知識(shí)與能力協(xié)同培養(yǎng)的高職《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課程教學(xué)改革與實(shí)踐

摘 要：從教學(xué)實(shí)踐中可以體會(huì)到傳統(tǒng)的教學(xué)方法很難讓學(xué)生達(dá)到真正“掌握”網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的教學(xué)目的。根據(jù)職業(yè)教育學(xué)生的特點(diǎn)，要想提高學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論知識(shí)的理解與實(shí)際動(dòng)手能力，適應(yīng)信息化社會(huì)對(duì)人才需求的變化，應(yīng)該注重知識(shí)與能力的協(xié)同培養(yǎng)，在強(qiáng)化學(xué)生網(wǎng)絡(luò)理論知識(shí)的同時(shí)，提高網(wǎng)絡(luò)軟件編程能力。

關(guān)鍵詞：“自頂向下”教學(xué)法；應(yīng)用驅(qū)動(dòng)；互聯(lián)網(wǎng)；編程能力

作者簡(jiǎn)介：涂風(fēng)濤（1976-），男，江西南昌人，豫章師范學(xué)院信息科學(xué)系講師，研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)安全和計(jì)算機(jī)教學(xué)。

中圖分類號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-7518（2017）32-0067-03

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟與互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及，已對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)產(chǎn)生了重大的影響。這種影響集中表現(xiàn)在教學(xué)體系與內(nèi)容的變化，以及社會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才需求的變化兩個(gè)方面。當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)行業(yè)發(fā)展的變化，要求高職院校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的學(xué)生，更是需要具備在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中開發(fā)軟件的能力。因此，筆者以為基于“自頂向下”的教學(xué)理念，對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程進(jìn)行教學(xué)改革，把網(wǎng)絡(luò)能力和素質(zhì)的培養(yǎng)落實(shí)到教學(xué)實(shí)踐中顯得尤為需要。

一、“自頂向下”教學(xué)方法

“自頂向下”教學(xué)方法是以自頂向下的方式來(lái)講授網(wǎng)絡(luò)，也就是按照OSI模型的順序，從應(yīng)用層開始向下一直講到物理層。在教學(xué)中，教師采用“應(yīng)用驅(qū)動(dòng)”模式來(lái)構(gòu)建整個(gè)教學(xué)過(guò)程，講授主要網(wǎng)絡(luò)概念。通過(guò)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的相關(guān)概念和功能的講解，引出相應(yīng)的設(shè)計(jì)任務(wù)，按照OSI模型自頂向下，層層解析，探討網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)[1]。學(xué)生按任務(wù)要求去學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容，以此來(lái)培養(yǎng)他們遵循問題解決流程，分析網(wǎng)絡(luò)工作原理的能力，引導(dǎo)他們掌握分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)[2]。在教學(xué)內(nèi)容的整體安排上，把教學(xué)的重點(diǎn)放在了以應(yīng)用層和傳輸層為中心的高層，強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層案例與編程，讓學(xué)生在使用網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序環(huán)境中進(jìn)行學(xué)習(xí)和創(chuàng)新。

二、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)中采用“自頂向下”的教學(xué)設(shè)計(jì)思想，著眼于深入解析互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，采用“端系統(tǒng)與核心交換”的結(jié)構(gòu)模型，如圖1所示。這種結(jié)構(gòu)模型將復(fù)雜的互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)抽象為“端系統(tǒng)”與“核心交換”的概念，突出網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與應(yīng)用層協(xié)議，配合“網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)”的概念，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用功能所需低層提供的服務(wù)為線索。在結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)工作模型和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議的基礎(chǔ)上，再探討低層網(wǎng)絡(luò)提供的相關(guān)服務(wù)，形成一個(gè)完整的思維結(jié)構(gòu)：即“提出問題”——描述網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)的功能需求；“分析問題”——實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能的工作模型與應(yīng)用層協(xié)議的設(shè)計(jì)；“解決問題”——編寫實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)的代碼?！熬W(wǎng)絡(luò)應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)”指的是學(xué)生在設(shè)計(jì)應(yīng)用程序時(shí)，規(guī)定如何在各個(gè)端系統(tǒng)上組織網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。在選擇網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)時(shí)，學(xué)生可以選擇現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中使用的兩種主流體系結(jié)構(gòu)之一：客戶機(jī)/服務(wù)器（Client/Server）體系結(jié)構(gòu)或?qū)Φ龋≒eer-to-Peer）體系結(jié)構(gòu)。我們?cè)趯?shí)踐中發(fā)現(xiàn)，這種組織方法有利于學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)原理與實(shí)現(xiàn)技術(shù)的理解。因此，在教學(xué)內(nèi)容安排上，教師在介紹WAN、LAN與MAN等傳輸網(wǎng)技術(shù)發(fā)展和演變的歷史基礎(chǔ)上，突出對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)，以及軟件設(shè)計(jì)方法的講解[3]。

教學(xué)中，從最基本的網(wǎng)絡(luò)原理出發(fā)，通過(guò)總結(jié)提煉，讓學(xué)生一步步了解網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，理解網(wǎng)絡(luò)的基本設(shè)計(jì)原理。通過(guò)對(duì)處理網(wǎng)絡(luò)問題的基本方法的掌握，也潛移默化地培養(yǎng)了學(xué)生接受新知識(shí)、研究新知識(shí)的鉆研能力，這也是我們?cè)谟?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中以“不變”應(yīng)“萬(wàn)變”的基本思路。

此外，基于“自頂向下”的理念，采用“應(yīng)用驅(qū)動(dòng)”的教學(xué)思路，把互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用作為研究對(duì)象，從實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的出發(fā)，按進(jìn)程通信的實(shí)現(xiàn)，層層推進(jìn)，直到底層的數(shù)據(jù)傳輸層的順序來(lái)組織相關(guān)教學(xué)內(nèi)容。

互聯(lián)網(wǎng)作為《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》這門課程的教學(xué)研究目標(biāo)是因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)已經(jīng)變得無(wú)所不在，使用互聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議，來(lái)學(xué)習(xí)基本的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概念。因?yàn)槲覀兊年P(guān)注焦點(diǎn)是互聯(lián)網(wǎng)，這反映在圍繞互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的五層模型來(lái)組織教學(xué)，這五個(gè)層次分別是應(yīng)用層、運(yùn)輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層和物理層。對(duì)于發(fā)展成熟的互聯(lián)網(wǎng)而言，許多關(guān)鍵性基礎(chǔ)問題都已分析的相當(dāng)透徹。像在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)輸層上，存在的主要關(guān)鍵問題是如何建立可靠通信；網(wǎng)絡(luò)層上的主要關(guān)鍵問題是如何在Router之間找到“最優(yōu)”路徑；數(shù)據(jù)鏈路層上的主要關(guān)鍵問題是多路訪問信道的共享。學(xué)習(xí)這些原理將使學(xué)生獲得具有長(zhǎng)“保質(zhì)期”的知識(shí)，即使今后的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議不斷發(fā)展變化，其中的原理仍然重要。我們發(fā)現(xiàn)，在學(xué)習(xí)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)之后，然后再通過(guò)強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)中的基礎(chǔ)性問題和解決方案，學(xué)生能夠快速理解大部分的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

當(dāng)然，聚焦互聯(lián)網(wǎng)還有一個(gè)好處是，許多計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生都渴望學(xué)習(xí)互聯(lián)網(wǎng)及其技術(shù)。學(xué)生已經(jīng)知道互聯(lián)網(wǎng)是一種革命性的技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)改變了我們的生活方式。通過(guò)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的了解，激發(fā)了學(xué)生們對(duì)其內(nèi)部原理的求知欲。因此，一旦用互聯(lián)網(wǎng)作為定向焦點(diǎn)，教師就更易于調(diào)動(dòng)學(xué)生們學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)基本原理的積極性。通過(guò)多個(gè)學(xué)期的學(xué)生問卷調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)采用“自頂向下”方式的教學(xué)與傳統(tǒng)的教學(xué)相比，學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程持續(xù)保持興趣度的人數(shù)比例發(fā)生了明顯的變化（如圖2所示）。

三、強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)與編程能力培養(yǎng)

為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)行業(yè)對(duì)高素質(zhì)網(wǎng)絡(luò)人才的需求，我們必須堅(jiān)持“理論教學(xué)與能力培養(yǎng)并重，強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)與編程能力培養(yǎng)”的教學(xué)改革。

在網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)過(guò)程中，講網(wǎng)絡(luò)原理必須講網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，講網(wǎng)絡(luò)協(xié)議必然涉及一些規(guī)定。如果只通過(guò)網(wǎng)絡(luò)硬件和軟件產(chǎn)品來(lái)組織教學(xué)，必然會(huì)導(dǎo)致學(xué)生“只知其表”的狀態(tài)，學(xué)習(xí)也只能停留在技能培訓(xùn)的水平上。以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)告訴我們，僅僅通過(guò)書本和課堂學(xué)習(xí)而掌握的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)，對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)是初淺的。學(xué)生們往往是通過(guò)大量做題、死記硬背而“掌握”很多的網(wǎng)絡(luò)概念，順利通過(guò)考試。但要真正理解網(wǎng)絡(luò)理論，提高應(yīng)用能力，是需要通過(guò)項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)來(lái)達(dá)到的。

雖然計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和軟件編程課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)中獨(dú)立的兩門課程，但是由于當(dāng)前大多數(shù)軟件是運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，所以網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)離不開軟件編程，并且兩者之間還保持了緊密的聯(lián)系。通過(guò)開發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件，即能強(qiáng)化學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的理解，又能提高他們的網(wǎng)絡(luò)軟件編程能力。因此，采用了網(wǎng)絡(luò)理論與項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)相結(jié)合的指導(dǎo)思想，強(qiáng)化學(xué)生網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能力的培養(yǎng)。

為了加強(qiáng)學(xué)生在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與軟件編程能力上的訓(xùn)練，在總結(jié)多年科研與教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提煉出與課程內(nèi)容相適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)編程實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。例如，教師在向?qū)W生講授網(wǎng)絡(luò)層的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，設(shè)計(jì)了一個(gè)“IP數(shù)據(jù)包捕獲程序設(shè)計(jì)”的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。通過(guò)這個(gè)項(xiàng)目開發(fā)，讓學(xué)生更加理解了網(wǎng)絡(luò)層的基本概念，IP協(xié)議的主要特點(diǎn)，IP數(shù)據(jù)包的結(jié)構(gòu)，以及IP數(shù)據(jù)包捕獲的工作原理。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，我們首先向?qū)W生提出相關(guān)的設(shè)計(jì)要求；學(xué)生根據(jù)需求寫出相應(yīng)的開發(fā)文檔；然后學(xué)生按小組一起討論解析項(xiàng)目的關(guān)鍵問題，教師參與輔導(dǎo)；最后要求學(xué)生以小組的形式完成項(xiàng)目的程序代碼設(shè)計(jì)，教師評(píng)判的標(biāo)準(zhǔn)是看所設(shè)計(jì)的程序是否滿足設(shè)計(jì)要求，小組成員分工是否明確，編程是否規(guī)范，注釋是否清晰等因素。

在任課和實(shí)訓(xùn)教師的指導(dǎo)下，學(xué)生們可以循序漸進(jìn)地完成網(wǎng)絡(luò)編程的課程設(shè)計(jì)，加深對(duì)網(wǎng)絡(luò)工作原理和實(shí)現(xiàn)方法的理解，加強(qiáng)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)與軟件的能力，適應(yīng)社會(huì)對(duì)具有網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)能力的高水平人才的需要。

四、“自頂向下”教學(xué)法的優(yōu)點(diǎn)

教學(xué)實(shí)踐反饋?zhàn)C實(shí)了在教學(xué)中采用的這種“自頂向下”的教學(xué)方法有許多好處，并且的確很好實(shí)施。

首先，“自頂向下”教學(xué)法特別強(qiáng)調(diào)應(yīng)用層，因?yàn)樗蔷W(wǎng)絡(luò)中最重要的應(yīng)用領(lǐng)域。許多近期“革命”都發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用層上，像文件共享、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和流媒體等。及早強(qiáng)調(diào)應(yīng)用層的教授，不同于傳統(tǒng)教學(xué)中所采取的方法。傳統(tǒng)教學(xué)中只介紹了少量的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和需求，應(yīng)用層范式（Client/Server體系結(jié)構(gòu)和Peer-to-Peer體系結(jié)構(gòu)），以及應(yīng)用編程接口方面的內(nèi)容，這已與行業(yè)需求存在一定的差距。

其次，作為教師的經(jīng)驗(yàn)是，在課程開始后就教授網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的內(nèi)容，是激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的有效工具。學(xué)生們從開始學(xué)習(xí)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》便急切想知道自己每天都在使用的萬(wàn)維網(wǎng)服務(wù)和電子郵箱是如何工作的。學(xué)生們一旦理解了這些網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的工作原理，便能激發(fā)他們學(xué)習(xí)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，以及探究在低層次中如何提供與實(shí)現(xiàn)這些服務(wù)的學(xué)習(xí)興趣。所以，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的講解是保持學(xué)生學(xué)習(xí)該課程積極性的重要手段。

最后，通過(guò)“自頂向下”教學(xué)，使學(xué)生能夠較早的掌握Socket編程、服務(wù)模型，以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的概念，這些重要概念為進(jìn)一步的深入學(xué)習(xí)掃除了障礙。通過(guò)提供用語(yǔ)言編寫的套接字編程的例子，我們強(qiáng)調(diào)的是主要思想，而不是使學(xué)生們陷于復(fù)雜代碼的困境，使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)的學(xué)生理解這些代碼變得更加容易，提高了他們的應(yīng)用技能。

五、教改效果

按“自頂向下”方法組織計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)內(nèi)容，并采用“應(yīng)用驅(qū)動(dòng)”的思路進(jìn)行課程教學(xué)改革后，使學(xué)生獲得了較佳的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，提高了學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)理論知識(shí)水平（如圖3所示），強(qiáng)化了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)與編程能力（如圖4所示）。

社會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才的需求從初期的主要具備網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃組建知識(shí)與技能型，向進(jìn)一步掌握網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與軟件編程能力的方向發(fā)展。社會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才的需求從早期小批量、建設(shè)性人才，向大規(guī)模、多層次、能適應(yīng)社會(huì)各行業(yè)對(duì)具有網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)能力的高水平人才的方向發(fā)展。面對(duì)新技術(shù)與人才需求的變化，職業(yè)院校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)一定要適應(yīng)形勢(shì)發(fā)展的需要。因此，采用“自頂向下”、“應(yīng)用驅(qū)動(dòng)”思路的教學(xué)改革，將成熟的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)、傳輸層協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的最新發(fā)展有機(jī)地融合起來(lái)，很好地處理了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)內(nèi)容中的“變”與“不變”的關(guān)系，從而使學(xué)生具備了以“不變”應(yīng)“萬(wàn)變”的能力，更好地適應(yīng)了社會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才需求的變化。

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責(zé)任編輯 時(shí)紅兵