路由與交換技術課程教學的創新探索與實踐

劉靜++賴英旭++徐瑋++楊震

摘 要 探討如何對課程進行面向卓越工程師培養的教學方式改革，提出從理論課程體系、實驗環節體系、科技創新體系三個方面建設教學體系，利用企業和校內實訓基地資源，實行學習與認證結合；改革考核方式，綜合評價考生的能力。

關鍵詞 路由與交換技術；實訓基地；卓越工程師

中圖分類號：TN915.05-4；G642 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2015）02-0088-04

Innovative Exploration and Practice in Curriculum Teaching on

Routing and Switching Technology//LIU Jing， LAI Yingxu， XU Wei， YANG Zhen

Abstract The paper is aimed at discussing how to reform for excellent engineer training oriented organization form of teaching and teaching approach. Building teaching system is proposed to be built up from three aspects with the aiding of Theory Curriculum System， Experiment Segment System and Technology Innovation System. Learning and certification should be combined with utilization of resources in practical training bases of university and related enterprises. Inspection method should be reformed， and capability of examinees should be evaluated comprehensively.

Key words routing and switching technology； practical training base； excellent engineer

1 引言

路由與交換技術課程是北京工業大學信息安全專業非常重要的一門專業課，授課對象是本科二年級學生，前導課程是計算機網絡基礎。該課程主要是培養學生能夠運用基本的網絡通信技術知識解決實際的局域網和廣域網絡互聯通信中路由與交換的技術問題。課程的大部分內容比較抽象、難以理解，教師用語言不易描述，協議中的某些規律難以捕捉。因此，該課程在授課過程中存在一些問題，教學內容枯燥乏味，考核形式單一化，學生實操能力差，與社會實際需求脫節，等等，使得該門課程的教學效果并不理想。

目前，國內很多院校都在嘗試該課程的教學改革，主要的改進方式有：1）增加路由交換技術的課時量[1]，可以讓學生有充分的時間去消化和吸收課程的內容，但還是無法突破傳統面授教學的局限性；2）采用問題驅動教學法[2]，以問題為導向，讓學生帶著問題去學習，處于不斷探索的情境之中，但是達不到培養學生綜合運用知識解決實際問題的目標；3）加強對實驗課的管理[3]，增加實驗課程的綜合性內容，使用軟件構建虛擬實驗環境，在考核環節增加上機考試的比重，但是目前虛擬的實驗環境與真實設備有著很大的區別，很多實驗無法完成。該課程改革現有的經驗都不太適合本專業的情況。

2011年，北京工業大學信息安全專業入選教育部“卓越工程師教育培養計劃”?！白吭接媱潯钡闹饕繕耸桥囵B造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的各類型高素質工程技術人才，即卓越工程師后備人才，因此，“卓越計劃”參與高校在研究、設計和構建滿足卓越工程師培養目標要求的課程體系和教學內容的同時，要注重與之相適應的教學組織形式和教學方法的改革、研究和設計。

2 課程教學創新探索的基本途徑

為了提高課程的教學質量，滿足卓越工程師培養目標，使參與“卓越計劃”的信息安全專業學生日后具備較強的工程能力和綜合素質，本專業教師對課程進行了面向卓越工程師培養的教學組織形式和教學方式改革。課程的教學改革堅持以學生為中心，以學生的知識獲取、能力培養和素質提高為出發點和落腳點，以培養卓越工程師為目標。在創新探索的過程中按照教育部和學校培養標準中的要求，認真分析、研究和比較各種教育教學方法，合理利用各種現代教育資源和教學手段，研究和設計適合本專業實際情況的、有利于學生全面發展和提高的教學組織形式和教學方式，充分調動學生學習的積極性、主動性和獨立性。

課程教學的創新探索主要集中在探索多樣化的教學方式。一方面通過實例學習，使學生深入理解計算機網絡常用的路由和交換協議以及掌握網絡搭建與優化的方法。課程受到網絡技術發展的前沿性和創新性的影響，因此將最新技術內容和行業所需的技術融入課程中，使學生更好地掌握和應用網絡知識。另一方面，該課程實踐性非常強，在教學過程中注重理論與實踐相結合，培養學生的創新能力，激活學生自主學習和探究的動機，指導學生如何學習和思考，把知識轉化為技能、把技能轉化為智慧，培養學生的專業素養、學科能力和思維方法。

3 課程教學創新探索的實施

路由與交換技術課程是48個學時，教學改革在充分利用48個學時達到有效的教學目的基礎上，拓展教學環境，把大學生創新精神和實踐能力培養落到實處。具體實施主要分為以下幾個方面。

系統性建設教學改革體系 從理論課程體系、實驗環節體系、科技創新體系三個方面，三位一體地建設教學體系。研發搭建信息安全教學網站和網絡實驗平臺，作為三位一體教學體系的主要輔助，更好地支持學生自主學習。endprint

1）理論課程體系由課程教學單元構成，采用模塊化教學，突出重點和難點。理論課程根據自編教材構建了七個教學模塊，按照路由基礎介紹→距離矢量路由協議→EIGRP路由協議→OSPF路由協議→虛擬局域網→虛擬局域網中繼技術→生成樹協議這一主線來組織內容。

在實際的課堂教學過程中，首先在每一章中明確講授目標，在講解具體內容時，由生活中的經典案例引出所要學習的知識。

其次，充分理解教材的重點、難點問題進行突破。針對這些重點難點，設計制作Flash多媒體課件，在創意時將重點落在“抽象問題具體化、微觀問題宏觀化、靜態問題動態化”。①抓住細節內容演示。如在子網劃分問題中，通過Flash學生可以看到對一個B類主網進行子網劃分的過程：通過從IP地址中的主機位借兩位，原網絡劃分成四個獨立的網段，網段之間的通信需要路由器的支持。②采用問題驅動教學法。在每一個Flash中設計一個故事場景，讓學生了解在什么情況下應該使用何種技術，該技術能夠解決什么樣的問題，它的優點和缺點是什么；教師在播放中設計相關的問題的提問和解答。

再次，在講解理論知識時，利用Cisco Packet Tracer軟件進行實際操作。比如，在有類路由協議不支持不連續子網這個問題上，用PT軟件配置完成之后，學生可以看到路由表中的錯誤現象。

教學網站為學生提供教學課件上網學習，提供與實驗科研任務相關的背景知識和信息資料，提供必要的工具和交流支持，引導學生逐層逐步地將問題研究清楚和解決。改變過去在課堂教學中所有知識內容都要講的狀態，堅持“少而精”，有針對性地集中講解重點和難點問題，解決“滿堂灌”導致什么都講不清楚的情況，由此突破傳統面授教學的局限性。

2）實驗環節體系由基礎、綜合與研究實驗構成。課程改革的探索堅持理論知識和實踐技能并重，強調通過基本技能和綜合能力的訓練，逐步培養創新意識、創新能力。每個系列的實驗內容包括基礎驗證型實驗、綜合型實驗和研究創新型實驗：基礎驗證性實驗用來加深學生對具體理論的掌握；綜合型實驗可以鍛煉培養學生綜合應用所學知識在實際環境中處理網絡問題的能力；創新型實驗則能夠明顯提高學生的實踐創新能力，激發學生的科研創新潛力和專業實踐興趣。課程實驗包括三個系列實驗，如圖1所示。

在實驗課程中，學生分為四人一組，每組采用六臺路由器、四臺交換機和四臺PC機搭建實踐教學環境。學生依據實驗指導書中的實際拓撲圖連接設備，并且按照步驟完成基礎型實驗。書中詳細闡述了基礎型實驗各個步驟所需要輸入的命令，幫助學生復習課上所學內容。但是實驗步驟中故意設置了錯誤點，防止學生不動腦型的照抄。這種形式既鍛煉了學生的動手能力，也提高了學生的排錯技能。比如，在RIPv1配置實驗中，拓撲圖中給出的網絡地址故意設置為不連續子網，學生在測試連通性時會發現丟包的現象。

綜合型實驗均為企業的實際案例，以實驗一的綜合型實驗為例，學生需要根據拓撲圖和給定需求進行子網劃分，在不同區域配置恰當的路由協議等。創新型實驗可以讓學生針對某一個專題進行深入的了解和研究。實驗二的創新型實驗要針對校園網從IPv4向IPv6的過渡，根據現有的軟、硬件環境，設計符合校園網實際情況的幾種過渡方案，并給出具體的實現過程。由于是信息安全專業的學生，需要培養學生的網絡安全意識，因此在實驗中加入安全相關內容。例如，實驗三的綜合實驗，要求用戶端能夠防止私設DHCP服務器、私設IP地址和ARP攻擊。

網絡實驗平臺實現遠程實驗環境，使學生能通過瀏覽器在真實網絡設備上進行網絡實驗。將實驗環境延伸至學生宿舍、圖書館等場所，做到7*24小時開放專業實驗室，滿足學生的需求。

在實驗教學過程中，強化學生的主體作用，教師在必要時要指導學生解決實驗過程中遇到的一些難以解決的或者意外的問題，以免學生遇到困難之后可能無法進行后續實驗，從而影響實驗效果。

3）科技訓練體系由科學研究、研究報告及其他各類科技活動組成，旨在引導學生盡早進入科研實驗室和項目組，接受科學研究的鍛煉和學術氛圍的熏陶。對于動手能力強的學生，加強學科、技能競賽管理。從2006—2012年，每年在全校范圍內舉行一次“思科網院杯”全國大學生網絡技術大賽校內選拔賽，指導學生參加。對于競賽中的成績優異者給予創新學分獎勵，競賽中的優勝者進行集中訓練，參加“思科網院杯”全國大學生網絡技術大賽。對于有科研興趣的學生，要求其早進課題、早進實驗室。

依托北京工業大學“信息安全實訓基地”平臺，建設多元、優質和開放的校內外課程學習與科技活動支撐環境，可以根據不同學生的研究興趣與職業規劃，進行差異化個性培養。在實現專業人才培養全覆蓋的同時，滿足不同研究興趣與職業規劃學生的培養需求。指導學生參加校內星火基金項目，鼓勵學生參加專業教師科研項目，引導其發現自身的研究興趣與職業規劃。并針對個性化的發展要求，做到讓不同發展需求、不同職業規劃、不同能力特點的學生能夠各取所需，找到提升自身能力的途徑。

充分利用企業和校內實訓基地資源 依托企業，參加實際項目的模擬開發，使學生的研究性學習經驗能夠通過一個貼近專業實際的設計或研究項目完整而充分地體現出來，并在此基礎上使學生進而得到知識和能力的提升和總結，獲得高峰體驗。實訓注重綜合素質與個性化培養的結合。校內“信息安全實訓基地”平臺的網絡設備均采用思科網絡設備搭建，實驗室的配置與認證考試配置相同，使得學生在學校不僅僅學習網絡基本理論，還可以參加認證與培訓相結合的實驗體系，經過本課程的學習后能夠參加CCNA和CCNP認證考試。在這樣的體系下，有利于面向社會培養面向應用的高素質網絡人才，學有所用，提高學生的就業能力，為學生畢業后很快適應勝任工作打下扎實的應用基礎。

實行考核激勵機制 作為一門實踐性很強的課程，考核是評價學生學習效果和教師教學質量的標準。更重要的，它是一個激勵體制，成為指導學生學習的方向和標準。本課程的考核分為三部分：平時實驗成績、考勤、期末筆試考試。其中考勤比重占10%，平時實驗成績比重占到60%，期末筆試比重為30%，創新型實驗和CCNA證書均為加分項。嚴格考勤可以帶動學生建立良好的班風。平時實驗成績主要體現整個學期全部實驗成績的平均水平，基礎驗證型實驗和綜合型實驗為必做項，教師根據每個人分工的完成情況，以及最后的調試結果打分。創新型實驗是為后續科研創新工作打下良好的基礎，因此作為學生的加分項目。筆試與實驗成績的結合，可以兼顧對基本理論知識以及實際操作能力的考核，在很大程度上減少學生死記硬背的學習情況，綜合評價學生的能力，充分體現公平、公開、公正的原則，促進良好學習風氣的形成。endprint

4 課程教學創新探索的實踐效果

將以上改進的方法應用到實際的教學過程中，使學生在注重理論學習的同時提高參與實踐的積極性，理論知識與實踐實訓有機結合，實驗科研中遇到的問題又可以促使學生在理論上尋求解答。兩方面相輔相成，相互促進。

經過三年不斷地嘗試與改進，學生對路由交換技術這門課程的滿意度有了很大提升，工程能力和學習的主動性有了很大的提高。在近幾年的全國“思科網院杯”大學生網絡技術大賽中，獲得集體一等獎一次，集體二等獎二次，集體三等獎二次，集體優勝獎二次；目前已有50多人次獲得CCNA證書，其中四人次獲CCNP證書，10多人次獲全國信息化工程師的培訓證書。多名學生主持并完成校級星火基金項目及全國大學生創新實驗計劃項目，為后續課程的學習和科研工作打下良好的基礎。

5 結論

路由交換技術課程的教學改革是一項長期的任務，仍需繼續根據學生的特點、企業實際工作崗位的要求和網絡科技的發展不斷地探索，不斷地改進。在進行教學研究的同時，也要注重科研工作，并將研究成果逐步融入傳統教學內容中，形成科研—教學—科研的良性循環模式，對教學起到巨大的促進作用。只有這樣，培養出來的學生才能適應社會，成為社會需要的有用之才。

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