构建基于CDIO的网络课程实训教学系统

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论文摘要

  1、高职《计算机网络技术》课程实训教学现状

  高职《计算机网络技术》课程是计算机类专业重要的核心课程之一,该课程具有较高的理论性和实用性,包含了先进的网络技术方法。

  课程实训教学现状如下:

  (1)在高职《计算机网络技术》课程教学过程中,计算机网络技术实训教学大都采用传统的教学模式,以理论教材为主,围绕教材内容制定实训教学计划。这种模式的主导思想就是为验证理论而进行实训教学。学生做实训,往往是教师事先安排好,按照规定的步骤完成即可,根本不会将实训过程作为独立思考与研究的过程。缺少基于项目驱动的综合、全面的实验教学体系。

  (2)传统的网络实训室的做法是会使得网络实训的过程演变成了插拔线的过程。传统做法的三个问题:一、学生的宝贵实验时间大半浪费在插拔线上,而不是用在真正的实训内容上,学习效果差;二、不断地插拔线,设备的端口容易损坏。一般一个端口的标准插拔次数是有限次,而一次课可能就要插拔十多次;影响实训教学质量。

  (3)网络技术和产品的发展更新非常快,产品种类繁多。网络实训所需的软硬件条件难以跟上应用的发展。另外,网络产品的封装性好,使用相对简单,对网络产品的介绍分析缺乏深度,使学生缺乏能动性,难以培养学生的创新能力。教学和考核方法单一,过程控制不足,知识与能力培养不协调传统的教学方法是以传授知识为主,忽视能力培养和工程设计锻炼;传统的考核方法有时也只是一张试卷,对实践的考核明显不足,考核方法单一。这样完全没有工程中的过程动态监控,导致知识与能力培养不协调,考核结果具有很大的不公正性。

  (4)学生的个体意识强,学生几乎没有受到项目和团队工作的实际训练。在工程实践中团队协作、沟通的能力没有得到有效培养,对工程的认识不够,导致和企业需求脱钩,不能很好地开展工作,更难于把工作做到更好、更高层次。针对以上现状和不足,我们认为《计算机网络技术》课程实训教学的改革应是体现出对学生内在创新冲动及创新思维的充分调动和激发;实训内容的设计要从新思维、新观念的角度出发,给学生提供在完整真实的问题情境中学习创新、强化工程能力的驱动条件。

  2、CDIO工程教育模式

  2.1CDIO工程教育模式产生及特点

  CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate),它以产品研发到产品运行的生命周期为载体 ,让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。已有几十所世界著名大学加入了CDIO组织,其机械系和航空航天系全面采用CDIO工程教育理念和教学大纲,取得了良好效果,按CDIO模式培养的学生深受社会与企业欢迎。

  2.2CDIO工程教育模式在《计算机网络技术》课程教学中的运用

  CDIO作为国际工程教育和人才培养的创新模式,紧密围绕“构思→设计→实现→运作”思路展开,强调学生通过项目驱动的方式实现工程能力和综合创新能力的培养,是“做中学”和“基于项目教育和学习”的集中概括和表达。将CDIO基于项目教学的理念有机地引入《计算机网络技术》课程教学体系设计中,经过合理科学的实施,不但能够有效激发学生学习的主观能动性,而且有利于培养高职学生独立分析和解决实际问题能力。同时,实训教学的也给学生依据自身兴趣和能力水平进行发挥提供了充足的空间,是高职学生工程素质和创造性思维培养的动力源泉。

  3、构建基于CDIO的课程实训教学体系

  3.1构建基于CDIO的课程实训教学体系的原则

  对照专业培养要求和《计算机网络技术》课程所要达到的能力目标,在CDIO大纲指导下,以高职学生职业能力和网络管理员综合素质的培养为基本设计导向,自顶向下遵循“系统一模块一单元”这条主线逐层展开课程实训践教学体系的架构,有序进行各项能力的分解和配置,并按照“学网”、“建网”、“用网”、和“管网”的顺序将其细化后的能力落实到各个实践环节。依据CDIO“构思→设计→实现→运作”这样的理念,本课程结合云南农业职业技术学院茭菱校区校园网络具体环境,按照茭菱校区校园网络需求组织教学内容,在教学中以项目为中心。围绕项目任务安排教学。把《计算机网络技术》课程的实训教学以基本功训练为主,兼顾网络发展新技术分为十三个项目化实训。分别制定出相应的训练内容、训练要求、实施方法,每个项目课题间既有严密的逻辑联系,又有一定的独立性和完整性。项目化教学提高了学生独立操作能力,形成教、学、做三位一体的教学模式,可以调动学生的学习积极性,增加学生个性发展机遇,使之自由发展、全面发展,不断提高学生的创造性、创新意识、创新精神、创新能力,提高他们的综合能力,为将来进入社会打下良好的基础。

  3.2构建CDIO理论下的课程学习架构

  在学习之前首先对学生进行分组,一般每组4—5人,小组中的每个同学各负其责,完成相应的实训任务。每组选出相应的项目组长,依据CDIO“构思→设计→实现→运作”这样的理念,实训过程中,积极思考,相互交流、沟通,增强团队协作意识。努力突出学生的主体地位,强调学生自学能力和动手能力的培养,要求运用所学的理论知识独立进行设计,从方案论证、原理图设计、制作、调试,全部以项目小组的形式完成,并最终上交项目报告。项目报告以PPT和DOC格式的文档。

  4、锐捷网络工程实训室教学模式

  锐捷网络工程实训室是专门提供实践教学、实践创新的场所。它提供真实的网络环境,可以让学生亲自搭建网络、亲自动手调试、配置网络设备,分析网络状态,让学生全方位了解各种网络设备和应用环境,真正达到对网络建设技能的掌握,真正提高学生的网络技术和实战能力,增强他们在将来就业竞争中的优势。岛式布局是目前最流行的网络实训室布局方式,每个物理实训组成为一个小岛,每个组推荐6-8个学生使用。每组设备是独立的。通过独立的分组设计,组与组之间的成员不会相互干涉,相对独立,避免了组与组之间的成员误操作或恶意操作带来的危害。在实际使用中,根据实际需求可以通过传输介质将若干组连接起来。每组的基础设备为:2台路由器、2台三层交换机、2台二层可网管交换机、1台无线控制器AC、2台无线AP、8台PC机(配双网卡)、1台设备管理控制服务器(简称RCMS,通过八爪线分别连接8台基础网络设备的Console口,对网络设备和实验行为进行集中管理,设备的“一键清”初始化自动地进行实验的场景恢复)、1台实验室机柜。可扩充的功能模块:无线模块、安全模块、存储模块、融合通信模块、网络管理、网络协议原理。每组的网络设备集中摆放在一个机柜中,构成一个RACK组,这样方便对各组网络设备进行统一管理。由网络硬件设备组成的实验室必须考虑可管理的问题,否则无法发挥设备的作用。采用这种设备模式,组内设备自由组合,学生无需反复拔插配置口,而是通过网络登录RCMS对这些设备进行实验操作,大大提高了实验教学的效率和秩序,方便老师对实验过程进行管理、监督、检查。

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  5、Packet Tracer 教学模式

  PacketTracer是思科公司开发的仿真网络实训平台。是一个为网络初学者设计的用于提供计算机网络设计、配置和网络故障排除模拟环境的学习平台,支持学生和教师建立仿真、虚拟和活动网络模型。这样可以将网络实验环境拓展到学生的个人计算机上,学生可以自由安排个人的时间先通过该环境进行实训,然后才到锐捷网络工程实训室进行真实的实训。既可增加学生的实训时间且实训方式灵活,又减少对网络硬件设备环境的使用时间,降低学校的办学成本。

  该软件有下列特点:

  (1)支持多协议模型:支持常用协议HTTP、DNS、TFTP、Telnet、TCP、UDP、SingleArea OSPF、DTP、VTP and STP,同时支持IP、Ethernet、ARP、wireless、CDP、Frame Relay、PPP、HDLC、inter-VLAN routing and ICMP等协议模型。

  (2)支持大量的设备仿真模型:路由器、交换机、无线网络设备、服务器、各种连接电缆、终端等。提供图形化和终端两种配置方法。各设备模型有可视化的外观仿真。学生操作界面直观,容易理解。

  (3)支持逻辑空间和物理空间的设计模式:逻辑空间模式用于进行逻辑拓扑结构的实现;物理空间模式支持构建城市、楼宇、办公室、配线间等虚拟设置。虚拟设置逻辑空间模式用干进行逻辑拓扑结构的规划和实现。

  (4)可视化的数据包工具:配置有一个全局网络探测器,可以显示仿真数据包的传送路线,并显示各种模式,前进后退,或一步步执行。

  (5)数据包传输采用实时模式和仿真模式,实时模式与实际传输过程一样,仿真模式通过可视化模式显示数据包的传输过程,使用户能对抽象的数据的传送具体化。以上这些特点可方便快捷地进行网络的组建、设备的配置、协议的测试等网络技术相关的学习。

  6、结束语

  CDIO工程教育模式采用现代教学理论,创新教学方法,提供新的学习环境,体现了“基于项目学习”和“做中学”的理念原则。这些有利于学生掌握个人和人际技能和网络系统构建能力,同时使学生掌握了工程科技知识;CDIO工程教育模式为培养大学生的创新能力提供了一种新的可能。云南农业职业技术学院锐捷网络工程实训室是专门提供实践教学、实践创新的场所。它提供真实的网络环境,可以让学生亲自搭建网络、亲自动手调试、配置网络设备,分析网络状态,让学生全方位了解各种网络设备和应用环境,真正达到对网络建设技能的掌握,真正提高学生的网络技术和实战能力。

  基于Packet Tracer的网络实训教学,对于教师来说教学设计比较容易,实现简单,可以在课堂上做计算机网络技术实训。对于学生来说,要为学生提供可靠、真实而较为廉价的实训环境。PacKet Tracer可以让学生在自己的计算机上反复设计、练习、测试计算机网络技术的实训。虽然PacKet Tracer不能完全替代真正的网设备,但它方便学生练习网络设备配置所使用的命令行操作;能模拟真实网络系统功能,排除络故障;还能积累计算机网络系统中设备配置与管理的工作经验。但是,Packet Tracer并不能模拟网络设备的所有操作,所以采用基于PacketTracer的实训教学方案,与锐捷网络工程实训室软件或硬件设备相互结合,取长补短,共同完成实训教学。才能够提高《计算机网络技术》课程的教学质量。

  参考文献:
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