一、引言
随着信息技术的迅猛发展，计算机编程能力已成为现代教育中不可或缺的一部分。C语言作为经典的编程语言之一，被广泛应用于程序设计的基础教学中。本方案旨在研究在学校场地有限的情况下，合理配置资源，建设一个既能满足C语言顺序结构、选择结构以及循环结构等程序设计实训需求，又能与计算机网络技术实训相结合的多功能实训室。
程序设计基础实训室效果图
程序设计基础实训室效果图
二、实训室功能需求分析
（一）C语言程序设计教学需求
为了满足C语言程序设计教学的核心要求，实训室需具备以下功能：
1．支持全面的C语言程序设计实训：实训室应能支持学生深入学习并实践C语言的三大基本结构——顺序结构、选择结构和循环结构。这要求实训室提供的开发环境能够涵盖从简单的变量声明、赋值到复杂的条件判断、循环控制等所有基本编程技能。
2．提供稳定高效的C语言开发环境：为了使学生能够专注于编程学习，实训室必须配备稳定、高效的C语言开发环境。这包括安装最新的C语言编译器和集成开发环境（IDE），如GCC、Visual Studio Code或Dev-C++等，确保学生在编写、调试和运行代码时能够流畅无阻。
3．满足个性化学习需求：考虑到学生之间的学习基础和兴趣存在差异，实训室应支持多样化的教学场景，如分层教学、小组讨论、项目实践等。通过提供不同难度级别的实训项目、在线学习资源以及灵活的预约系统，实训室能够满足不同层次学生的个性化学习需求。
（二）计算机网络技术实训需求
为了满足计算机网络技术课程的实验教学要求，实训室还需具备以下功能：
1．支持网络配置与协议分析实验：实训室应配备必要的网络设备，如交换机、路由器、防火墙等，以及网络协议分析软件，如Wireshark等。这些设备和软件能够支持学生进行网络配置、协议分析、网络故障排除等实验，从而深入理解网络技术的核心概念和应用。
2．提供网络设备模拟或真实设备操作环境：为了增强学生的实践能力，实训室应提供网络设备模拟环境或允许学生直接操作真实设备。这不仅能够加深学生对网络技术的理解，还能提高他们的动手能力和解决实际问题的能力。
（三）场地与资源共享需求
在有限的场地条件下，实训室的设计应充分考虑功能共存和资源共享的需求：
1．合理布局：通过科学规划实训室的空间布局，实现C语言程序设计实训与计算机网络技术实训的功能共存。例如，可以采用分区设计，将实训室划分为编程学习区和网络实训区，同时设置共享资源区，以满足不同实训场景的需求。
2．充分利用现有资源：为了避免重复配置和浪费资源，实训室应充分利用现有的计算机、网络设备和其他教学资源。通过合理调配和升级现有设备，以及引入高效的教学软件和管理系统，实训室能够在有限的资源条件下实现最大化的教学效益。
三、程序设计基础实训室设计方案
（一）实训室布局规划
1. 分区设计
实训室整体布局分为三个主要区域：编程学习区、网络实训区和共享资源区，以满足不同课程的教学需求，同时实现功能分区的清晰化与高效化。
（1）编程学习区
该区域配备高性能计算机，每台计算机均配备独立的编程环境，用于C语言程序设计实训。计算机按照小组形式排列，便于学生进行协作学习和讨论。此外，该区域还配备多媒体投影设备，方便教师进行理论讲解和代码演示。
（2）网络实训区
网络实训区主要用于计算机网络技术的教学和实验。该区域配备网络设备架，放置交换机、路由器、防火墙等设备，用于模拟真实网络环境。学生可以通过实际操作设备，进行网络配置、协议分析和故障排除等实验。此外，该区域还配备网络测试工具，如Wireshark，用于网络流量捕获和分析。
（3）共享资源区
共享资源区位于实训室的中心位置，便于学生使用。该区域配备打印机、资料柜和多媒体展示屏。打印机用于学生打印代码和实验报告；资料柜存放实训教材、实验指导书和参考资料；多媒体展示屏用于展示教学公告、实验进度和优秀作品。
2. 灵活隔断
为提高空间利用率，实训室采用可移动隔断设计。隔断可以根据课程需求灵活调整各区域的大小，实现空间的动态分配。例如，在进行C语言实训时，可以扩大编程学习区，将网络实训区的部分空间临时用于小组讨论；在进行网络技术实训时，则可以将网络实训区扩展，以容纳更多的设备和学生。
隔断设计采用轻质材料，便于移动和安装，同时具备良好的隔音和遮光性能，以减少不同区域之间的相互干扰。通过灵活隔断，实训室能够适应多样化的教学场景，满足不同课程的教学需求。
（二）软硬件配置
1. 计算机配置
（1）操作系统：每台计算机安装Windows 10或Linux操作系统（如Ubuntu），以满足不同课程的教学需求。Windows操作系统适用于C语言开发和多媒体教学，而Linux操作系统则为学生提供了一个真实的编程和网络环境，便于学习Linux下的开发和网络管理。
（2）开发环境：预装Visual Studio Code、Dev-C++等C语言开发工具。Visual Studio Code因其强大的代码编辑功能、丰富的插件支持和轻量级特性，适合初学者和进阶学生使用；Dev-C++则以其简洁的界面和高效的编译速度，为学生提供一个稳定的编程环境。此外，还安装GCC编译器，确保学生能够进行C语言程序的编译和调试。
（3）教学辅助软件：安装多媒体教学系统，支持教师进行屏幕广播、远程控制和实时演示。同时，引入在线编程平台，为学生提供丰富的编程练习资源和远程学习支持。
2. 网络设备
（1）交换机：配置多台二层和三层交换机，用于VLAN划分、端口镜像和STP协议配置等实验。交换机支持多种VLAN划分方式，能够满足复杂的网络拓扑结构需求。
（2）路由器：配备多台路由器，用于静态路由和动态路由配置实验。路由器支持RIP、OSPF等常见路由协议，能够模拟真实网络中的路由选择和路径优化场景。
（3）防火墙：配置一台防火墙设备，用于网络安全实验。防火墙支持访问控制列表（ACL）配置、入侵检测和基本加密技术，帮助学生掌握网络安全防护的基本技能。
（4）网络测试工具：安装Wireshark等网络分析工具，用于捕获和分析网络流量，帮助学生理解网络协议的工作原理和数据传输过程。
3. 教学软件
（1）多媒体教学系统：安装多媒体教学系统，支持教师进行屏幕广播、远程控制和实时演示。教师可以通过该系统展示代码编写过程、实验操作步骤和教学课件，同时能够实时监控学生的操作情况，及时发现并解决问题。
（2）在线编程平台：引入LeetCode、HackerRank等在线编程平台的账号，为学生提供丰富的编程练习资源和远程学习支持。学生可以在平台上进行编程练习、参加编程竞赛和查看学习进度，教师也可以通过平台了解学生的学习情况，进行个性化指导。
（3）网络模拟软件：安装Packet Tracer等网络模拟软件，用于模拟复杂的网络拓扑结构和网络环境。学生可以通过该软件进行网络搭建、配置和测试，提前熟悉真实网络环境的操作流程，提高实验效率和安全性。
（三）实训内容设计
1. C语言实训模块
C语言实训模块围绕顺序结构、选择结构和循环结构展开，通过基础练习和综合项目，逐步提升学生的编程能力。
（1）顺序结构
l 基础输入输出：学习scanf和printf函数的使用，掌握基本的数据输入和输出操作。
l 变量声明与赋值：理解变量的定义、初始化和作用域，掌握不同类型变量的使用方法。
l 表达式计算：通过简单的数学运算和逻辑运算，学习表达式的优先级和计算规则。
（2）选择结构
l if语句：学习单分支、双分支和多分支if语句的使用，掌握条件判断的基本方法。
l switch语句：理解switch语句的语法结构和执行流程，通过案例练习掌握其应用场景。
（3）循环结构
l for循环：学习for循环的语法结构和使用方法，通过案例练习掌握循环控制变量的初始化、条件判断和更新操作。
l while循环：理解while循环的执行流程，学习如何使用while循环实现重复性任务。
l do-while循环：掌握do-while循环的特点和应用场景，通过对比学习理解其与while循环的区别。
（4）综合项目
l 简单计算器：设计一个简单的计算器程序，支持基本的加、减、乘、除运算，通过该项目强化学生对顺序结构、选择结构和循环结构的综合应用能力。
l 猜数字游戏：设计一个猜数字游戏程序，通过随机数生成、用户输入和条件判断等功能，培养学生的逻辑思维能力和问题解决能力。
2. 网络技术实训模块
网络技术实训模块围绕网络基础、路由与交换和网络安全展开，通过理论学习和实践操作，帮助学生掌握计算机网络的基本原理和操作技能。
（1）网络基础
l OSI模型：学习OSI七层模型的结构和各层的功能，理解协议分层的概念和作用。
l TCP/IP协议栈：掌握TCP/IP协议栈的层次结构和主要协议（如IP、TCP、UDP、HTTP等）的功能和工作原理。
l IP地址配置：学习IP地址的分类、子网划分和配置方法，通过实验掌握网络设备的IP地址配置和网络连通性测试。
（2）路由与交换
l 静态路由配置：学习静态路由的基本概念和配置方法，通过实验掌握如何在路由器上配置静态路由，实现不同网络之间的通信。
l VLAN划分：理解VLAN的概念和作用，学习如何在交换机上划分VLAN，实现网络的逻辑隔离和安全控制。
l STP协议：学习生成树协议（STP）的基本原理和配置方法，通过实验掌握如何防止交换机环路，确保网络的稳定运行。
（3）网络安全
l 防火墙配置：学习防火墙的基本功能和配置方法，通过实验掌握如何使用防火墙进行访问控制和网络防护。
l 基本加密技术：介绍对称加密和非对称加密的基本原理和应用场景，通过案例学习掌握常见的加密算法（如AES、RSA）的使用方法。
通过以上实训内容设计，实训室能够为学生提供一个全面、系统的C语言程序设计和计算机网络技术学习环境，满足不同课程的教学需求，培养学生的实践能力和创新思维。