通信网技术基础课程线上线下混合实验教学的探索与实践

［摘 要］ 随着信息技术和现代教育技术的蓬勃发展，虚拟仿真实验和混合式教学成为实验教学新的发展方向。为充分发挥学校信息化基础设施优势并推动实验教学改革，在“通信网技术基础”课程实验教学中探索了线上线下混合实验组织方式。通过介绍课程实验教学体系与虚拟仿真实验平台，设计了混合式实验教学组织实施过程与混合式实验考核评价方法，并围绕混合式实验教学基础支撑、混合式实验教学与传统实验教学对比、混合式实验教学实践意义三方面对课程探索实践进行了总结。

［关键词］ 线上线下混合式学习；实验教学；虚拟仿真实验；网络安全

［基金项目］ 2022年度教育部重点课题“军队精品课程、教材建设研究”（JYKYB2021007）；2022年度火箭军工程大学重点教育教学研究课题“线上线下混合式实验教学研究”（HJJKTK2022005）

［作者简介］ 郭文普（1976—），男，河北河间人，工学博士，火箭军工程大学作战保障学院副教授，硕士生导师（通信作者），主要从事通信网技术基础和通信网络安全与防护研究；杨百龙（1968—），男，安徽潜山人，博士，火箭军工程大学作战保障学院教授，博士生导师，主要从事计算机网络和通信网络安全与防护研究。

［中图分类号］ TP391.9 ［文献标识码］ A ［文章编号］1674-9324（2024）14-0093-04 ［收稿日期］ 2023-02-23

当前，各高校在校园信息化建设上不断加大投入，高校信息化基础设施条件不断完善。火箭军工程大学（以下简称“我校”）将信息化建设作为学校“六大工程”之一，不断加大投入逐步完善信息化基础设施，开通覆盖校园的无线教学网，建成实验室无人值守系统，校园网上的网络课程、网络资源也日趋丰富。如何有效利用日益先进的教学基础设施，借助信息化手段提升教学效果是高校和教师须要思考的重要问题之一。2020年以来，借助“雨课堂”“腾讯会议”等多种线上教学软件，各高校线上教学或线上线下混合教学取得了很大进展。例如，辽宁大学在“无机化学”课程中采用了线上+线下+虚拟仿真的多元化实验教学模式，通过在线学习+虚拟仿真+实践训练+知识测试+讨论等过程完成在线课程教学的组织与实施［1］；佳木斯大学在医学机能学实验中采用了线上线下混合式的实验教学设计，学生以小组为单位，完成教师在线上平台预留的作业，提交完整的方案和预期结果，并进行虚拟仿真实验操作，完成课前计划和决策过程［2］；上海理工大学在计算机网络课程实验与考核中采用了虚拟仿真技术［3］；宁波大学在网络安全实验中搭建了虚拟化平台［4］；军队院校装备教学课程中也逐渐应用了虚拟仿真实验技术等［5-6］。

综合文献看，虚拟仿真实验系统是高校实验室建设的一个增长点，基于虚拟仿真实验开展线上线下混合实验教学，对培养学生的创新精神发挥着越来越重要的作用。

一、通信网技术基础课程实验教学体系及虚拟仿真实验平台

“通信网技术基础”课程是我校通信工程专业的核心课程，课程教学目标是使学生掌握网络协议与网络攻防知识，具备网络设备及安全设备的初步运用能力。为达成上述教学目标，设计了课程的实验体系，如表1所示（说明：表1中内容仅是基础性实验，一些课外拓展实验项目未列入其中）。

通信网技术基础实验教学开展中存在以下难点：（1）真实实验环境难构造。真实的网络攻防环境需要数量较多的路由器、交换机等网络设备，以及运行不同操作系统、开放不同服务、存在不同漏洞的计算机，其环境构建成本较高，且效费比低。（2）真实实验环境难维护。采用真实环境开展实验，一是实验进行难以恢复原状，下一批次学生开展实验前须要花费时间进行恢复；二是引入新实验项目时，部署实验环境所需时间较长。（3）传统的实验教学依托实验室，教师在实验课堂进行讲解示范后，学生分组完成并提交实验报告，教师通过实验报告进行评价。这种实验教学模式能够完成课程所需“普适性”的“规定动作”，但难以实现对不同学生进行差异化培养，也难以培养学生的创新能力。

针对上述情况，“通信网技术基础”课程实验教学中以虚拟仿真实验代替真实实验，开发了基于eNSP［7］的网络配置实验平台，购置了网络攻防演练平台，采用线上线下混合式组织实验教学，给实验室减负，给学生加压，通过丰富实验内容进一步提高学生对知识的运用能力。

基于eNSP的网络配置实验平台，以华为网络仿真工具平台eNSP为核心，通过PyQt5将路由器、交换机等网络配置实验的实验指导书、实验拓扑等集成到一个用户界面上，学生可基于此平台开展课程网络配置实验。网络攻防实战系统基于虚拟化技术，集教学、测试、实验、实战功能集成于一体，支持的实验项目十分丰富且有扩展性。通信网技术基础课程采用虚拟仿真实验具有成本低、不受时空限制、操作性强、实验效果直观等诸多优点。

二、“通信网技术基础”课程线上线下混合实验教学实施与评价

（一）混合式实验教学组织实施

“通信网技术基础”课程线上线下混合式实验教学将实验教学划分为三个阶段。

1.第一阶段：线下实验教学。在实验教学开始阶段，通过4～6个学时在实验室环境下完成线下实验的教学。教学任务一是明确课程实验教学目标、实验内容与要求；二是使学生掌握实验教学平台的使用，并与真实环境形成映射；三是完成少量实验项目，考查学生对实验平台的掌握情况。

2.第二阶段：线上实验教学。在这一阶段，学生可依托校园网随时随地自主完成实验，也可利用晚上或周末时间进入实验室开展实验，线上实验平台可记录学生这一阶段学习及实验情况。为指导学生完成线上实验，主要采用三种措施：（1）在教学平台上设置班级，教师为班级设置培养方案，规定学生应完成的学习内容及实验项目；（2）开通班级微信群，教师推送如华为HCIP关于实验内容的讲解视频等优秀教学资源供学生自学，同时师生、生生之间遇有问题可随时交流，教师的指导更加灵活、针对性更强。（3）基于腾讯会议在课表学时内，教师进行线上实验讲解及辅导，在一定程度上对学生起到跟进和督促作用。

3.第三阶段：线下实验考核。在实验教学的最后阶段通过2个学时完成，围绕网络配置和网络攻防分别设计1个综合性实验，在实验室环境中，在同等时间同等条件下考查学生对前期所学知识和实验技能的掌握情况。网络配置考核利用eNSP平台的“试卷工程”功能，进行试卷的设计和自动评分。网络攻防考核基于网络攻防实战系统教学平台的“实验考核”功能实现。

（二）混合式实验考核评价

混合式实验考核评价是对学生混合式实验学习的情况进行评价，须要考虑学习过程中的各个方面。针对“通信网技术基础”课程混合式实验教学的组织过程，课程实验考核评价由形成性考核（50%）与终结性考核（50%）两部分构成，其中终结性考核通过线下实验考核结果评判。形成性考核依据线上实验教学阶段学生综合表现情况从知识发展、实验技能、情感与素养三方面进行评价，其评价指标与评价方法如图1所示。其中，情感与素养主要是考查学生交流合作的素质，激励学生学会沟通、分工、协作，体验团队协作的意义。

三、课程线上线下混合实验教学总结

通过两个教学班次的课程线上线下混合实验实施，总结以下三点供拟开展混合教学的课程参考。

（一）虚拟仿真实验平台是开展混合实验教学的基础支撑

虚拟仿真实验教学是依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库、网络通信等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，学生在虚拟环境中开展实验，达到教学大纲要求的教学目的的教学活动［8］。

没有虚拟仿真实验平台支撑，学生就不能脱离实验室环境的限制，就难以开展线上实验活动。因此，开展线上线下混合实验教学，实验教学条件的建设和实验项目的设计是基础，需要教师将大量的精力前移，在课程实验教学设计时就从实验项目、实验组织、实验考核角度针对“线上”特点进行专门设计。通过精心设计实验项目、构建线上实验教学环境，学生开展实验不再受场地、时间的束缚，激发学生自主学习活力。

（二）混合式实验教学与传统实验教学的对比

传统实验教学学生集中学习、便于管理，实验内容与实验要求明确，教师方便进行实验技能的规范示教，但教学内容与教学过程比较固定，评价标准单一，学生实验过程基本是按图索骥，难以兼顾学生之间学习基础的差异，不能促进学生个性化的发展和兴趣的培养。

采用混合式实验教学，实验指导书、实验环境均在线上，学生不依赖实验室和教师就可以完成实验。通过实验平台的记录和班级微信群，教师可以引导、启发、监控教学过程，充分调动学生作为学习过程主体的主动性与积极性。同时，通过实验平台的自主性、拓展性实验，可实现以学生个性和兴趣为基础的拓展教学，体现因材施教。在2021年春季学期教学班次的40名学生中，在完成“通信网技术基础”课程教学实验后，学生通过自主学习，有3名学生通过了华为数据通信HCIP认证、2名学生通过了华为数据通信HCIA认证、1名学生通过了华为安全HCIA认证，在学生间营造出了奋发向上、挑战自我的学习氛围。

（三）混合式实验教学的实践意义

混合式实验教学作为一种新的实验组织方式，可以引导实践教学条件建设向支持线上教学转变，改变以往课程实践教学须要固定的场地建设、昂贵的设备投入等传统观念。这种新的实验模式与云计算技术相结合，可以大大减少对实验场地和设备的投入。

混合式实验教学作为一种新的实验教学体系，可以引导课程实践教学改革方向。以往的实践教学受限于学时数，实践内容偏基础、偏简单，教师的精力投入主要在课上。采用线上教学后，重构实践体系时应增加高阶性、创新性、挑战度的实验内容，教师的精力投入主要在课前。这些变化将对课程实践教学改革方向起导向作用。

结语

“通信网技术基础”课程线上线下混合式实验教学的实践表明，混合式学习［9］将传统学习方式的优势和数字化学习、网络化学习的优势结合起来，促进教学模式发展与创新，提升教学效率和学习效果。混合式实验教学不仅可降低实验教学成本，更重要的是对培养学生自主学习和探索能力，提高人才培养质量具有积极作用。

参考文献

［1］姜晓庆，高敬群，孔玉霞，等.“线上+线下+虚拟仿真”的多元化实验教学模式的探索与实践［J］.化工设计通讯，2020，46（12）：99-100.

［2］梁衍锋，刘蕾，王景涛，等.“行动导向”教学理念下进行线上线下混合式医学机能学实验教学设计［J］.广东化工，2021，48（3）：240+250.

［3］赵庚升，刘磊，项培军，等.虚拟仿真实验项目设计与考核探究：以计算机网络课程为例［J］.软件导刊，2016，15（7）：215-217.

［4］吴辉宇，马勇，孙顶峰.基于虚拟化的网络安全实验设计与实现［J］.无线通信技术，2018，27（2）：52-56.

［5］陈亮，李耕，叶志浩.船舶电力系统虚拟仿真实验教学的探索与实践［J］.教育教学论坛，2021（6）：117-120.

［6］代传金，杨宾峰，来磊.基于“互联网+3C”的装备虚拟仿真实验教学模式改革与实践［J］.教育教学论坛，2020（21）：388-390.

［7］李凤银，禹继国，鞠宏伟，等.基于eNSP的网络工程实践教学体系探索［J］.实验技术与管理，2018，35（3）：209-212.

［8］熊宏齐.虚拟仿真实验教学助推理论教学与实验教学的融合改革与创新［J］.实验技术与管理，2020，37（5）：1-4+16.

［9］孙曼丽.国外大学混合学习教学模式述评［J］.福建师范大学学报（哲学社会科学版），2015（3）：153-160+172.

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