學習型社會下的本科計算機網絡課程教學改革研究與實踐

王 曉 丹

(沈陽師范大學 科信軟件學院, 沈陽 110034)

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學習型社會下的本科計算機網絡課程教學改革研究與實踐

王 曉 丹

(沈陽師范大學 科信軟件學院, 沈陽 110034)

學習型社會是現(xiàn)代社會的一個重要特征,科學技術的飛速發(fā)展以及隨之而來的知識爆炸是促進終身學習理念形成的重要因素之一。隨著知識經濟的逐漸興起,新產業(yè)不斷出現(xiàn),社會經濟和技術結構也在不斷變化。計算機網絡是一門不斷高速發(fā)展的交叉性應用型課程,是本科高校計算機專業(yè)的必修課程之一,其理論、技術和方法來自計算機技術、通信技術、操作系統(tǒng)原理等多門學科,對社會經濟發(fā)展有著巨大影響。作為一名本科高校的計算機專業(yè)教師,筆者深刻體會到目前計算機專業(yè)課程在教學過程中存在的諸多問題,先對存在的問題進行深刻透徹的分析,進而從多角度提出教學改革建議,旨在構建學習型社會下本科高校計算機網絡課程的新型教學模式。

學習型社會; 計算機網絡課程; 教學改革; 新型教學模式

0 引 言

自20世紀下半葉開始,特別是近20年來,世界經濟、科技、文化、教育等各領域均以幾何級數的速度發(fā)生著深刻變革,新科技成果不斷涌現(xiàn)、新經濟結構逐步形成、新文化形態(tài)日趨明顯。隨著互聯(lián)網及其相關技術的迅速發(fā)展和普及,教育活動在學習型社會下逐漸突破傳統(tǒng)形態(tài),被賦予了豐富的類型和內涵。20世紀90年代,以Internet(因特網)為代表的計算機網絡得到了飛速發(fā)展,它不僅能傳輸數據,也能為用戶提供打電話、聽音樂、觀看視頻等多種服務,因特網正在改變著每個人的工作和生活,在這樣的形勢下,社會各行各業(yè)對網絡從業(yè)人員的要求也越來越高[1]。計算機網絡是一門不斷高速發(fā)展的交叉性應用型課程,是本科高校計算機專業(yè)的必修課程之一,其理論、技術和方法來自計算機技術、通信技術、操作系統(tǒng)原理等多門學科,對社會經濟發(fā)展有著巨大影響。作為一名長期從事計算機網絡課程教學和研究的一線教師,筆者深刻認識到目前計算機網絡課程教學過程中存在的問題,針對該門課程的教學改革勢在必行。

1 存在的問題

1.1 教學大綱內容與工程實踐脫節(jié)

在傳統(tǒng)的計算機網絡課程教學內容中,大多數計算機網絡教材以具有理論研究意義的OSI/RM(開放系統(tǒng)互連/參考模型)為教學重點對計算機網絡體系結構、每層協(xié)議和通信原理進行介紹,再由OSI/RM引出TCP/IP(傳輸控制協(xié)議/網際協(xié)議)四層體系結構,沒有將目前業(yè)界廣泛使用的TCP/IP作為講解重點[2],導致理論授課內容與實際應用嚴重脫節(jié),有相當一部分學生在課程教學過程結束后,仍沒有對計算機網絡體系結構和運行機制形成一個清晰的認識,無法將課堂學習到的理論知識與網絡工程實際應用結合起來。筆者認為任課教師應對多年不變的陳舊的教學大綱內容進行及時更新和補充,如增加新知識或新應用案例等,突出TCP/IP體系結構的核心地位。

教師在教學內容設計及教學大綱制定上應注意以下幾點[3]:

1) 教學內容要具體,應配有對應知識點的實踐應用例題;

2) 嚴格控制理論深度,抓住知識點,不必將所有內容都進行詳細講解;

3) 在教學大綱中適當融入新產品、新應用和新技術,以激發(fā)學生的學習興趣。

1.2 計算機網絡課程特點與現(xiàn)有教學模式不符

目前的高校計算機網絡課程普遍存在著“重教有余,重學不足;灌輸有余,啟發(fā)不足;復制有余,創(chuàng)新不足”的問題[4]。傳統(tǒng)教學模式采取分層描述的方法,按照網絡的層次結構進行逐層分析描述,缺少各個層次的綜合應用分析,學生無法對網絡處理數據過程形成一個具象的認知,致使授課效果達不到預期。鼓勵教師在授課過程中采用多媒體課件及視頻演示相結合的教學模式,從多角度向學生們展示網絡傳輸數據的過程,幫助學生理解生澀的概念及原理。

1.3 實驗條件受限、實驗內容針對性不強

1) 實驗內容和理論知識脫節(jié)

實驗是計算機網絡課程的一個重要環(huán)節(jié),教師在傳統(tǒng)教學模式下,將實驗內容設計成一個個小的驗證性操作[5],僅僅告訴學生怎么做,忽視了向學生講授為什么要這么做。學生按照教師給出的實驗步驟操作后,雖然達到了實驗效果,卻沒有真正領悟教師設計實驗的目的和意圖。

2) 計算機網絡實驗硬件設施匱乏

由于各種條件限制,目前教師的實驗設計和操作基本在模擬環(huán)境中進行,如路由器、交換機的配置與管理等內容,大部分高校都是在思科(Cisco)或華為的實驗模擬器下操作完成,學生無法自己動手實現(xiàn)真實網絡組建,綜合實訓更是不可能[6]。

3) 教師自身缺乏工程實踐經驗

由于缺少工程實踐經歷,教師自身無法真正理解和掌握計算機網絡的基本原理、網絡應用及通信技術,更談不上訓練學生的網絡工程應用能力了,這也是導致教學過程中理論與實踐脫節(jié)的一個非常重要的原因。

2 改革建議

筆者建議計算機網絡課程應以OSI/RM 7層和TCP/IP 4層集成后的5層體系結構為主線,重點講解計算機網絡的基本概念、組建網絡常用的傳輸媒體及網絡互聯(lián)設備,各種差錯控制、流量控制及擁塞控制原理和運行機制[7],并在實驗中加入Cisco專業(yè)認證(如CCNA:Cisco Certified Network Associate 思科初級認證)考試中所涉及的網絡知識與核心技術。

2.1 優(yōu)化計算機網絡課程理論教學內容

計算機網絡課程理論中一個非常重要的教學內容是網絡體系結構。著名的OSI/RM過于龐大、低效,因而并沒有流行起來,但它的很多研究結論、方法及概念對網絡發(fā)展具有很高的指導意義,而在1983年成為Internet標準的TCP/IP體系結構隨著互聯(lián)網的飛速發(fā)展,成為業(yè)界公認的事實標準。為了保證計算機網絡課程教學內容的科學性與系統(tǒng)性,在教學過程中采納Andrew S·Tanenbaum建議的5層參考模型[8],該模型集成了OSI/RM和TCP/IP的優(yōu)點,包括應用層、運輸層、網絡層、數據鏈路層和物理層。

以5層體系結構作為課程教學的核心部分,推薦授課內容有如下幾方面[9]。

1) 計算機網絡概述:網絡發(fā)展、定義和分類;Internet基礎(概述、組成);TCP/IP體系結構、衡量計算機網絡性能的指標。

2) 物理層:數據通信基礎;傳輸介質;信道復用技術。物理層的數據通信系統(tǒng)模型如圖1所示。

3) 數據鏈路層:數據鏈路層的3個基本問題;PPP協(xié)議;CSMA/CD協(xié)議;以太網基礎。2臺主機通信時數據鏈路層所處的地位如圖2所示。

圖1 數據通信系統(tǒng)模型

圖2 2臺主機通信時數據鏈路層所處的地位

圖3 TCP/IP體系結構及各層主要配套協(xié)議

4) 網絡層:數據報與虛電路;IP協(xié)議;劃分子網和構造超網;ARP協(xié)議;ICMP協(xié)議;因特網的路由選擇協(xié)議;VPN;NAT。

5) 運輸層:TCP協(xié)議;UDP協(xié)議;流量控制;擁塞控制;TCP的運輸連接管理。

6) 應用層:各種應用層協(xié)議(DNS、WWW、DHCP、SMTP、POP3、IMAP、FTP、TELNET、SNMP等)。TCP/IP體系結構及各層主要配套協(xié)議如圖3所示。

2.2 構建新型教學模式

2.2.1 教學方法改革

多媒體課件及視頻素材的適當應用可以將難以理解的知識點用直觀形象的方式展示出來[10]。計算機網絡課程的特點是教學內容中有很多非常抽象難懂的概念,傳統(tǒng)教學模式很難讓學生真正理解這些生澀概念的原理,例如CSMA/CD協(xié)議工作原理中有這樣一段描述,“在以廣播方式發(fā)送數據的以太網中使用CSMA/CD協(xié)議來解決信道爭用問題”。如果用傳統(tǒng)的教學模式,教師將這句話讀給學生或寫到黑板上,即使有些教師可以將這個原理以畫圖的方式給學生們畫到黑板上,學生們也不一定能理解這句話的真正含義,而且浪費了寶貴的課堂教學時間,如果在課堂展示用多媒體課件做出的動畫,很容易讓學生理解CSMA/CD協(xié)議的工作原理,事實證明,多媒體動畫演示對于學生學習這部分知識有很大幫助。

2.2.2 類比教學法

類比教學法就是將枯燥、抽象的計算機網絡概念與現(xiàn)實生活中人們熟悉的例子進行類比,把復雜的理論知識變得簡單易懂[11]。例如,講解分層通信原理時用一個真實的QQ聊天的例子作類比(如圖4所示),詳細的為學生說明計算機網絡是如何利用分層結構將“你吃了嗎？”這幾個簡單的文字通過計算機的編譯系統(tǒng)轉換為二進制數據后,再在通信信道上傳輸到接收端的。采用這種教學方法,不僅使學生真正理解了分層通信的思想,還激發(fā)了學生的學習興趣。

2.2.3 互動教學法

改變傳統(tǒng)課堂教學以教師為主、學生為輔的被動模式,讓學生參與到教師的授課環(huán)節(jié)中,問題教學就是其中一種較為有效的授課模式[12],如在進行比較簡單的實驗內容講授時,教師講授完操作過程后,用課堂提問的方式讓學生來完成本應由教師完成的演示步驟,真正讓學生成為課堂的主體。演示操作結束后,教師對學生給予加分鼓勵,并將此成績納入期末成績[13]。在這樣的課堂中,教師不再以填鴨式的知識講授為主,成了學習的指導者和活動的組織者,并可有效提高學生的學習主動性和動手能力,養(yǎng)成認真聽課的良好習慣。

圖4 一個分層通信的例子

2.2.4 完善實驗環(huán)節(jié)及實驗內容

1) 完善實驗環(huán)節(jié)

實驗之前,由教師提出實驗預習要求,并提供詳細的實驗指導書。實驗指導書應包含以下內容:實驗目的和任務、實驗環(huán)境和設備、實驗原理和步驟、實驗結果與分析等[14]。以交換機IP地址及連通性測試實驗為例,在授課之前,將實驗拓撲(如圖5所示)及實驗任務告知學生,讓學生有時間去了解本次實驗的原理,幫助學生理解教師設計本次實驗的目的。

圖5 模擬仿真環(huán)境下的實驗拓撲

圖6 Cisco3560交換機接口的IP地址配置命令

圖7 使用ping命令測試實驗結果

實驗過程中,由教師講解實驗操作步驟(圖5中的3560交換機配置命令及配置結果如圖6、圖7所示),把握實驗進度,及時解答學生疑問,在課時充足的情況下可以采用課堂提問的方式由學生在教師指導下完成實驗步驟,并將成績計入期末總成績,鼓勵學生積極主動的參與到實驗環(huán)節(jié)中來。

實驗結束后,要求學生認真撰寫實驗報告,根據實驗結果總結心得。

2) 建議的實驗內容

實驗內容設計的目的是提高學生在理論課程中學到知識的綜合運用能力,故實驗內容的設計應針對實踐能力的提高,筆者總結多年教學經驗,認為學生應具備的網絡操作能力及相關實驗如下[15]:組網能力的訓練,實驗內容包括網線制作及網絡的基本配置;網絡管理能力的訓練,實驗內容包括交換機和路由器的基本配置命令;網絡安全防范能力的訓練,實驗內容包括ACL策略的部署等。

2.3 靈活高效地運用多種考評手段

通過多年的教學經驗總結,筆者將多種考評手段進行靈活的調整和運用,達到了較為理想的效果[16]。學生最終的期末成績由平時成績、實驗成績及期末考試成績3部分構成。平時成績的評定包括課后作業(yè)完成情況、出勤率、理論課堂提問等,推薦平時成績占總成績的比重為10%左右;實驗成績應包括實驗完成程度及正確性評價、實驗課堂提問等,推薦實驗成績占總成績的比重為40%左右;期末考試成績?yōu)殚]卷筆試的理論知識考核方式,推薦其成績比重為50%左右[17]。

3 結 語

21世紀是一個以網絡為核心的信息時代,信息化的實現(xiàn)必須依賴完善的網絡,網絡對社會經濟及生活的發(fā)展產生了不可估量的影響。筆者根據多年的一線實踐教學經驗,總結出一套適合學習型社會的計算機網絡課程教學改革方法,在日常教學過程中取得了較為理想的效果。隨著新技術的不斷涌現(xiàn),提高計算機網絡課程教學質量,為社會培養(yǎng)出具符合社會發(fā)展的、具有較強分析應用能力的新型網絡從業(yè)人員是每一位計算機專業(yè)教師的責任。

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Research and practice of teaching reform of undergraduate computer network course in learning society

WANGXiaodan

(Software College, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China)

The learning society is regarded as a significant feature in the modern world. Dramatic technological advance and the subsequent knowledge explosion are major boosting factors for the formation of the lifelong learning theory. The rising knowledge economy has brought about many new industries, which generates a constant change in economic and technological structure. Computer network, as an interdisciplinary and application-oriented subject, keeps developing rapidly as one of the required college courses for computer majors. Its theories, techniques, and approaches stem from such disciplines as computer technology, communication technology, and operating system principles, and tend to have a profound impact on social and economic growth. As a college lecturer in computer, the author of the article is fully conscious of problems that have arisen during the process of computer instruction, and proposes for the educational reform from different angles, based upon a penetrating analysis of the existing problems, with the aim of setting a new college teaching pattern in computer network in the environment of learning society.

learning society; computer network as a curriculum; educational reform; new teaching pattern

2015-03-10。

遼寧省教育廳教育科學“十二五”規(guī)劃立項課題(JG14DB374); 沈陽師范大學第七批教育教學改革立項課題(JG2015-YB002)。

王曉丹(1978-),女,遼寧阜新人,沈陽師范大學講師,碩士。

1673-5862(2015)03-0427-05

G642

A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2015.03.024