的設(shè)計與配置實驗目的：根據(jù)園區(qū)網(wǎng)內(nèi)部的VLAN應用情況及接入Internet的實際需求，選擇適宜的路由協(xié)議，設(shè)計園區(qū)網(wǎng)的路由并在網(wǎng)絡實驗室進行聯(lián)網(wǎng)后配置和驗證，理解路由器的工作原理，把握各路由協(xié)議的概念、工作特點、應用范圍和配置方法，理解路由在實際網(wǎng)絡互聯(lián)中的主要性。實驗科學與技術(shù)項目背景：假設(shè)某園區(qū)網(wǎng)中已經(jīng)劃分了VLAN,VLAN通過三層交換機會聚到核心交換機，核心交換機連接到出口路由器，出口路由器再和園區(qū)網(wǎng)外的另1臺路由器連接。要求選擇適宜的路由協(xié)議設(shè)計該園區(qū)網(wǎng)的路由并實現(xiàn)路由配置。技術(shù)原理：在當前廣泛使用的TCP/IP網(wǎng)絡中，基于IP分組的路由選擇是網(wǎng)絡互聯(lián)的基礎(chǔ)。根據(jù)路由選擇策略的不同能夠分為動態(tài)路由選擇和靜態(tài)路由選擇兩類，所謂靜態(tài)路由選擇是指路由器中的路由表是靜態(tài)的，路由器之間不需要進行路由信息的交換；所謂動態(tài)路由選擇是指路由器中的路由表是由協(xié)議產(chǎn)生的，路由器之間需要進行路由信息的交換。路由器是根據(jù)路由表進行路由選擇和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的。路由表的產(chǎn)生一般分為3種方式：(1)直連路由：當給路由器的端口配置一個IP地址后，路由器將自動產(chǎn)生本端口IP所在網(wǎng)段的路由信息。(2)靜態(tài)路由：在網(wǎng)絡拓撲構(gòu)造相對簡單且固定的網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡管理員通過手工方式配置本路由器所未知的網(wǎng)段的路由信息，進而實現(xiàn)不同網(wǎng)段之間的互聯(lián)。(3)動態(tài)路由：由動態(tài)路由協(xié)議產(chǎn)生的路由，在規(guī)模較大且網(wǎng)絡拓撲構(gòu)造相對復雜的網(wǎng)絡中，通過路由器上運行的動態(tài)路由協(xié)議〔如OSPF、RIP等〕所產(chǎn)生的路由信息。動態(tài)路由信息通過路由器之間的相互學習而得到。要求：調(diào)查校園網(wǎng)的路由設(shè)計及實際應用情況，查找資料，以小組為單位完成園區(qū)網(wǎng)路由的設(shè)計〔留意與前一個實驗“VLAN設(shè)計與配置〞相結(jié)合〕，能夠選擇不同的路由協(xié)議構(gòu)成不同的方案(比照不同的方案不同的協(xié)議的優(yōu)缺點和適用場所〕，并畫出網(wǎng)絡拓撲圖，列出IP規(guī)劃表，設(shè)計具體施行方案。同時給出項目施行中的留意事項，各路由協(xié)議的配置參考命令及測試要求，設(shè)置相應的實驗考慮題。3.2設(shè)計項目施行方案確定實驗項目任務后，首先指點學生組建項目協(xié)作小組，細化工作目的，采取小組合作探究方式。在現(xiàn)實中，1個網(wǎng)絡通常不是1個人能夠建立并加以維護的，具有工程性和系統(tǒng)性，學生們將來從事網(wǎng)絡方面的工作，需要與人合作。所以從理論學習的開始就重視培養(yǎng)學生團體意識與團隊協(xié)作能力。小組協(xié)作學習是指學生以小組形式參與，為到達共同的學習目的、有明確的責任分工的互助性學習6]。使學生在相互討論和共同探究中理解實驗問題情境，找出解決問題的方法。老師的重要工作是提供關(guān)鍵技術(shù)資料并及時指點學生解決項目難題。經(jīng)過一定時間預備后在實驗前，讓學生提交項目方案書〔必需包含設(shè)計理念、應用場景、實驗環(huán)境、拓撲圖、具體的實驗步驟、所使用的命令等〕，教師審閱后引導學生修改，盡量在實驗前將方案不斷完善。通過這樣的項目構(gòu)思、設(shè)計，讓學生明確網(wǎng)絡工程項目的工作任務和經(jīng)過，綜合運用相關(guān)知識，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的團隊精神、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。項目分組標準是‘‘組內(nèi)異質(zhì)、組間同質(zhì)〞3~4名為1組，實行組長負責制“組內(nèi)協(xié)作，組外競爭〞。小構(gòu)成員在學習經(jīng)過中探尋求索或發(fā)現(xiàn)的信息為全構(gòu)成員分享，以至為全班同學分享。3.3施行所設(shè)計的項目方案根據(jù)所設(shè)計的施行方案到網(wǎng)絡實驗室進行實驗，項目構(gòu)成員根據(jù)分配到的詳細任務，經(jīng)過相互配合的相關(guān)操作及配置、測試，質(zhì)疑等經(jīng)過，討論分析所碰到的問題，記錄實驗情況。施行經(jīng)過中要留意分散重點、難點，采取循序漸進的方法；施行時，要考慮‘‘項目〞的大小、知識點的含量、前后的聯(lián)絡、實驗環(huán)境等多方面的因素。在實驗的經(jīng)過中，要留意對學生質(zhì)疑的指點,建議采取非直接、非全面的提示性指點。對于實驗中碰到的問題，實驗老師積極引導，支持和促進學生自立考慮、相互討論、發(fā)掘產(chǎn)生問題的原因，共同解決問題。例如，在上述的實驗中，學生對路由器和3層交換機進行配置后，但不同VLAN中的PC機之間相互PING不通。這時提示學生根據(jù)所學的知識和已有的經(jīng)歷體驗，PING不通的原因有哪些？當學生根據(jù)已有的知識和經(jīng)歷體驗排除所有可能的原因后，仍然PING不通，接著繼續(xù)引導學生留意不同的VLAN或網(wǎng)絡進行通信時須經(jīng)過網(wǎng)關(guān)，VLAN或網(wǎng)絡的網(wǎng)關(guān)怎樣設(shè)置、PC機的TCP/IP屬性中的網(wǎng)關(guān)應設(shè)置為哪個IP等。通過這樣一系列相關(guān)問題的提示，學生一點即通，輕松地解決了問題，綜合運用所學的知識。通過理論證明：實驗中，非直接、非全面的提示性指點不只使學生記憶深刻，還能鍛煉學生的發(fā)散思維，培養(yǎng)其自動探尋求索精神、創(chuàng)新能力及綜合運用所學知識的能力，穩(wěn)固所學的理論知識。3.4評價實驗項目評價實驗項目是項目驅(qū)動教學法的主要環(huán)節(jié)，其評價直接關(guān)系到理論教學經(jīng)過中學生的學習和理論經(jīng)過的動機和效果，對實驗教學具有導向和促進作用。傳統(tǒng)的實驗教學其評價是重結(jié)果、重驗證,輕實驗經(jīng)過，晦氣于培養(yǎng)學生的理論技能與探究創(chuàng)新能力。而基于項目驅(qū)動的實驗教學具體表現(xiàn)出了充足發(fā)揮學生的主體作用、強調(diào)以人為本的教學理念，所以評價也應該具體表現(xiàn)出這種理念，科學的評價是非常關(guān)鍵的。在借鑒的基礎(chǔ)上，經(jīng)過不斷探尋求索與改良，逐步構(gòu)成相對科學的評價體系：既有定量的評價也有定性的評價，由學生自我評價、小組之間的互相評價這樣的定性評價和小組評分、指點教師評分這樣的定量評分構(gòu)成，基本評價指標包含實驗經(jīng)過與實驗結(jié)果2項，更著重于實驗經(jīng)過的評價。學生在施行經(jīng)過中會碰到各種各樣的問題，老師在評價時要指出問題的所在及解決的方法,要總結(jié)比較各組的特點，指出項目相關(guān)的知識重點和技能重點；對項目中的亮點進行表揚和推廣，引導他們學習別人的優(yōu)點來改良和提升自己的能力，這有利于小組之間互相學習、積極競爭，使學生的各種能力在評價中得到提升。學生要進行自我評價：由每組學生分別介紹設(shè)計施行方案的思路，項目施行的詳細任務、目的、方法、手段、技巧以及領(lǐng)會、收獲，能夠使師生了解其實驗項目的方方面面，看到其獨到之處。實驗項目完成后的結(jié)果一般由項目組長和指點教師先后進行總結(jié)。思路總結(jié)能幫助學生明晰完成項目的最佳考慮方法，找到自己理論上的不足和實驗中存在的問題；技巧總結(jié)使學生學會‘‘舉一反三〞，為學生展現(xiàn)不同的解決方法。最后，要求學生以小組為單位提交項目設(shè)計方案和實驗報告。4項目驅(qū)動法的特色及教學效果4.1項目驅(qū)動法的特色(1)項目驅(qū)動法是施行探究教學的一種方法，適用于學習各種理論性和操作性較強的知識和技能。理論項目貫穿于整個學習經(jīng)過，有效地激發(fā)了學生學習的內(nèi)在動力。項目與現(xiàn)實生活或工程實際嚴密相關(guān)，激發(fā)其興趣，加強了學生學習的自動性，使學生真正感遭到學以致用。(2)重視培養(yǎng)學生的多種能力。項目驅(qū)動教學的經(jīng)過培養(yǎng)了學生的自學能力、觀察能力、動手能力、研究和分析問題的能力，提升學生獨立考慮和獨立工作的能力。在項目的施行經(jīng)過中，學生體驗了創(chuàng)新的艱苦和樂趣。學生通過分組協(xié)作研究，培養(yǎng)學生的團隊精神和交際溝通能力以及工程理論能力，同時充足突出了學生的主體地位，為學生將來從事理論工作奠定了基礎(chǔ)。(3)充足發(fā)揮老師的創(chuàng)造性。項目驅(qū)動法是一套教學策略，老師借此引導學生對現(xiàn)實生活或工程實際中的問題進行深切進入的學習與研究。項目驅(qū)動法有一套靈敏但較復雜的體系，它要請教師有極大的創(chuàng)造性和應變能力及工程理論能力。4.2實驗教學效果通過基于項目驅(qū)動的實驗教學，學生能夠比較系統(tǒng)全面地把握了計算機網(wǎng)絡的基本理論和基礎(chǔ)知識，學習理論技能。最主要的是，學生親身參與構(gòu)思