計(jì)算機(jī)專業(yè)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課程教學(xué)改革初探

車銀超等

摘 要： 作者依據(jù)計(jì)算機(jī)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，介紹計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的課程定位和教學(xué)目標(biāo)，分析教材選擇、課程內(nèi)容設(shè)置和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，并結(jié)合多年一線本科計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，闡述對(duì)教學(xué)內(nèi)容更新、教學(xué)方法轉(zhuǎn)變的思路與看法。

關(guān)鍵詞： 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 課程設(shè)計(jì) 教學(xué)方法 實(shí)驗(yàn)方案

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代信息化社會(huì)的核心基礎(chǔ)設(shè)施，已成為人們工作、學(xué)習(xí)、生產(chǎn)、生活的必要工具，社會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才的需求日益增長。高等院校計(jì)算機(jī)、通信及相關(guān)專業(yè)目前均開設(shè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程，與此同時(shí)某些高校將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為公共基礎(chǔ)課程面向非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生講授。筆者針對(duì)河南農(nóng)業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合實(shí)際情況，總結(jié)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)與教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，與同行分享探討。

1.課程定位與教學(xué)目標(biāo)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為一門獨(dú)立的課程，定位為河南農(nóng)業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)及軟件工程方向的核心課和基礎(chǔ)課，是無線局域網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理與安全、Web程序設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫等課程的先導(dǎo)課程。

依據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和課程體系，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)開設(shè)于本科教學(xué)第3學(xué)年上學(xué)期，包括60學(xué)時(shí)理論和20學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)，另有10天的課程實(shí)習(xí)作為對(duì)隨堂實(shí)驗(yàn)的延續(xù)和強(qiáng)化。通過學(xué)習(xí)與實(shí)踐，一方面使學(xué)生理解TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)的基本概念、體系結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)掌握以太網(wǎng)、IP互聯(lián)網(wǎng)、TCP可靠傳輸、典型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的工作原理，另一方面掌握路由器、交換機(jī)等設(shè)備的使用方法，具備組建局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的基本能力，為更好地理解使用網(wǎng)絡(luò)、繼續(xù)學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.教材選擇和教學(xué)內(nèi)容

2.1教材和參考書

國內(nèi)中文計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教材很多，經(jīng)過多年使用和比較，選定謝希仁教授編寫的《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》作為授課教材。該書側(cè)重理論，以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)為主線，用自底向上的方法逐層講解網(wǎng)絡(luò)的基本概念、技術(shù)和原理，描述全面、準(zhǔn)確，緊跟網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展，刪除落后淘汰的內(nèi)容，補(bǔ)充新內(nèi)容，目前已更新至第六版。

任何教材都是有局限的，不同教材的內(nèi)容、側(cè)重點(diǎn)、敘述問題角度、講授方法及語言風(fēng)格都不同。在主教材基礎(chǔ)上，給學(xué)生遴選幾本參考教材，可以互相補(bǔ)充，幫助學(xué)生更系統(tǒng)、全面地理解網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。有三個(gè)經(jīng)典的譯本教材可作為輔助：Tanenbaum的《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》、Peterson和Davie的《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——系統(tǒng)方法》、Kurose和Ross的《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——自頂向下方法》[1]。

2.2教學(xué)內(nèi)容

在教學(xué)內(nèi)容的安排上，并不完全依照教材內(nèi)容和章節(jié)順序，而是結(jié)合課程目標(biāo)和參考教材，適當(dāng)調(diào)整、補(bǔ)充和刪減，盡量理論聯(lián)系實(shí)際。比如教材中講述簡略或未提及而現(xiàn)實(shí)中經(jīng)常使用的一些技術(shù)，例如虛擬局域網(wǎng)VLAN和地址轉(zhuǎn)換NAT，在園區(qū)網(wǎng)特別是校園網(wǎng)中普遍存在；例如NAT和PPPoE技術(shù)，在家庭用戶使用電話線上網(wǎng)時(shí)經(jīng)常用到，有必要加入教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生知道并掌握。具體授課內(nèi)容包括七部分，如下：

第一部分，遠(yuǎn)看Internet。介紹network、Internet、ISP等概念，介紹路由器、交換機(jī)、調(diào)制解調(diào)器等設(shè)備在互聯(lián)網(wǎng)中的不同作用，以中國教育科研網(wǎng)CERNET為例介紹互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，使學(xué)生對(duì)互聯(lián)網(wǎng)有初步的直觀認(rèn)識(shí)。

第二部分，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。講解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分層的原理、TCP/IP體系結(jié)構(gòu)中每層的功能、數(shù)據(jù)沿層間傳遞的過程、數(shù)據(jù)封裝解封裝的原理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的定義及三要素。

第三部分，數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)。介紹信號(hào)、信道、編碼、調(diào)制、交換等基本概念，介紹編碼技術(shù)、調(diào)制技術(shù)、信道復(fù)用技術(shù)、數(shù)據(jù)交換技術(shù)的基本原理。

第四部分，數(shù)據(jù)鏈路層。此部分為重點(diǎn)授課內(nèi)容，講解交換式以太網(wǎng)技術(shù)，重點(diǎn)包括局域網(wǎng)體系機(jī)構(gòu)、MAC地址、MAC幀、轉(zhuǎn)發(fā)表與轉(zhuǎn)發(fā)、反向自學(xué)習(xí)建表算法等；講解以太網(wǎng)的擴(kuò)展及高速以太網(wǎng)；講解點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPP及PPPoE技術(shù)。

第五部分，互聯(lián)網(wǎng)。此部分為授課重點(diǎn)，講解網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的機(jī)制、IP分組、IP地址、子網(wǎng)劃分與子網(wǎng)掩碼、路由表與分組轉(zhuǎn)發(fā)、靜態(tài)路由等；講解地址解析協(xié)議ARP、互聯(lián)網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議ICMP；講解動(dòng)態(tài)路由策略、RIP、OSPF、BGP等路由協(xié)議。

第六部分，端到端傳輸。為重點(diǎn)內(nèi)容，講解端到端傳輸?shù)姆?wù)類型、端口的作用、UDP不可靠傳輸；講解TCP可靠傳輸原理，包括字節(jié)為單位的滑動(dòng)窗口算法、慢開始算法、擁塞避免算法等。

第七部分，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。講解幾種知名網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)的工作原理，包括域名系統(tǒng)DNS、動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議DHCP、萬維網(wǎng)WWW、電子郵件系統(tǒng)等[2]。

3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程非常重要，很多高校由于實(shí)驗(yàn)條件的欠缺或簡陋而使教學(xué)效果大打折扣。為達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力的目的，經(jīng)過多年努力和改進(jìn)，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)系創(chuàng)造了比較完備的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，依據(jù)實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置了完整的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

整個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)境能讓超過30人同時(shí)開展實(shí)驗(yàn)，包括兩套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)：協(xié)議分析與仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。前者為中軟吉大公司的產(chǎn)品，側(cè)重于分析與驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，深化學(xué)生對(duì)原理的理解。后者使用華三公司的設(shè)備，包括路由器、交換機(jī)、三層交換機(jī)、無線AP、防火墻等，用于網(wǎng)絡(luò)組建與配置，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。

依據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容，充分利用實(shí)驗(yàn)條件，設(shè)計(jì)兩類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：原理驗(yàn)證類項(xiàng)目、組網(wǎng)配置類項(xiàng)目。前者緊隨理論教學(xué)其后進(jìn)行，旨在加深學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工作原理的理解；后者安排在課程實(shí)習(xí)階段，按照從局域網(wǎng)、VLAN、互聯(lián)網(wǎng)、到路由協(xié)議、三層交換，從初級(jí)到進(jìn)階，從簡單到綜合的漸進(jìn)次序進(jìn)行，逐步訓(xùn)練學(xué)生的組網(wǎng)實(shí)踐能力和協(xié)作意識(shí)。主要實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如表1、表2。

4.對(duì)教學(xué)的幾點(diǎn)思考

4.1調(diào)整過難、過深、陳舊的授課內(nèi)容

教學(xué)目的不應(yīng)該讓學(xué)生覺得計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)高深莫測、難以理解，而應(yīng)該深入淺出地告訴學(xué)生這是什么，能干什么。因此，一味地在教學(xué)內(nèi)容安排上求深求難，對(duì)剛接觸網(wǎng)絡(luò)知識(shí)的學(xué)生來說是不合理的，很容易澆滅他們的學(xué)習(xí)熱情。例如對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的一些涉及數(shù)學(xué)的分析、TCP擁塞控制的一些具體算法細(xì)節(jié)等內(nèi)容并不屬于基本的概念，可以少講甚至不講。

一些已經(jīng)淘汰或?qū)⒁蕴募夹g(shù)，如果繼續(xù)講授，那么既浪費(fèi)時(shí)間又容易造成學(xué)生的理解與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生只能說說十年二十年前的技術(shù)，而不知道最新情況，應(yīng)將其從教學(xué)內(nèi)容中刪除或減少。例如局域網(wǎng)部分，在目前普遍為千兆交換式局域網(wǎng)的情況下，僅支持半雙工的CSMA/CD協(xié)議已經(jīng)很少使用，因此將其比重減少，只需在講解以太網(wǎng)時(shí)簡單介紹即可。又如幀中繼FR、ATM等廣域網(wǎng)技術(shù)，已被新技術(shù)替換，完全可以刪除。

4.2關(guān)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

體系結(jié)構(gòu)作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的總體設(shè)計(jì)框架通常是在課程一開始就講授，但是在學(xué)生沒有知識(shí)儲(chǔ)備的情況下，很難講清楚，尤其是關(guān)于每個(gè)層次的功能。許多教材都花不少文字描述各個(gè)層次的功能，老師費(fèi)很多口舌說，學(xué)生仍感覺云山霧罩、不清不楚。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為，可以將每層功能概括為一句話，雖然不絕對(duì)精確，但是可以給學(xué)生簡單清晰的認(rèn)識(shí)，不致過早被困擾。

物理層：實(shí)現(xiàn)一條線路上的數(shù)據(jù)傳輸。

數(shù)據(jù)鏈路層：實(shí)現(xiàn)一個(gè)子網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸。

網(wǎng)絡(luò)層：實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)范圍內(nèi)跨網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)到主機(jī)的傳輸。

運(yùn)輸層：實(shí)現(xiàn)應(yīng)用進(jìn)程之間端到端的傳輸。

應(yīng)用層：應(yīng)用進(jìn)程之間協(xié)同工作，完成各種特定的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

4.3類比教學(xué)

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)涉及的理論繁多、枯燥抽象，初學(xué)者難于理解。但是某些概念原理跟一些常見的生活實(shí)例或現(xiàn)象有相通之處，可以用類比的方法將這些理論形象直觀化，幫助學(xué)生理解，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣[3]。最常用的例子是拿郵政系統(tǒng)類比講解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，這里筆者再舉兩個(gè)例子。

實(shí)例一：以太網(wǎng)交換機(jī)反向自學(xué)習(xí)建立轉(zhuǎn)發(fā)表的原理，可用公交線路做類比。例如鄭州市，路人甲站立在某個(gè)路口，想乘公交車去往省體育中心看比賽，但不知道哪條線路可達(dá)。這時(shí)一輛93路公交車自北向南駛過來，甲看到車頭的LED屏上顯示的始發(fā)和目的站是：省體育中心——>火車站，他馬上就明白，反向的93路向北一定可以到達(dá)省體育中心。

實(shí)例二：地址解析協(xié)議ARP的工作原理。在一個(gè)千人大禮堂，坐滿人，學(xué)生A想知道學(xué)生B坐在哪里，他就扯嗓子喊了一句：我是A，在第4排5座，B在哪里？大家都聽到了A的廣播，包括B。但是B沒有大聲嚷，他把自己的座位號(hào)——8排21座，寫在一個(gè)紙條上，逐個(gè)人地傳遞到4排5座的A。

5.結(jié)語

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)類專業(yè)課程中既重要又最難學(xué)的課程之一，只有理論與實(shí)踐并重才能達(dá)到教學(xué)目的。師資培養(yǎng)、教學(xué)體系完善、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)提升、實(shí)驗(yàn)環(huán)境建設(shè)需要較長期的過程，經(jīng)過多年的探索和積累，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)系培養(yǎng)了一支優(yōu)秀的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)團(tuán)隊(duì)、建立了完備的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室、設(shè)計(jì)了科學(xué)的教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方案、積累了豐富教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，教學(xué)效果逐漸增強(qiáng)，特別是學(xué)生的動(dòng)手能力和協(xié)作精神得到了培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉熹，王海，吳連才，等.軍校通信工程專業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)研究[J].計(jì)算機(jī)教育，2013（14）：72-76.

[2]王紹強(qiáng)，邵丹，李曉輝.網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)TCP/IP協(xié)議課程設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)教育，2013（14）：42-45.

[3]馮妍，韓宏，李書琴，等.農(nóng)林院校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)研究[J].計(jì)算機(jī)教育，2013（14）：46-49.