計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)小型課程群教學(xué)

張奇支

摘 要：從網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的角度入手，分析教學(xué)內(nèi)容設(shè)置上遇到的問題，將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程、互聯(lián)網(wǎng)原理與應(yīng)用、現(xiàn)代通信網(wǎng)概論4門課作為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程群展開教學(xué)，在此基礎(chǔ)上介紹基于小型課程群方式展開教學(xué)的建議，詳細(xì)介紹課程群的結(jié)構(gòu)設(shè)置、內(nèi)容分配、教材選擇和教學(xué)形式。

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

文章編號：1672-5913（2017）05-0019-03

中圖分類號：G642

0 引 言

對網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的學(xué)生來說，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是本專業(yè)最重要的基礎(chǔ)課，其內(nèi)容比較繁雜[1-2]，直接關(guān)系到后續(xù)課程，如網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成與管理、網(wǎng)絡(luò)編程和網(wǎng)站開發(fā)等課程的學(xué)習(xí)效果[3-4]。作為網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容，需要安排較多的學(xué)習(xí)時(shí)間，才能將知識點(diǎn)講清楚、講透徹。

在多年的教學(xué)實(shí)踐中，筆者發(fā)現(xiàn)安排兩個(gè)學(xué)期來學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中從底層到上層的知識較為合適，有利于學(xué)生充分理解網(wǎng)絡(luò)的理論知識點(diǎn)，并有足夠多的時(shí)間參與實(shí)驗(yàn)。當(dāng)前主流的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教材主要圍繞OSI七層模型與TCP/IP協(xié)議棧四層模型組合后的五層模型來講述，比如謝希仁教授編寫的《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第六版）》。在使用該教材的過程中，筆者發(fā)現(xiàn)了一些問題，其中主要問題是教學(xué)內(nèi)容的選擇與課時(shí)的分配。

在教材提出的五層模型中，物理層涉及較多的通信網(wǎng)內(nèi)容，知識點(diǎn)多且分散，但該部分并非計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的核心點(diǎn)，可以不作為教學(xué)的重點(diǎn)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的推陳出新，數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層在內(nèi)容上有較多變化：舊版教材中數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層包含的一些網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已被逐步淘汰，教材僅以PPP協(xié)議和以太網(wǎng)協(xié)議作為代表協(xié)議進(jìn)行介紹；網(wǎng)絡(luò)層也僅限于與IP協(xié)議相關(guān)的內(nèi)容；運(yùn)輸層內(nèi)容變化不大；應(yīng)用層的一些非主流協(xié)議（如FTP、TELNET）也逐步減少了篇幅，同時(shí)引入了應(yīng)用進(jìn)程跨網(wǎng)絡(luò)通信內(nèi)容的介紹。在介紹完整體模型后，教材還引入網(wǎng)絡(luò)安全、無線網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)等其他內(nèi)容。

1 課程群結(jié)構(gòu)

經(jīng)過幾年的教學(xué)嘗試，筆者發(fā)現(xiàn)將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)拆成幾門課，以小型課程群的方式進(jìn)行教學(xué)，獲得的教學(xué)效果比較好。小型課程群包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程、互聯(lián)網(wǎng)原理與應(yīng)用、現(xiàn)代通信網(wǎng)概論。這4門課不僅涵蓋了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容，還包含了一些主流的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合。其中，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)原理與應(yīng)用在內(nèi)容上完整地包含整個(gè)TCP/IP協(xié)議棧的內(nèi)容，這部分是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)知識體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)編程、網(wǎng)站開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成或管理奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在內(nèi)容分布上，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)調(diào)底層通信協(xié)議，互聯(lián)網(wǎng)原理與應(yīng)用強(qiáng)調(diào)對高層應(yīng)用的理解和開發(fā)能力，現(xiàn)代通信網(wǎng)概論從橫向角度對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行了擴(kuò)展。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的配套實(shí)驗(yàn)課，將理論知識應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)中，加強(qiáng)了學(xué)生的應(yīng)用能力。課程群的課程內(nèi)容對培養(yǎng)“具有較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)知識和工作能力的高級專門人才”起到打基礎(chǔ)、長內(nèi)功的作用，其基石作用在專業(yè)培養(yǎng)中不可欠缺。

1.1 課程學(xué)時(shí)學(xué)分與內(nèi)容分配

建設(shè)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)小型課程群的過程中，在學(xué)分設(shè)置上，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)、互聯(lián)網(wǎng)原理與應(yīng)用屬于專業(yè)核心課程，分別占4學(xué)分、0.5學(xué)分和3學(xué)分；現(xiàn)代通信網(wǎng)概論屬于專業(yè)方向課程，占2學(xué)分；每個(gè)學(xué)分分配18個(gè)學(xué)時(shí)。在課程安排上，第4學(xué)期開設(shè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)，第5學(xué)期開設(shè)互聯(lián)網(wǎng)原理與應(yīng)用，第6學(xué)期開設(shè)現(xiàn)代通信網(wǎng)概論。

課程的具體內(nèi)容分配如下：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講述五層模型中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層中的IP協(xié)議、運(yùn)輸層；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程在前者的基礎(chǔ)上，完成5個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)；互聯(lián)網(wǎng)原理與應(yīng)用除了講述五層模型中的IP路由、應(yīng)用層協(xié)議，還強(qiáng)調(diào)基于SOCKET API的網(wǎng)絡(luò)編程、基于RPC和RMI的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)，配合3個(gè)課程實(shí)驗(yàn)；現(xiàn)代通信網(wǎng)概論作為知識點(diǎn)的銜接課程，介紹當(dāng)前或曾經(jīng)出現(xiàn)過的通信網(wǎng)技術(shù)，比如通信網(wǎng)中的傳送網(wǎng)、信令網(wǎng)、傳統(tǒng)電話網(wǎng)、IP電話網(wǎng)、移動通信網(wǎng)、ATM、接入網(wǎng)技術(shù)等內(nèi)容。

1.2 教材選定情況

在教材選擇上，謝希仁教授編寫的《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第六版）》雖然對底層協(xié)議講解較多，但應(yīng)用層協(xié)議方面不夠深入。Comer D E編寫的《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)（第六版）》對應(yīng)用層協(xié)議介紹較多，但在章節(jié)安排上沒有完全按自底向上的方式編排。Tanenbaum A S編寫的經(jīng)典巨著《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第五版）》，對每部分都有詳細(xì)介紹，但全書知識點(diǎn)太多，接近800頁，不太適合作為師范院校的教材。

當(dāng)前的解決方案為：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)使用謝希仁教授編寫的《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第六版）》，但互聯(lián)網(wǎng)原理與應(yīng)用使用Comer D E編寫的《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)（第六版）》。對課本中不夠詳細(xì)的內(nèi)容，應(yīng)通過教學(xué)課件進(jìn)行補(bǔ)充介紹。主講教師在課堂上給出足夠的解釋，同時(shí)標(biāo)注參考書籍和參考網(wǎng)頁內(nèi)容，讓學(xué)生課后自行查閱?，F(xiàn)代通信網(wǎng)概論使用楊武軍副教授編寫的《現(xiàn)代通信網(wǎng)概論》。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程使用學(xué)院自行編寫的實(shí)驗(yàn)講義。

1.3 教學(xué)新形式

從課程群的內(nèi)容可以看出，整個(gè)課程群其實(shí)圍繞著“如何將信息從一臺計(jì)算機(jī)傳輸?shù)搅硪慌_計(jì)算機(jī)”這一問題逐步展開。重點(diǎn)內(nèi)容體現(xiàn)在TCP/IP協(xié)議棧中的數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運(yùn)輸層和應(yīng)用層的協(xié)議及相關(guān)技術(shù)。難點(diǎn)在于學(xué)生學(xué)完所有內(nèi)容后，如何將這些知識有機(jī)地聯(lián)系起來，完整地回答前面那個(gè)看似簡單卻十分復(fù)雜的問題。

為了讓學(xué)生對問題和問題的答案有清晰的理解，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的第一堂課中，任課教師拋出這個(gè)問題，然后讓學(xué)生帶著問題聽課。教師每講到一處知識點(diǎn)的時(shí)候，適時(shí)地將問題結(jié)合起來，提示學(xué)生當(dāng)前知識點(diǎn)與問題的關(guān)系，該知識點(diǎn)解決了問題中哪個(gè)細(xì)節(jié)，從TCP/IP協(xié)議的底層一直到應(yīng)用層，層層強(qiáng)化內(nèi)容與問題的關(guān)系。在講授現(xiàn)代通信網(wǎng)概論的時(shí)候，從橫向角度擴(kuò)展，向?qū)W生解釋在不同環(huán)境下通信網(wǎng)絡(luò)或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)如何根據(jù)不同環(huán)境不斷變化技術(shù)手段，進(jìn)而解決這個(gè)最基本問題。

通過幾年的教學(xué)嘗試筆者發(fā)現(xiàn)，采用這種小型課程群組課的方法，結(jié)合現(xiàn)代多媒體教學(xué)手段和上機(jī)實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生能夠較牢固地掌握這些課程的關(guān)鍵內(nèi)容，并對網(wǎng)絡(luò)工程的全局架構(gòu)有一個(gè)整體認(rèn)識，為學(xué)習(xí)其他專業(yè)課程打下良好基礎(chǔ)。

2 課程群實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

作為理論的實(shí)踐部分，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程是網(wǎng)工專業(yè)的核心課程之一，其設(shè)計(jì)初衷是讓學(xué)生有更多的動手機(jī)會，并在動手過程中提出問題，鼓勵實(shí)驗(yàn)者自行尋找答案并進(jìn)行理論解釋，從而加深其對理論知識的理解。此門課程共包含5個(gè)實(shí)驗(yàn)，覆蓋課程的主要理論知識，分別是以太網(wǎng)抓包實(shí)驗(yàn)及網(wǎng)線制作、小型局域網(wǎng)設(shè)計(jì)與VLAN配置、靜態(tài)路由配置、ARP抓包及ARP欺騙設(shè)計(jì)、TCP協(xié)議的工作原理和分析。

互聯(lián)網(wǎng)原理與應(yīng)用課程中包含3個(gè)課程實(shí)驗(yàn)，與前者不同，實(shí)驗(yàn)是課程的一部分，不單獨(dú)計(jì)學(xué)分。3個(gè)實(shí)驗(yàn)分別是SOCKET網(wǎng)絡(luò)編程設(shè)計(jì)、應(yīng)用層TELNET和FTP協(xié)議分析、應(yīng)用層HTTP協(xié)議分析，要求學(xué)生完成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)編程程序和3個(gè)協(xié)議的抓包分析實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)配備專門的網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室共有5個(gè)機(jī)架，每個(gè)機(jī)架安裝2臺二層交換機(jī)、1臺三層交換機(jī)、4臺路由器、4臺電腦。在保證人手一機(jī)的前提下，每次能容納20名學(xué)生完成一個(gè)批次的實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)前，教師提供實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)供學(xué)生預(yù)習(xí)，一些稍難的內(nèi)容（比如機(jī)柜中網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的搭建、如何用PC機(jī)配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等）會在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行簡單講解。實(shí)驗(yàn)過程中，主講教師和2～3名研究生在現(xiàn)場輔助學(xué)生，解決學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題。常見問題包括抓包軟件無法捕獲數(shù)據(jù)包、ARP欺騙實(shí)驗(yàn)無法實(shí)現(xiàn)欺騙、添加路由后網(wǎng)絡(luò)無法連通等。對于遇到問題無法繼續(xù)實(shí)驗(yàn)的學(xué)生，指導(dǎo)者會先進(jìn)行原理分析，啟發(fā)學(xué)生找到問題的根源，然后找出相應(yīng)的解決方法。實(shí)驗(yàn)完成后，學(xué)生需要提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告并分享自己的實(shí)驗(yàn)心得，重點(diǎn)分析實(shí)驗(yàn)中遇到的問題以及解決方法。

從實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的結(jié)果來看，兩門課程設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對學(xué)生理解理論知識、識記關(guān)鍵內(nèi)容效果明顯。這些實(shí)驗(yàn)對學(xué)生深入理解報(bào)文格式、協(xié)議原理有很大的幫助，同時(shí)能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生愿意動手“折騰”。

3 結(jié) 語

單門課程單打獨(dú)斗發(fā)展為幾門課程聯(lián)合起來形成課程群，是當(dāng)前教學(xué)改革的新形式。在未改革之前，幾門計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)課程無論課程內(nèi)容還是課時(shí)安排，都存在一些交叉重疊的問題，使得部分知識點(diǎn)重復(fù)講述，但重點(diǎn)內(nèi)容卻沒有足夠的課時(shí)展開。經(jīng)過小型課程群建設(shè)改革后，上述問題得到了解決，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的內(nèi)容安排也更加科學(xué)合理。學(xué)生對課程安排的滿意度大大提高，對知識的理解與掌握也更加深刻。整體上，通過幾年的實(shí)踐教學(xué)，以小型課程群方式講述當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)有益于學(xué)生接受、理解網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)，能拓展學(xué)生的視野，提升其實(shí)際動手能力。

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（編輯：孫怡銘）