本科生《計算機網(wǎng)絡(luò)》課程的教學(xué)改革和探討

摘要：人才培養(yǎng)是衡量學(xué)校教育質(zhì)量的重要標志，是學(xué)校綜合實力的重要體現(xiàn)。本文通過作者近幾年對本科生《計算機網(wǎng)絡(luò)》課程的講授和思考，采用研究性教學(xué)模式，不僅傳授計算機網(wǎng)絡(luò)的基本知識和概念，而且通過把科研成果、方法和思想（包括專業(yè)文獻閱讀）融于整個教學(xué)過程中，把培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和實踐能力作為教育改革的主要目標。

關(guān)鍵詞：計算機網(wǎng)絡(luò)；研究性教學(xué)；實踐教學(xué)

一、引言

計算機網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為信息社會的基礎(chǔ)設(shè)施和科學(xué)研究的平臺，既是計算機專業(yè)，也是許多非計算機專業(yè)的重要基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容。通過這門課程的學(xué)習(xí)，理解和掌握計算機網(wǎng)絡(luò)的基本概念、體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議原理，為今后從事計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的研究打下良好的理論基礎(chǔ)。隨著網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的不斷發(fā)展，教學(xué)內(nèi)容也要不斷更新，需要在教學(xué)中舍棄一些傳統(tǒng)陳舊的內(nèi)容而增加一些有關(guān)無線傳感網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)容。

教學(xué)改革決不僅僅是讓教學(xué)內(nèi)容與時俱進，更為重要的是轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)和思維方式，以適應(yīng)這個飛速變換的世界。師者，傳道、授業(yè)、解惑也。對于技術(shù)學(xué)科而言，傳道應(yīng)當是學(xué)習(xí)之道、思想方法和研究方法之道。這就需要我們從以教師為中心的“知識型教學(xué)”模式轉(zhuǎn)換成為以學(xué)生為中心的“研究型教學(xué)”模式，提升學(xué)生思維能力、交流溝通能力、發(fā)現(xiàn)和解決問題等綜合能力。

二、計算機網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)內(nèi)容

（一） 注重基本原理和概念的講授

本課程是為地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)專業(yè)高年級學(xué)生開設(shè)的一門專業(yè)選修課，一共40個學(xué)時。我們的教學(xué)理念為：“以計算機網(wǎng)絡(luò)理論為主線，以網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為核心，以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在專業(yè)應(yīng)用中為背景，以提高學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)為目標”。對學(xué)生進行全方位的訓(xùn)練，可以提高學(xué)生面向問題的求解和創(chuàng)新能力；使學(xué)生能夠較牢固地掌握計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基本原理和概念，了解與計算機網(wǎng)絡(luò)密切相關(guān)的通信技術(shù)；理解和掌握協(xié)議分層思想、體系結(jié)構(gòu)和基本工作原理；了解無線傳感網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)基本理論和概念，通過典型網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的學(xué)習(xí)基本掌握計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基本技術(shù)、工作原理和協(xié)議描述技術(shù)。

基于我們的教學(xué)目標，我們把計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、原理、算法作為最基礎(chǔ)內(nèi)容，Internet技術(shù)是實例（協(xié)議）；弱化數(shù)據(jù)通信技術(shù)，著重競爭技術(shù)（如802.3、802.11協(xié)議），圍繞分組交換技術(shù)（互聯(lián)、路由、轉(zhuǎn)發(fā)），立足端-端通信（連接、可靠、流控、擁控），面向應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量。

通過自主開發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計與實現(xiàn)，鍛煉學(xué)生解決問題的實際能力；通過網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生具備分析問題的能力；通過典型算法講解使學(xué)生了解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實現(xiàn)的基本方法。

當然，除了講授計算機網(wǎng)絡(luò)基本原理和協(xié)議以外，也拿出2-3個學(xué)時向?qū)W生介紹計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在GIS領(lǐng)域的最新發(fā)展和動態(tài)，如WebGIS、基于無線傳感網(wǎng)的地理信息系統(tǒng)等。這樣一方面提升了計算機網(wǎng)絡(luò)這門課程在學(xué)生心目中的重要性，另一方面也增加了學(xué)生對計算機網(wǎng)絡(luò)課對本專業(yè)重要性的認識。

在教材的選取上，選用知名教授Andrew.S.Tanenbaum和謝希仁教授等國內(nèi)外有影響的教材作為參考書[2-3]。這些教材不僅系統(tǒng)地介紹了計算機網(wǎng)絡(luò)的基本原理和大量的協(xié)議實例，還與時俱進地引入了最新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

（二）教學(xué)內(nèi)容與時俱進

教材內(nèi)容的重點雖然都是最基本的原理和概念，但畢竟不能反映最新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在準備這門課的講授過程中，應(yīng)帶學(xué)生參觀、調(diào)研、了解學(xué)校網(wǎng)絡(luò)中心。我校校園網(wǎng)依托中國教育與科研計算機網(wǎng)（Cernet）的網(wǎng)絡(luò)資源而建立，它是Cernet的中國農(nóng)業(yè)大學(xué)節(jié)點。目前我校兩校區(qū)教學(xué)區(qū)和辦公區(qū)的60所正規(guī)樓宇、9個室外熱點區(qū)域，均實現(xiàn)了新無線網(wǎng)的覆蓋，實現(xiàn)校園網(wǎng)用戶的IPv6普遍訪問和校園網(wǎng)信息資源的IPv6普遍服務(wù)。通過了解目前校園網(wǎng)所采用的最新網(wǎng)絡(luò)軟硬件技術(shù)，我們對教材內(nèi)容也會適當調(diào)整，有重點地做一些講解。

目前物聯(lián)網(wǎng)在智能生活、智能城市、智能交通、智能醫(yī)療 、智慧物流 、智慧農(nóng)業(yè)、智能電網(wǎng)、智慧建筑等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。因此我們也會介紹主流無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如 IEEE 802.15.4 Zigbee 無線傳輸技術(shù)，以及藍牙無線傳輸技術(shù)等。

對于網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，我們有側(cè)重地介紹具有路由器功能的三層交換機。因為在校園網(wǎng)和大型企業(yè)里，普遍采用三層交換機來代替路由器，而只有局域網(wǎng)與公網(wǎng)互聯(lián)之間要實現(xiàn)跨地域的網(wǎng)絡(luò)訪問時，才通過專業(yè)路由器。

對網(wǎng)絡(luò)地址分配問題，教材一般只介紹A、B、C等地址分類，劃分子網(wǎng)和無類別域間路由CIDR（Classless Inter-Domain Routing）技術(shù)。雖然CIDR技術(shù)可以更加節(jié)約IP地址，但它并不能創(chuàng)造新的IP地址。IP地址的耗盡危機并不能因此得到解決。因此實際上校園網(wǎng)和一些企業(yè)多采用的是NAT（Network Address Translation）技術(shù)來分配地址。還有路由協(xié)議，我們校園網(wǎng)主要采用的是內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 OSPF （Open Shortest Path First ），因此對OSPF也重點介紹一下。

（三）教學(xué)與專業(yè)文獻閱讀相結(jié)合

除了講授課本知識，對于一些重要的知識點，可以通過閱讀專業(yè)文獻來拓展學(xué)生知識范圍，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。

每講到一個重要知識點，比如循環(huán)冗余校驗碼CRC、HTTP應(yīng)用協(xié)議，我們就選擇在中文學(xué)術(shù)期刊數(shù)據(jù)庫（如中國知網(wǎng)）里檢索幾篇最近這些年對CRC和HTTP協(xié)議的文獻推薦給學(xué)生。另外，還搜集一些有關(guān)計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的經(jīng)典文章，如通信理論創(chuàng)始人、學(xué)術(shù)大師香農(nóng)的經(jīng)典文章“A Mathematical Theory of Communication”；TCP/IP協(xié)議設(shè)計者、圖靈獎得主Vinton G.Cerf的經(jīng)典文章“A Protocol for Packet Network Intercommunication”等推薦給學(xué)生。這些經(jīng)典的文獻猶如文學(xué)界的世界名著，經(jīng)久不衰。通過閱讀經(jīng)典文獻，既能提高學(xué)生的英語閱讀能力，也能感悟這些前輩大師們的睿智與思想。endprint

學(xué)生通過這門課的學(xué)習(xí)，不僅掌握了計算機網(wǎng)絡(luò)的基本原理和概念，而且通過閱讀和學(xué)習(xí)專業(yè)文獻，既了解了計算機網(wǎng)絡(luò)的研究進展和熱點領(lǐng)域，也提高了英文文獻的閱讀能力。

（四）教學(xué)模式的改進

在互聯(lián)網(wǎng)時代，知識獲取方式與獲取渠道都在發(fā)生著根本改變，書本和課堂僅僅只是獲取知識的一個方面，隨著網(wǎng)上數(shù)字媒體及海量知識的快速發(fā)展，學(xué)會獲取知識的能力比獲取知識本身更重要。我們經(jīng)常給學(xué)生灌輸?shù)睦砟钍窃凇盎ヂ?lián)網(wǎng)+”時代，學(xué)生自己要提高自主學(xué)習(xí)的能力。這一理念也影響著學(xué)生，并取得了良好的效果。

在研究性教學(xué)中，教師和學(xué)生的作用也發(fā)生了變化。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式一般是老師講，學(xué)生聽，忽略了學(xué)生的感受，學(xué)生缺乏參與感。而研究性教學(xué)是向以學(xué)生為中心的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變。課堂不再是滿堂灌的教學(xué)方式，而是留出一部分時間鼓勵學(xué)生和老師、學(xué)生和學(xué)生之間的交流互動；另外，在一些關(guān)鍵知識點上，給予學(xué)生重點啟發(fā)和引導(dǎo)，營造一個研究型的學(xué)習(xí)氛圍。

“互聯(lián)網(wǎng) + ”給社會各領(lǐng)域帶來了巨大變革，2012年慕課（MOOC，大規(guī)模開放在線課程）的出現(xiàn)給全球大學(xué)的傳統(tǒng)教育帶來了前所未有的沖擊，也給教學(xué)模式改革帶來了很好的契機。

“慕課”的特點之一就是短視頻，每個視頻的長度在十分鐘左右。我們把《計算機網(wǎng)絡(luò)》內(nèi)容經(jīng)過重新梳理，分解，把一些重要、較難理解的知識點提煉出來，錄制了20段左右的慕課視頻并放到校園教學(xué)平臺上供學(xué)生自己觀看學(xué)習(xí)。學(xué)生在上課時沒有完全聽懂的知識點可以反復(fù)看，避免了傳統(tǒng)課堂一處知識點沒跟上，后續(xù)聽起來就困難的問題。很多學(xué)生反映學(xué)習(xí)效率提高了，而且自由支配學(xué)習(xí)的時間也更多了。對于不會的知識點，或需要思考的地方可以記下來反復(fù)聽反復(fù)想，不會出現(xiàn)上課沒聽懂下課就沒辦法，直接略過的現(xiàn)象。教學(xué)改革的最終目的是使學(xué)生真正受益。經(jīng)過最近這幾年的教學(xué)改革，學(xué)生也給予了較好的評價。很多學(xué)生反映，對計算機網(wǎng)絡(luò)有了一個比較全面的認識。課程中舉了很多例子便于大家理解，很形象生動。老師除了教這門課的知識，也教給我們很多思維方法，對我們很有幫助。課程中采取的交互式教學(xué)模式使我們獲得了很多和同學(xué)們交流心得體驗的機會，這種教學(xué)模式使我們有了學(xué)習(xí)主人翁的感覺，能夠調(diào)動同學(xué)們的學(xué)習(xí)積極性。

三、結(jié)束語

本文是近年來講授《計算機網(wǎng)絡(luò)》教學(xué)實踐中的一些點滴體會。創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是現(xiàn)代教育的出發(fā)點和歸宿。課程教學(xué)改革是一項系統(tǒng)工程，需要下大力氣。沒有一流的本科教學(xué)質(zhì)量，就沒有一流的大學(xué)。教學(xué)模式使人才培養(yǎng)從以“教”為中心的知識傳授型教學(xué)向以“學(xué)”為中心的研究型教學(xué)轉(zhuǎn)變，學(xué)生普遍反映這種教學(xué)模式優(yōu)于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，并能合理使用實驗和現(xiàn)代化教學(xué)技術(shù)；通過認真組織課堂教學(xué)內(nèi)容，重視實驗教學(xué)和課程設(shè)計，嚴格教學(xué)的過程化管理與考核等方法，為其終身學(xué)習(xí)和畢生發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]趙婧如，王宣政.關(guān)于計算機專業(yè)“計算機網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)改革的建議[J].計算機教育，2006（5）：33-36.

[2]Andrew.S.Tanenbaum.計算機網(wǎng)絡(luò)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013.

[3]謝希仁.計算機網(wǎng)絡(luò)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014.

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[5]高虹.從美國理工科本科教學(xué)改革看研究型教學(xué)[J].物理與工程，2004，14（2）：12-14.

（責任編輯黃佳銳）endprint