“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索

摘要：“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”是高校計(jì)算機(jī)學(xué)科的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有理論和實(shí)踐結(jié)合緊密的特點(diǎn)，本文針對這門課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)際存在的常見問題，結(jié)合課程組近年在建設(shè)“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”精品課程中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的新形勢下這門課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)進(jìn)行了相關(guān)探討。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；實(shí)驗(yàn)；教學(xué)

中圖分類號：G642文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1前言

“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”是高等院校計(jì)算機(jī)學(xué)科的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，電子科技大學(xué)的“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程最早開設(shè)于1980年代初期，自2004年起，課程組承上啟下，進(jìn)一步對課程進(jìn)行整體規(guī)劃和改革創(chuàng)新，積極探索科學(xué)的教學(xué)方法，采用國際優(yōu)秀教材，進(jìn)行精品課程建設(shè)，并于2007年獲四川省精品課程建設(shè)項(xiàng)目支持。該課程理論與實(shí)踐結(jié)合緊密，因此教學(xué)與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合是必然，課程組在“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”精品課程的建設(shè)中，分析近年網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)際存在的問題，積極探索理論和實(shí)驗(yàn)合理搭配的新方法，努力實(shí)現(xiàn)科學(xué)地結(jié)合課堂實(shí)驗(yàn)與課外實(shí)驗(yàn)，并從實(shí)驗(yàn)開設(shè)多方位、多元化等方面下功夫，力求在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的新形式下真正讓該課程理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)開展相互促進(jìn)，從而提高整體教學(xué)效果。

2 “計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)際存在問題

現(xiàn)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用無處不在，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)踐價(jià)值顯而易見。學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)知識要能夠通過實(shí)際的動(dòng)手操作來消化書本上抽象難懂的理論，并最終在掌握理論基礎(chǔ)后能夠分析和解決實(shí)踐中遇到的問題。但是，在這門課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中還存在不少實(shí)際問題，主要如下：

(1) 網(wǎng)絡(luò)課實(shí)踐性強(qiáng)，但實(shí)驗(yàn)課時(shí)偏少

在高校中，由于學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)繁重，大多數(shù)課程的課時(shí)都比較緊張，“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”這門課程的實(shí)驗(yàn)課時(shí)一般只有8~12個(gè)，實(shí)在有限。在這緊張的實(shí)驗(yàn)課時(shí)內(nèi)，只有用心設(shè)計(jì)和搭配實(shí)驗(yàn)，才能在有限的時(shí)間內(nèi)達(dá)到事半功倍的效果。

(2) 理論課重視理論灌輸，但忽視實(shí)驗(yàn)與理論的有機(jī)結(jié)合

教師在網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)中，常認(rèn)為理論和實(shí)驗(yàn)課有著明確的分工，因此在理論課上往往只注意理論知識的分析和灌輸，忽視了課堂上實(shí)驗(yàn)與理論的有機(jī)結(jié)合。其實(shí)在理論課中合理搭配和穿插相關(guān)的實(shí)驗(yàn)很重要，我們的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)也證明，理論課上結(jié)合教學(xué)進(jìn)度開設(shè)一些短小緊湊、和教學(xué)結(jié)合緊密的實(shí)驗(yàn)，當(dāng)其設(shè)計(jì)合理時(shí)，能大大提高教學(xué)效果和教學(xué)效率，并不會(huì)因?yàn)閷?shí)驗(yàn)而耽擱課程進(jìn)度。

(3) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單調(diào)

當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容開設(shè)往往偏于單調(diào)，通常過多的集中于組網(wǎng)建網(wǎng)等工程性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)。這類實(shí)踐內(nèi)容對提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力確實(shí)很有幫助，但由于總體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不夠豐富，而網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容卻是多姿多彩，導(dǎo)致主要依靠這類實(shí)驗(yàn)對學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)知識的幫助不夠全面。既然計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在各個(gè)層面、各個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用，那么只有開設(shè)多層面的實(shí)驗(yàn)，才能讓學(xué)生能夠客觀地認(rèn)識到一個(gè)真正的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

(4) 實(shí)驗(yàn)空間局限

傳統(tǒng)的方法主要集中于實(shí)驗(yàn)課，而實(shí)驗(yàn)課時(shí)本身又有限，導(dǎo)致難以在這有限的實(shí)驗(yàn)空間內(nèi)展開豐富多彩的實(shí)踐，因此除了實(shí)驗(yàn)課外，還應(yīng)該積極探索通過各種方式擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)空間。

3對“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)的建議

針對上述問題，結(jié)合課程組在建設(shè)網(wǎng)絡(luò)精品課程中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)對“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)作出幾點(diǎn)探討。

(1) 理論課上合理穿插實(shí)驗(yàn)

網(wǎng)絡(luò)中的原理一般都和實(shí)踐結(jié)合，在理論課上要積極創(chuàng)造演示實(shí)驗(yàn)的條件，如配備多媒體演示設(shè)備，教室內(nèi)開通網(wǎng)絡(luò)，安裝一些經(jīng)典的網(wǎng)絡(luò)軟件、配備一定的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。課堂實(shí)驗(yàn)可以有幾種方式：

教師演示實(shí)驗(yàn)。教師可以通過課堂實(shí)驗(yàn)演示抽象的知識。課堂上真實(shí)的演示，激發(fā)了學(xué)生的興趣，增加了信息的來源。同時(shí)，通過教師的課堂演示后，學(xué)生可以在課后模仿進(jìn)行，并且可以在課堂實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上更加深入。例如，對于TCP三次握手建立連接的講解，教師在課堂上可以打開IE瀏覽器，通過協(xié)議分析軟件抓取訪問Web服務(wù)器的報(bào)文，由于通過HTTP協(xié)議訪問Web服務(wù)器是建立在TCP網(wǎng)絡(luò)連接的基礎(chǔ)上，因此必然獲得TCP三次握手的報(bào)文，再給學(xué)生逐一分析每次握手的報(bào)文特點(diǎn)、三次握手的順序等知識點(diǎn)，通過這種方式教學(xué)，學(xué)生對HTTP協(xié)議以及TCP協(xié)議同時(shí)都有了直觀的了解。

學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)。課堂實(shí)驗(yàn)并不局限于教師演示，也可以讓學(xué)生主動(dòng)操作。例如網(wǎng)絡(luò)中軟件的體系結(jié)構(gòu)有C/S模式和P2P模式，每種方式的工作特點(diǎn)和原理不一樣。由于學(xué)生對常見應(yīng)用軟件的使用比較熟練，我們可以讓學(xué)生在課堂上對基于兩種方式的代表性軟件進(jìn)行操作使用，如使用FTP軟件和BT軟件下載文件，并把重點(diǎn)放在讓他們分析這兩個(gè)典型應(yīng)用的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)原理上，加以區(qū)分和總結(jié)。這樣的教學(xué)方式，比單純的說教講解能達(dá)到更好的教學(xué)效果，同時(shí)調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，并且通過讓學(xué)生操作，教師能夠察覺他們存在的問題，便于對癥下藥。

教師提出案例，由學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。這種安排，主要是緊密結(jié)合課程進(jìn)度來考察學(xué)生對所學(xué)知識的理解和應(yīng)用能力，在課堂上由教師提出相關(guān)案例，請學(xué)生在課后設(shè)計(jì)并實(shí)施，待下一次課堂上讓學(xué)生匯報(bào)和分析他們的實(shí)驗(yàn)情況。例如，由于學(xué)生寢室通常具備有多臺電腦和一個(gè)出口路由器的條件，對于“NAT網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換”的教學(xué)，教師在課堂上進(jìn)行基本原理的講述后，完全可以給出相應(yīng)的實(shí)踐任務(wù)，讓學(xué)生在課后設(shè)計(jì)和實(shí)施，最后回到課堂上分析他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和問題。

(2) 實(shí)驗(yàn)開設(shè)多樣化

針對以往實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一、偏重于工程化的問題，我們經(jīng)過實(shí)踐和總結(jié)，認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)開設(shè)應(yīng)該多樣化，除了工程類實(shí)驗(yàn)外，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容還可從多個(gè)方面開展。主要幾個(gè)方面的實(shí)驗(yàn)具體開展概要如下：

工程類實(shí)驗(yàn)。這類實(shí)驗(yàn)是以往網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容，主要涉及組網(wǎng)建網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，如局域網(wǎng)的搭建、跨交換機(jī)劃分VLAN，使用路由器進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)通信等等。這些實(shí)驗(yàn)需要相關(guān)的硬件環(huán)境支撐，所以要充分利用實(shí)驗(yàn)室具備的條件，強(qiáng)調(diào)學(xué)生平時(shí)因條件限制無法開展的實(shí)驗(yàn)，突出工程化的特點(diǎn)。通過這類實(shí)驗(yàn)使學(xué)生了解了網(wǎng)絡(luò)是怎樣組建的，用到哪些設(shè)備和技術(shù)，各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有什么特點(diǎn)，這些設(shè)備又是如何配置的。從而使學(xué)生能真正以網(wǎng)絡(luò)管理者的身份介入網(wǎng)絡(luò)，理解協(xié)議的實(shí)際運(yùn)用，積累一定的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，提高理論應(yīng)用于實(shí)際的能力，縮短所學(xué)與所用的距離。

協(xié)議分析類實(shí)驗(yàn)。這類實(shí)驗(yàn)主要是應(yīng)用協(xié)議分析軟件(如Ethereal)，或?qū)ｉT的協(xié)議分析儀(如Optiview)，對典型的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議如HTTP協(xié)議、DNS協(xié)議、IP協(xié)議、RIP協(xié)議等進(jìn)行分析。在實(shí)驗(yàn)前教師可以給出明確的目標(biāo)，要求分析具體協(xié)議的哪些方面，要求學(xué)生通過協(xié)議分析完成和掌握什么內(nèi)容等。例如針對HTTP協(xié)議，要求通過協(xié)議分析掌握HTTP的作用、HTTP的工作原理、HTTP執(zhí)行過程、HTTP的請求與應(yīng)答消息的格式、持久連接與非持久連接的區(qū)別等。在有了類似的相關(guān)指導(dǎo)下，學(xué)生就能夠做到條理清晰、分析全面。

網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)。這類實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生在了解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)軟件的工作原理的基礎(chǔ)上，動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)程序。實(shí)驗(yàn)前由教師給出網(wǎng)絡(luò)程序要實(shí)現(xiàn)的功能、基于的基本原理、具體的主要步驟等。例如，編程實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單FTP服務(wù)器：要求在熟悉FTP協(xié)議原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)和編程實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的FTP服務(wù)器，可以設(shè)計(jì)相應(yīng)的客戶端來測試服務(wù)器的工作。通過這類實(shí)驗(yàn)的開展，讓學(xué)生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)知識不再停留在理論認(rèn)識上，通過編程實(shí)踐深入掌握協(xié)議的細(xì)節(jié)和內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，對網(wǎng)絡(luò)知識的掌握邁上更高臺階。

綜合設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)。這類實(shí)驗(yàn)往往需要多個(gè)方面知識的結(jié)合，可能涉及以上幾個(gè)方面實(shí)驗(yàn)的綜合應(yīng)用，具有一定的難度和工作量，可以考察學(xué)生對知識的綜合掌握情況以及分析和解決問題的能力。

(3) 拓展實(shí)驗(yàn)空間

以往的實(shí)驗(yàn)空間通常局限于實(shí)驗(yàn)室，我們認(rèn)為對于工程性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)，要充分利用實(shí)驗(yàn)室的硬件條件，主要將其安排于能夠提供相關(guān)實(shí)驗(yàn)環(huán)境和硬件設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)。此外，要結(jié)合具體的實(shí)驗(yàn)類型，克服實(shí)驗(yàn)課時(shí)有限的困難，從多方面拓展實(shí)驗(yàn)空間，具體的擴(kuò)展方法除了在理論課上合理穿插相關(guān)實(shí)驗(yàn)外，還包括以下措施：

積極開展難度適當(dāng)?shù)恼n后實(shí)驗(yàn)。有的實(shí)驗(yàn)所需要的條件簡單，難度適中，花費(fèi)時(shí)間不多，例如協(xié)議分析類實(shí)驗(yàn)，可以作為學(xué)生的課后實(shí)驗(yàn)。教師要注意配合理論課程的開展，結(jié)合課程進(jìn)度適時(shí)給學(xué)生安排，能夠強(qiáng)化課堂的教學(xué)效果，學(xué)生需要提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，以便教師能發(fā)現(xiàn)存在的問題并加以指導(dǎo)。

開發(fā)綜合性課程設(shè)計(jì)。這種實(shí)驗(yàn)需要在掌握原理的基礎(chǔ)上對知識進(jìn)行綜合運(yùn)用，一個(gè)實(shí)驗(yàn)往往涉及多個(gè)知識點(diǎn)的融合，無法在短短幾個(gè)課時(shí)完成，因此可以作為“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程的配套課程設(shè)計(jì)。一般可由教師給出幾個(gè)典型的課題，由學(xué)生根據(jù)自己的興趣愛好選擇相關(guān)課題。這樣的實(shí)驗(yàn)例如基于ICMP協(xié)議的Traceroute程序編寫、RIP協(xié)議的仿真，電子郵件用戶代理的編程實(shí)現(xiàn)等。由于這種實(shí)驗(yàn)具有一定的難度，對學(xué)生的動(dòng)手能力和自學(xué)能力是一個(gè)考驗(yàn)，設(shè)計(jì)過程中需要教師和學(xué)生的多次溝通交流。這種實(shí)驗(yàn)可培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識解決問題能力，把網(wǎng)絡(luò)知識融會(huì)貫通到實(shí)驗(yàn)中。作為激勵(lì)，學(xué)生完成這些實(shí)驗(yàn)可修得相應(yīng)的學(xué)分。

舉辦網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐競賽。在開發(fā)綜合性課程設(shè)計(jì)的同時(shí)，針對那些難度大、工作量飽滿的實(shí)驗(yàn)(如實(shí)現(xiàn)和測試可靠的UDP傳輸、網(wǎng)站的設(shè)計(jì)和搭建、網(wǎng)絡(luò)聊天軟件的設(shè)計(jì)和應(yīng)用等)，讓學(xué)生成立實(shí)驗(yàn)興趣小組，學(xué)生根據(jù)興趣特長自由組合，通過小組內(nèi)分工協(xié)作，靠團(tuán)體的力量來完成任務(wù)并參加比賽，根據(jù)任務(wù)完成情況，學(xué)生可以獲得學(xué)分及物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)。

4結(jié)束語

理論與實(shí)踐的結(jié)合是“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)的必然之路，但是結(jié)合的方式應(yīng)該從目前實(shí)際情況出發(fā)，克服存在的困難，注意科學(xué)化、合理化、多樣化，使得“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合實(shí)際環(huán)境，緊跟計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，不斷更新與進(jìn)步。

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