摘要：分析了国内工程技术类专业实践课程的教学现状，提出了运用泛在网层次结构构建实践教学平台的建设方案和实现方法，并以计算机网络综合实践教学平台的构建为例进行了详细说明。
关键词：实践教学；泛在网；教学资源共享
作者简介：张杰（1972-），男，河南驻马店人，郑州轻工业学院计算机与通信工程学院网络工程系主任，副教授。（河南 郑州 450002）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）05-0085-02
随着社会的发展，对工程技术类人才的需求也日益增加，截止到2010年，我国开设工科专业的本科高校1003所，占本科高校总数的90%；高等工程教育的本科在校生达到371万人，研究生47万人。但大多数高校在大量扩展工科专业学生的同时，也遇到了实验场地不足、实验设备少、综合实践教学条件缺失等制约培养工程技术人才的关键条件。虽然通过“十一五”期间“高等学校本科教学质量与教学改革工程”强化了实践教学关键环节、引导了教学改革方向、加大了教学投入，工程技术类专业实践教学的条件和质量得到了一定程度的提升，但是教育部、财政部在“十二五”期间继续实施“高等学校本科教学质量与教学改革工程”中特别指出了“大学生实践能力和创新创业能力不强”的薄弱环节，解决这一环节的关键在于实践教学平台的建设和实践教学方法的改革。
一、泛在网概念的提出对实践教学模式的影响
泛在网的提出和应用提供了有效改善工程技术类专业实践教学模式的方式和方法。泛在网路是指无所不在的网络社会将是由智能网络、最先进的计算技术以及其他领先的数字技术基础设施武装而成的技术社会形态。泛在意味着连接的是非传统的计算设备，可能是非常小的、不可见的计算机以及大量的设备参与泛在网络通信。泛在网设备配备的各种不同的传感器从环境中收集数据，通常具有移动性，执行的任务和地理位置以及相关联的设备有关系。它有两层重要含义：随时随地的网络；网络的通信超越了人与人的通信，继而出现了人与物的通信、物与物的通信。
由于数字化、电子化的普及和发展，工程技术类专业的实践教学设备也越来越多地具备了实现远程命令控制的条件，又有泛在网人与物通信、物与物通信的基础，利用泛在网的理念和技术可以将高等学校、科研院所、高新企业等不同单位、不同地域的实验设备和实践教学环境跨时空地连接起来，构建虚拟现实教学平台。在实践创新能力培养方面，可以创建教育部、财政部要求的“整合各类实验实践教学资源，遴选建设一批成效显著、受益面大、影响面宽的实验教学示范中心，重在加强内涵建设、成果共享与示范引领。支持高等学校与科研院所、行业、企业、社会有关部门合作共建，形成一批高等学校共享共用的国家大学生校外实践教育基地。”有了这样的实践教学环境就充分为达到教育部卓越工程师教育培养计划提出的“培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才”的目标奠定了基础。
二、运用泛在网的层次结构构建实践教学平台
1.实践教学平台的结构
实践教学平台要实现的主要功能如下：
（1）远程实验设备权限管理：管理远程用户对实践教学平台中实验设备的使用权限和时间。对远程用户的访问要设定一定的权限，达到保证整个实验环境的安全性和设备统一管理的目标。另外，对共享实验设备施行限时控制，远程用户预约试验，试验室要保证用户在实验时间内的设备开放，试验完毕后的设备收回，从而提高实验设备的使用效率。
（2）用户管理：管理用户的身份、权限和验证，不同的身份进入不同的功能页面。用户实验的申请和用户提交的实验信息要及时反映到数据库，便于管理人员对实验信息进行处理。实验信息的反馈要及时，即及时把用户实验信息和使用仪器的信息反馈给用户。
（3）远程用户对实验设备的远程操作实现：根据用户提供的实验要求和选用的设备，在预约的时间内自动分配实验设备，并根据用户要求的实验条件，利用远程控制搭建相应的实验环境，满足用户能够身临其境地实现对实验室设备的操作，从而完成实验。
根据泛在网的架构，实践教学平台从实验用户客户端到实验设备区包括应用/服务、实验室通用平台、传输网络、接入感知等部分，如图1 所示。客户端供远程使用实验环境的用户使用。实验室通用平台是服务器，同时作为应用服务器和Web服务器用于共享实验设备管理、实验预约、实验环境生成和用户管理的实践教学管理平台。一方面对硬件设备的权限和硬件设备的信息进行管理；另一方面作为WEB服务器与远程实验用户进行交互（包括向远程用户反馈实验数据和其他信息），并对远程用户的信息进行管理。具体工作流程是：远程实验用户注册和登陆到实验室通用平台，向实验室通用平台提交实验申请，实验室通用平台自动（或由工作人员）通过数据库管理向用户分配可用设备，实验室通用平台把设备信息反馈给用户，最后用户通过远程桌面对实验仪器远程控制并进行实验。
2.实践教学平台的实现案例――计算机网络综合实践教学平台
计算机网络类课程已经成为很多工程技术专业开设的必修课程，但在践教学中很多学校甚至没有专用的网络实践教学实验室，网络基础课或网络应用课的实践教学课有的不开，有的勉强在普通的计算机实验室进行，这必然影响教学和学习效果；有一些院校在现有网络资源的基础上构建了传统模式的计算机网络实验室，但是由于网络设备昂贵、更新快、网络新技术不断涌现、网络实验类型多等特点，使这种传统的实验室具有的资源不足、资金紧缺、地域局限性等缺陷，而基于这种实验室的实践教学因形式、设备及时间/空间等的局限性已不能适应现在的计算机网络教学，急需组建一个高效的能够适合多个课程的综合实践教学平台。
根据泛在网的接入感知、传输网络、通用平台、应用服务的层次架构，基于系统性、先进性、实用性、开放性、发展性的原则以及实验室的具体实验设备，设计出总体的网络综合实践教学平台的拓扑结构如图2所示。串口控制单元SCU（Serial Control Unit）是接入感知的核心，也是每个实验组的控制中心，每个实验组通过SCU上的网络接口将所有的实验组互联到实验室中心交换机上。每个逻辑实验组分别完成不同类型的实验，也可以将多个逻辑实验组合并为一个物理组中，形成综合实验组。控制管理平台具有可视化网络拓扑图和远程模拟串口登陆设备等功能，可以多人共享同一台设备，以小组方式学习，同时教师还可以实时打断学生的操作，进行指导教学。专业实验设备区备有思科、华为和神州数码等多个厂家的高、中、低端设备，供学生完成实践教学的内容。
综合实践教学平台的用户包括管理员、教师、现场实验用户、远程实验用户等。管理员为系统管理员，具有建立实验室、建立远程实验、课堂实验及管理用户、维护系统运行等权限。教师具有建立远程实验、课堂实验及管理现场实验用户和远程实验用户的权限。现场实验用户是指进入实验室做实验的用户。远程实验用户是指通过校园网或Internet远程登录实验室做实验的用户，可以向管理平台预约实验环境，并在预约时间内通过远程可视化拓扑，使用远程模拟串口登录设备功能，完成实验。
三、结论与展望
计算机网络综合实践教学平台经过两年的运行，不但成为了本校网络工程专业实践教学的支撑平台，而且承担了其他专业计算机网络类课程的实践教学任务，尤其是远程承担了几个独立学院（软件学院、国际教育学院等）相关专业的实践教学任务，充分显示了该实践教学平台打破时间/地点限制、提高实验设备有效利用率的优点。目前，计算机网络综合实践教学平台已扩充了信息安全、电子商务等专业的支撑实践教学平台，都起到了减轻教师工作量、增加实验设备利用率、增强学生的动手动脑能力、促进学生对知识更好理解的效果。
这种利用泛在网物物相连、人物相连的技术和理念构建的实践教学平台的优越性决定了其扩充和推广的意义。通过低成本的投入改造现有的实践教学环境，利用跨时空、跨地域的方式达到承担超负荷实践教学的目的；可以整合各类实验实践教学资源，实现高等学校与科研院所、行业、企业、社会有关部门合作共建的跨时空、跨地域的实验教学示范中心，可以实现资源全面共享，包括环境共享、设备共享、数据共享、成果共享等，这样的实践教学平台不仅节约投入成本、优化教学资源，也将是培养卓越工程师的有力支撑。
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（责任编辑：王祝萍）