略说计算机的实验教学设计与实践论文
略说计算机的实验教学设计与实践论文
1IPv6下一代网络技术实验教学环境选择
比如设备的数量和型号较少，设备更新慢，难以满足学生一人一套设备的需求，对IPv6相关新技术支持不足等。为了克服这些不足以取得良好的教学效果，不少高校开始探索通过使用虚拟仿真软件来构造虚拟实验室。虚拟网络实验平台的引入从根本上突破了传统实验教学实验设备数量少、实验时间紧张、实验地点单一的弊端，还具有人机交互能力和可视化程度高等优势，提高了实验教学效果。PacketTracer和Dynamips是目前比较流行的两款网络实验仿真软件。PacketTracer具有逼真的操作界面，操作简单，初学者很容易上手，它提供各种不同型号的交换机、路由器以及各种类型的传输介质，学生可根据实验自己绘制拓扑图，进行网络实验。但它是基于软件的虚拟器，很真实的设备相比，差距较大。Dynamips通过模拟CISCO路由器的硬件平台，直接运行真实设备对应的IOS软件，因此，Dynamips模拟出的是真实的设备，具有和真实设备一样的配置界面和功能。和PacketTracer相比，Dy-namips操作较为复杂，为了解决这个问题，国外的专家开发出了GNS3，它是Dynamips的图形化网络模拟工具，它的核心就是Dynamips，他不仅可以模拟Dynamips的所有组网实验，还具有可视化和拓扑修改简便等特点，最吸引人的是它可以方便的让虚拟网络接入真实网络，相比其他网络模拟器具有更好的实验教学价值。Scapy是一款强大的交互式数据包处理工具、数据包生成器、网络扫描器、网络发现工具和数据包嗅探工具。它提供多种类别的交互式生成数据包或数据包集合、对数据包进行操作、发送数据包、包嗅探、应答和反馈匹配等等功能，利用它可以很方便的构造各种数据包用于各种网络测试。为了满足IPv6相关知识点的实践教学需要，我们采用GNS3来模拟路由交换设备，采用vmwarworkstation安装虚拟机的方式来模拟复杂功能网络终端或网络服务器，采用VPCS软件来模拟简单网络终端，采用Wireshark来捕获和分析网络数据包，采用Scapy来生成各类IPv6测试数据包。实践证明，利用上述软件，学生在普通机房就能一人一机轻松完成各类实验，同时，教师可以把设计好的各种实验方案、拓扑分发给学生，让学生课后在自己的电脑上做进一步的练习。
2IPv6网络技术实验方案设计
为了取得理想的实验教学效果，在实验内容的选取上，一是要较好的覆盖相关知识点，二是要设计好实验方案，使实验可操作性强，让学生在上机实验时目标明确。实验项目的设计要在已有实验环境条件下结合学生实际情况来进行，好的实验项目能够帮助学生较好的理解知识，达到理想的教学效果，在确定实验项目时宜遵循以下原则:实验项目的内容从简到难，先从基本设置开始，解决连通性和基本应用问题，再逐步深入到具体协议的分析，在此基础上，贴近业界当前实际网络环境的需求，设计一些有实用价值的实验，让学生所学能派上用途。
2．1IPv6网络实验内容
选取在实验内容的选取上，遵循由浅入深，循序渐进的原则，把实验内容划分为基础性实验、验证性实验、综合性实验和探索性实验四大类。有比较直观的认识，掌握使用IPv6网络的基本方法，结合掌握的IPv4相关知识，对比认识IPv6数据包格式，使学生对网络协议内部的实现机制和在网络中的实际传输情况有感性的认识，为后续的实验打下基础。
(1) 拓扑既可以作为整体进行复杂的网络实验，也可以只使用局部设备进行单一实验。
(2)验证性实验:通过这几个实验，除了让学生掌握网络设备上IPv6相关基础配置方法外，深入了解IPv6路由器请求(RS)、路由器宣告(RA)、邻居请求(NS)和邻居宣告(NA)的工作机制与工作细节。掌握IPv6网络无服务器自动配置、路由器发现、前缀发现、地址解析、邻居不可达检测、链路MTU发现、下一跳决定和重复地址检测等知识点。同时让学生理解IPv6全局地址、链路本地地址和站点本地地址的功能，它们的作用范围。
(3)综合性实验:通过这部分的实验，让学生掌握小规模网络路由协议的配置方法，能根据网络环境选择合适的路由协议，深入理解RIPng和OSPFv3路由协议的工作原理。根据需要，能熟练进行OS-PFv3路由聚合，路由重分布配置。使学生掌握IPv6手工隧道、IPv6自动隧道、IPv6toIPv4隧道和IPv6ISATAP隧道的配置，了解这几种隧道协议的功能，各自的适用场合。掌握IPv6环境下网络访问控制列表的配置方法，能根据访问控制和网络安全的.需求，定义和部署合适的访问控制列表。
(4)提高性实验:这部分实验可以让学有余力的学生进行。通过这类实验，使学生具备大规模复杂IPv6网络的组网和配置能力。
2．2IPv6网络实验拓扑设计
(1)拓扑既可以作为整体进行复杂的网络实验，也可以只使用局部设备进行单一实验。
(2)PC1为vmwareworkstation安装的虚拟机系统，采用PC1和R6可以进行四个基础性实验。
(3)由R1、R2和R3设备组可以组成纯IPv6网络，完成IPv6静态路由协议、RIPng路由协议、OS-PFv3路由协议和IPv6访问控制列表等实验，也可以完成几个探索性实验。
(4)R4和R5扮演双协议栈路由器角色，R4和R5通过IPv4网络互联，在R4和R5设备上可以进行各类隧道协议的实验，通过配置隧道协议，让IPv6网络孤岛互相连接在一起。
(5)R5和R7也可以构成设备组，通过在R5上配置ISATAP隧道协议，让R7下的主机接入IPv6网络。
(6)在各类单一实验完成后，可以让学生进行综合性的实验，或者让学生自己设计网络拓扑进行各类实验。
3实验教学方案实践
只有经过实践，才能证明设计的实验方案科学与否，能不能达到预期的目的，能不能得到学生的认可;也只有经过实践，才能发现其中的不足之处，才能对方案进行改进与完善。实验教学除了向学生传授相关知识外，更重要的是培养学生独立思考，操控网络设备的技能及解决网络工程问题的能力。要达到这些目的，除了因人施教和因材施教，还有很多有效的方法。
3．1基于以小组为实验单位的网络实验团队
作为一种正常现象，在一个班级中学生之间在学习能力、掌握知识能力等方面存在差异，容易让我们忽视的是，能力强，学习好的同学往往喜欢就不清楚的问题向老师提问，学得差的同学反而比较“闷”，这些同学要么是还没有发现实验课程中的乐趣，要么是不习惯和教师交流。要解决这个问题，比较好的办法是进行分组实验，教师在划分小组时应注意强弱合理搭配，以强帮弱。实验过程中鼓励弱势学生积极参与，让能力强、表现欲强的学生担任组长，辅导同组同学，这样做可以调动学生参加实验的积极性，让他们在实验过程中获得乐趣和别人的认可，同时也增强了学生的协调能力和团队合作精神。在实践过程中要注意和传统分组实验的差别，传统分组实验要么是因为实验设备的限制，要么是因为实验内容比较多，需要多人的协作而不得不分组。在我们的实验方案中采用了虚拟实验平台，不存在这些限制，采用分组的目的是让弱者变强，强者更强。在实验过程中要灵活动态的进行考核，避免分组流于形式。
3．2增加实验趣味，提高学生兴趣
增加实验趣味是实验过程中的重要一环，要在实验讲解过程中引入真实网络中的各类问题，让这些问题与实验结合在一起，要让学生觉得他们所学内容能有实际用途。在教学过程中，利用学校已经部分接入CER-NET2的优势，向学生展示了IPv6网络的各种强大功能。比如学生看到我们能在线流畅的观看高清的电影、电视频道，能以极高的网速在2分钟内下载一部高清的电影，他们的热情和兴趣立即被激发出来了。我们顺势向学生介绍下一代IPv6网络发展的情况，在发展过程中碰到的一些问题，解决的方法，涉及到的一些技术，实验中学习到的知识能派上什么用途，这样做让学生对学习充满了期待。
3．3理论教学与实验教学
要紧密结合在课程的教学中，理论是基础，是源泉;实验是理论的应用，是验证，是理解。两者虽有不同处，但又相辅相成，两者都是能力的培养。教师必须让让学生明白理论教学和实验教学的目的和关系，即理论学习理解实验验证再理解综合性实验思考设计性(提高性)实验再学习的过程，完成对理论知识学习和实践技能的培养。在实验项目的次序安排上，应该把简单的、趣味性高的项目安排在前面，让学生能容易的进入状态每个实验项目都要提前做好相关指导手册，要让学生明确做什么，怎么做，结果是什么，怎么验证结果的正确与否。关注学生在实验过程中出现的一些共性问题，要及时的解决这些问题。
4结语
本文对实验环境搭建、实验内容的选择、实验拓扑的设计和实验教学实践几个方面的内容进行了阐述。所设计的实验教学方案在多个网络工程专业的班级里进行了实践。通过实验，学生加深了对IPv6相关知识的理解，掌握了必要的技能，可以熟练对IPv6网络进行配置。考核成绩表明，本方案达到了预期的目标。实践表明，在计算机网络类课程的实验教学中，如果实验硬件条件缺乏，可以通过充分利用各种网络仿真软件、模拟软件来突破实验条件的限制，以达到相同的或更好的教学效果。