案例驱动的“计算机网络”实验课程研究

［摘 要］ 针对“计算机网络”实验课程面临的实验设置零散、实验设备不足、实验内容单一、考评指标不充分的问题，分析了国内外关于“计算机网络”实验课程教学的方式方法，提出以案例为驱动、多样化实验环境、多层次实验内容、多指标考核评价的“计算机网络”实验课程设计思路。改进后的教学模式调动了学生的实践积极性，多样化实验环境和多层次实验内容可以满足不同层次学生的需求。实验考评降低了报告分数占比，加强过程考核及自评互评等，综合评价学生学习效果。对学生反馈的问题明确了下一步改进方向。

［关键词］ 计算机网络；案例驱动；虚实结合

［基金项目］ 2021年度教育部基础学科拔尖学生培养计划2.0研究课题“夯实基础，探索前沿，面向拔尖人才培养的‘计算机网络’课程多维一体教学模式探索与实践”（20212087）；2022年度教育部-华为“智能基座”联接领域课程“计算机网络”（22ZNJZ27）

［作者简介］ 张利平（1983—），男，陕西榆林人，硕士，西安交通大学计算机科学与技术学院工程师，主要从事计算机网络、物联网应用研究；郑卫斌（1972—），男，陕西西安人，博士，西安交通大学计算机科学与技术学院讲师（通信作者），主要从事计算机网络、自然语言处理研究；张未展（1976—），男，陕西西安人，博士，西安交通大学计算机科学与技术学院教授，主要从事计算机网络、高性能智能计算研究。

［中图分类号］ G642.1 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2025）07-0133-04 ［收稿日期］ 2023-12-04

“计算机网络”是计算机科学与技术专业的核心课程，理论知识和实践应用结合得非常紧密，因此必须通过大量的实践来夯实基础知识，提高分析问题和解决问题的能力，培养科研兴趣。“计算机网络”实验课程设置应该以网络应用需求为导向，分析和解决问题为引导，鼓励学生自主设计和研究，培养学生的实践和科研能力。

一、存在的问题

当前“计算机网络”实验课程存在的主要问题如下［1-2］。

第一，实验设置零散。“计算机网络”课程体系庞大，知识点繁多，在设置实验课程时，往往以零散知识点的验证分析为主，没有将相关网络知识及应用融合进来。学生在实践时，只能片面了解零散知识点，不能宏观掌握计算机网络整体架构和各个知识点之间的关联。

第二，实验设备不足。网络硬件设备价格昂贵，且更新换代较快，实验室无法长期投入大量资金进行设备采购和更新，导致实验设备不足。我校计算机网络实验室有8组实验设备，最多可承担32人同时实验，不能满足多班级同时开展实验的需求，新型网络设备无法及时得到补充。

第三，实验内容单一。实验内容一般包括组网、设备配置及协议分析等，以验证型实验为主。实验主要依托网络仿真器开展，利用真实网络设备和互联网环境的情况较少，网络编程实验较少。实验难度适中，未考虑不同层次学生的实验需求。

第四，考评指标不充分。实验课程考核一般以实验报告分数为主，分组实验时同组人员分数差别不大，较少关注实验过程及组内人员分工情况，无法充分调动学生的积极性。实验报告分数并不能完全体现学生学习和课程教学效果，无法根据考核成绩对课程进行持续优化改进。

二、设计思路

针对以上问题，在学习研究国内外其他院校计算机网络实验设计方法的基础上［3-4］，提出了以案例为驱动、多样化实验环境、多层次实验内容、多指标考核评价的“计算机网络”实验课程设计思路。

（一）案例驱动

以校园网络规划为例，从网络规划原则、网络需求分析、网络规划方案、主要技术实现、特殊情况处置等方面介绍网络规划过程，将实验内容有机融入网络规划的各个步骤之中。实验设置见图1。

（二）多样化实验环境

依托实验室硬件设备的自建局域网环境，可以使学生掌握网络硬件设备的配置和使用；利用云服务器与本地计算机搭建的真实互联网网络环境，可以抓取真实互联网环境下的数据包进行学习和分析；使用网络模拟器可以在课余时间不依赖硬件设备开展仿真模拟实验；借鉴开源仿真系统搭建的路由仿真实验平台，可以提高学生的网络编程能力，掌握路由协议的精髓；自行研制的SDN网络实验平台，可以通过软硬件相结合的方式实现网络功能，提高学生的综合能力素质。

（三）多层次实验内容

实验分为硬件实验、网络编程实验和扩展实验三部分。硬件实验将组网与协议分析有机结合起来，在网络设备配置的基础上，通过实验现象和抓取的数据包分析网络协议的工作过程；网络编程实验要求实现网络通信、数据可靠传输、路由协议等内容，考查学生的网络编程能力和对网络协议的理解；扩展实验引入当前网络相关新知识、新技术，与时俱进，扩展学生的知识面。每个实验中，设置必做任务和选做（进阶）任务，学生完成必做任务后才能获得实验分数。在进阶任务中引入研究型、综合型问题，难度有所提升，用以满足不同层次学生的实验需求。“计算机网络”课程实验内容设计见表1。

（四）多指标考核评价

构建多元评价机制，强化过程考核，将互动交流、检查验收、实验报告、自评互评等均纳入考评范围，综合评价学生的能力和素质。通过课程问卷调查收集学生对实验课程的反馈意见，作为课程评价和改进的依据。

三、实施过程

（一）网络规划案例

××学校主校区共有建筑物54栋，大部分建筑物为2000年建成，部分建筑物网络线路老化严重。通过某运营商接入互联网，对内、外网提供网络服务（如办公系统、邮件系统、校园主页等），网络用户数7 000。现有网络核心设备购置较早，使用年限过长，性能已无法满足现代化教学对网络的需求。网络改造后，需要实现校园各区的高速互联互通和互联网高速接入，支持网络办公、网上教学、视频会议、智慧校园及视频监控等网络应用，在校区内实现高速无线网络全覆盖，网信中心对网络进行统一管理和维护，确保内、外网畅通及访问安全。在此需求基础上进行网络规划，将网络实验内容有机融入。

（二）网络实验实施

以网络层“RIP路由协议分析”和应用层“FTP协议分析”实验为例，介绍案例驱动的网络实验设计。

1.实验题目：RIP路由协议分析。

实验目的：为保证校园网核心层路由安全可靠，采用一台路由器、两台三层交换机冗余互联的方式，配置RIP路由协议。通过实验掌握网络硬件设备RIP路由协议的配置方法，掌握链路冗余和路由冗余的设置方式，研究RIP路由协议的工作原理。

基础任务如下：（1）按照拓扑图组网，在交换机和路由器上配置RIP路由协议，使不同网段之间可以互通。（2）利用端口镜像技术捕获设备之间的RIP报文，查看报文种类及各字段的含义，分析设备路由表的构建过程。（3）断开/连接交换机S1和S2之间的连线，查看网络连通路径及设备路由表的变化情况，分析体会链路冗余/路由冗余的好处。RIP路由协议分析网络拓扑见图2。

进阶任务：依托路由仿真实验平台或自研SDN实验平台，编程实现RIP路由协议并进行测试验证。

2.实验题目：FTP协议分析。

实验目的：校园网络中心服务器须布置文件共享系统，以FTP为例，分别在局域网和互联网环境中配置FTP服务，分析其工作原理及模式；掌握云服务器的配置和使用，分析互联网NAT设备对网络服务的影响。

基础任务如下：（1）在自建局域网环境中，部署FTP服务器，通过抓包分析其工作原理及主动/被动工作模式，理解应用层与下层协议的关系。

（2）依托云服务器搭建真实互联网环境，在云服务器上部署FTP服务，分别测试主动模式和被动模式能否正常工作，并分析其原因。

进阶任务：分析NAT设备对网络服务的影响，了解NAT穿透技术，尝试实现NAT穿透。

实验前，鼓励学生提前预习实验内容，通过网络模拟器进行虚拟仿真测试；实验中，依托实验室硬件设备或互联网环境，以小组为单位进行网络拓扑组建和设备配置，完成基础任务，记录实验过程及结果，通过互动交流和现场验收考查学生对实验内容的掌握情况；课后督促学生完善实验报告并提交，鼓励有兴趣的学生完成进阶任务，随时进行答疑解惑。

（三）考评方法改进

实验课程考评引入OBE理念，用目标达成度评价教学效果［5-6］。参照学生所在专业的毕业目标要求对实验课目标进行分解，分配各考核方式（实验过程成绩、实验报告成绩、自评互评成绩等）权重比，依据各考核环节对各课程目标的支撑度计算课程目标的达成度。课程结束后，通过问卷调查收集学生的意见，对实验课程进行持续改进。

四、效果分析

改进后的教学模式调动了学生的实践积极性，学生可以根据自身情况进行灵活选择，多样化实验环境和多层次实验内容可以满足不同层次学生对实验的需求。实验考评降低了实验报告分数占比，加强了过程考核及自评互评等，综合评价学生学习效果，2023年度“计算机网络专题”实验课程学生平均优秀率约70%，各目标达成度均在0.7%以上，达成了课程的教学目标。

在2023年“计算机网络专题”实验课程教学问卷调查结果中，学生对“依托自建局域网环境的实验满意度”为91.10%，对“依托互联网环境的协议分析实验满意度”为91.48%，对“依托互联网环境和仿真实验平台的网络编程实验满意度”为79.35%。部分学生认为网络编程题目难度过大，完成起来较为困难，但在“对能力提升帮助最大的实验”统计中，网络编程实验占比最大（73.02%），需要在后续教学实践中重点关注和改进优化该实验。

结语

针对当前“计算机网络”实验课程面临的问题，本文提出了案例驱动、多样化实验环境、多层次实验内容、多指标考核评价的“计算机网络”实验课程设计思路，在教学实践中取得了不错的成效，具有一定的参考价值，为“计算机网络”实验课程的开展提供了一些借鉴经验。针对存在的问题和不足，笔者会在后续教学实践中不断修改完善。

参考文献

［1］符发，杨厚群，黎才茂，等.新工科背景下计算机网络实验教学改革探索［J］.计算机教育，2023（3）：39-48.

［2］李文正.新工科背景下计算机网络课程实验教学体系的研究［J］.高教学刊，2021，7（32）：101-104.

［3］陈平平，谭定英，耿笑冉，等.计算机网络实验教学中的“双真”教学模式构建［J］.计算机教育，2020（4）：106-109.

［4］边胜琴，王建萍，张力军，等.面向工程应用开展综合网络设计实验［J］.实验室科学，2020，23（3）：60-66.

［5］刘丹丹，余琍，牛晓光，等.基于OBE理念的计算机网络课程教学改革［J］.计算机教育，2023（3）：159-163.

［6］胡夏芸，严筱永，张海涛，等.基于OBE的计算机网络组网实验案例教学［J］.计算机教育，2022（3）：116-120.

Discussion on Case-Driven Teaching of Computer Network Experiment Course

ZHANG Li-ping， ZHENG Wei-bin， ZHANG Wei-zhan， AN Jian

（School of Computer Science and Technology， Xi’an Jiaotong University， Xi’an，

Shaanxi 710049， China）

Abstract： In response to the issues of scattered experimental settings， inadequate equipment， limited content， and insufficient evaluation criteria， this paper examines Computer Network experiment teaching methods both domestically and internationally. It proposes a design concept for a case-driven course with diverse experimental environments， multi-level content， and comprehensive evaluation indices. This enhanced teaching model has stimulated students’ enthusiasm in practice while catering to the needs of learners at different levels through its varied experimental environment and multi-level content. The improved assessment approach reduces report scores while strengthening process assessments and self-evaluations that comprehensively evaluate student learning outcomes. Feedback from students is utilized to identify areas for future improvement.

Key words： computer network; Case-driven; virtual-real combination