計算機網(wǎng)絡(luò)課程多導(dǎo)向多落點本科教學(xué)模式的設(shè)計和建設(shè)

溫 靜，孫 敏

（山西大學(xué) 計算機與信息技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030006）

0 引言

計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已成為21 世紀(jì)廣泛使用的技術(shù)，在當(dāng)前的教學(xué)受眾中已不再局限于本科及高職院校，部分內(nèi)容已出現(xiàn)于中學(xué)教育中，這使計算機網(wǎng)絡(luò)成為熱門且亟須保持更新的課程。計算機網(wǎng)絡(luò)作為計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的重要基礎(chǔ)必修課程之一，也是計算機科學(xué)技術(shù)與通信技術(shù)的交叉學(xué)科[1]。

計算機網(wǎng)絡(luò)課程在本科階段的課程內(nèi)容都是以Internet 采用的體系結(jié)構(gòu)TCP/IP 為基本框架，自底向上或自頂向下、系統(tǒng)式、分層次、多視角地講授了計算機網(wǎng)絡(luò)的基本概念、基本理論和基本方法[2-3]。在高職院校中，該課程主要面向國內(nèi)的職業(yè)競賽，相較于本科學(xué)習(xí)，更側(cè)重實踐環(huán)節(jié)和動手能力，而理論知識結(jié)構(gòu)稍顯薄弱。在教學(xué)內(nèi)容的組織上，有的授課教師在整個教學(xué)過程中全部教授基礎(chǔ)理論，有的則在講授理論過程中蜻蜓點水式地涉及粗淺的實驗，還有的全盤通過工程實踐來學(xué)習(xí)該課程。這些教學(xué)內(nèi)容的組織往往太側(cè)重教，而沒有思考學(xué)，缺少從學(xué)生的角度出發(fā)想問題，沒有周全地為學(xué)生考慮：在學(xué)習(xí)周期結(jié)束后自己處于什么階段，能做什么？有什么樣的學(xué)術(shù)和職業(yè)發(fā)展方向？因此，學(xué)生對于這門課程只有單一形式的認(rèn)識和了解[4-5]。

眾所周知，教是手段，學(xué)是目的。那么，學(xué)的目的是什么？這正是教師應(yīng)該時常反思和提醒自己的問題?！皩W(xué)以致用”來回答這個問題恰到好處。作為教師，通過思考“學(xué)以致用”，正是改進教學(xué)手段和為學(xué)生著想的最佳切入點。

1 計算機網(wǎng)絡(luò)課程多導(dǎo)向多落點的教學(xué)模式

多導(dǎo)向多落點的教學(xué)模式是通過在教學(xué)實踐中依據(jù)該模式下學(xué)生學(xué)習(xí)反饋情況而設(shè)計，旨在夯實理論，提高工程能力，培養(yǎng)科學(xué)思維，使學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程時，入門有思路，出口有方向，學(xué)習(xí)有落點，了解自己在本課程的擅長和不足，為學(xué)生未來的發(fā)展提供借鑒和指導(dǎo)。

計算機網(wǎng)絡(luò)課程開設(shè)的對象為計算機專業(yè)三年級大學(xué)本科生，施行56+16 課時的教學(xué)安排，其中56 課時為理論教學(xué)，16 課時為實驗教學(xué)。對于該課程，學(xué)習(xí)對象的知識結(jié)構(gòu)要求必須具備操作系統(tǒng)、接口與技術(shù)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論、體系結(jié)構(gòu)、軟件編程等相關(guān)課程的扎實專業(yè)知識，見圖1。這些入門課程作為計算機網(wǎng)絡(luò)的理論基礎(chǔ)，在學(xué)習(xí)計算機網(wǎng)絡(luò)課程的過程中，必須注重與這些入口課程的聯(lián)系，并為進一步學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)工程、網(wǎng)絡(luò)編程、網(wǎng)絡(luò)安全管理等打下堅實的基礎(chǔ)。

圖1 計算機網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)總體思路框架

該教學(xué)模式以五層TCP/IP 的計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)為核心和出發(fā)點，包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層的功能、接口和主要協(xié)議，總體思路和框架圖見圖1。在教學(xué)過程中以縱向多落點為教學(xué)手段，以橫向多導(dǎo)向為教學(xué)目的，對網(wǎng)絡(luò)各層的理論學(xué)習(xí)、實踐工程，乃至網(wǎng)絡(luò)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計，形成一套行之有效的教學(xué)內(nèi)容、方法和思路。

1.1 多出口導(dǎo)向的培養(yǎng)目標(biāo)

在圖1 的橫向右端，本課程的培養(yǎng)目標(biāo)主要以4 個方向為出口導(dǎo)向，為了使學(xué)生對通過學(xué)習(xí)該課程了解未來發(fā)展方向而組織和開展教學(xué)工作。

（1）滿足學(xué)生畢業(yè)后從事計算機網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、系統(tǒng)集成的工作要求，重點在計算機網(wǎng)絡(luò)工程方向的知識基礎(chǔ)以及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計實施。

（2）滿足學(xué)生畢業(yè)后從事網(wǎng)絡(luò)安全以及網(wǎng)絡(luò)編程的工作需要，重點在安全運營以及軟件定義網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)。

（3）滿足企、事業(yè)單位入職、考研以及軟考、認(rèn)證的學(xué)生需要，從試題知識點綜合應(yīng)用到解題思路都落實在課程教學(xué)內(nèi)容及資源中。

（4）滿足學(xué)生為開展更高層次的科學(xué)研究，掌握目前計算機網(wǎng)絡(luò)的研究重點和研究熱點。

1.2 多落點的教學(xué)內(nèi)容

本課程的教材采用謝希仁主編的《計算機網(wǎng)絡(luò)》（第七版）[1]，以其作為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)TCP/IP 的基本知識架構(gòu)。

第一，在理論知識學(xué)習(xí)的落點上，按照不同的導(dǎo)向點設(shè)計和組織難度分級的題庫。

（1）以該教材理論出發(fā)，精選課后重點、要點、難點習(xí)題，加深理解網(wǎng)絡(luò)各層的概念。

（2）根據(jù)所屬知識點，每年擴充積累了思科網(wǎng)院、軟考認(rèn)證、考研考點等多種學(xué)習(xí)導(dǎo)向的教輔資源。

第二，立足易混淆的知識點，精心設(shè)計一系列實驗內(nèi)容，主要實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)各層的理論驗證、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計。

實驗環(huán)節(jié)包括真機實驗和模擬器實驗，見表1。

真機實驗分為基礎(chǔ)設(shè)備的實驗和高級設(shè)備（如圖1 所示網(wǎng)絡(luò)設(shè)備產(chǎn)品）的實驗?；A(chǔ)實驗涉及的設(shè)備有交換機、路由器和網(wǎng)關(guān)；高級實驗設(shè)備有防火墻、VPN 和服務(wù)器等。學(xué)生可以自主在真實網(wǎng)絡(luò)中構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，并利用Sniffer、Wireshark等工具進行抓包分析。

模擬器實驗主要采用思科模擬器為操作平臺，自主設(shè)計一套難度遞進，與理論環(huán)環(huán)相扣的實驗題庫，既可以在模擬器上考察，也可擴展到真機實驗。

1.3 “理論—實踐—理論”的閉環(huán)反饋式教學(xué)模式

在該課程的教學(xué)方法組織上，以多方向?qū)虻呐囵B(yǎng)目標(biāo)為指導(dǎo)，構(gòu)建理論與實踐結(jié)合、教學(xué)內(nèi)容與計算機網(wǎng)絡(luò)集成、計算機網(wǎng)絡(luò)編程結(jié)合的多層次結(jié)合教學(xué)模式。

表1 實驗環(huán)節(jié)內(nèi)容的設(shè)置

第一，為了確保知識的遞進性吸收。以課后習(xí)題為起點，使學(xué)生體會課程中各層之間的重點難點。

第二，為了通過實踐檢驗理論的再體驗。通過實驗環(huán)節(jié)（包括模擬器實驗以及真機實驗）中出現(xiàn)的問題檢驗知識點掌握的準(zhǔn)確程度，再次加深對理論知識的理解。

第三，為了對網(wǎng)絡(luò)工程原理與設(shè)計思想的再升華。通過提升難度的考研、軟考認(rèn)證真題再檢驗理論知識運用的牢靠程度和靈活性。

2 計算機網(wǎng)絡(luò)課程多導(dǎo)向多落點的建設(shè)情況

由于計算機網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)學(xué)科都處于快速發(fā)展之中，而學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)也在不斷豐富，如何將計算機網(wǎng)絡(luò)各方面知識點有機整合，梳理出不同深度、廣度及難度的知識結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同導(dǎo)向出口的需求，使學(xué)生明確所學(xué)理論與課程體系的關(guān)聯(lián)，并與自己預(yù)期的未來發(fā)展相聯(lián)系？根據(jù)以上對該課程教學(xué)思路的分析，計算機網(wǎng)絡(luò)教研組目前的建設(shè)情況如下。

2.1 理論上既加固又加深

在知識體系上保留了傳統(tǒng)的理論架構(gòu)，目前采用謝希仁編撰的《計算機網(wǎng)絡(luò)》（第七版）為教材，相關(guān)的國內(nèi)外著作為參考，在56 課時的課堂教學(xué)內(nèi)，使學(xué)生對計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的理論范疇和基本方法有初步的和全面的認(rèn)識。在知識落點上以考研、認(rèn)證為導(dǎo)向，將課后精選的難點題、思科認(rèn)證和軟考真題以及最新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其原理貫穿于授課過程中。這就要求教師將全部的理論內(nèi)容和知識落點做甄別，分難易，劃層次。

2.2 實踐上既要全面又要反思

在實踐環(huán)節(jié)，既要通過驗證性實驗加深理論的理解，也要通過設(shè)計性實驗引導(dǎo)學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)中問題的思考和解決。在16 課時內(nèi)要掌握各層的基本原理和主要協(xié)議的應(yīng)用等，將各個知識點融匯于實驗中。例如，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中通過設(shè)計不同的網(wǎng)絡(luò)前綴，引導(dǎo)學(xué)生思考子網(wǎng)掩碼正確的計算；通過在不同局域網(wǎng)中設(shè)置相同編號的VLAN，引導(dǎo)學(xué)生思考VLAN 的作用范圍；通過使用Wireshark 抓包工具，分析各層之間協(xié)議服務(wù)與被服務(wù)的關(guān)系。

2.3 多維度的全面考查方式

計算機網(wǎng)絡(luò)的市場化和工程性是先于該課程理論的，因而對該課程考察應(yīng)該是全面的，既要體現(xiàn)出理論知識較為牢固的學(xué)生，也能突出動手能力強的學(xué)生。然而，在56+16 課時內(nèi)完成這些教學(xué)內(nèi)容，對教師來說需要完成大量的預(yù)備工作，將全部教學(xué)內(nèi)容高度集成在學(xué)習(xí)周期內(nèi)，更離不開學(xué)生的積極配合。在考查學(xué)生時，成績的比重設(shè)置會綜合評估學(xué)生的理論知識和實踐工程能力。更重要的是，通過該課程教學(xué)模式的設(shè)計培養(yǎng)學(xué)生的計算機網(wǎng)絡(luò)工程思維。

3 多導(dǎo)向多落點教學(xué)建設(shè)方案的效果評估

在實施該課程模式的幾年來，通過這一系列教學(xué)模式，筆者成功地培養(yǎng)出不同特點的優(yōu)秀學(xué)生。例如，在實驗環(huán)節(jié)中，為了實現(xiàn)中小企業(yè)在不同地點之間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，根據(jù)需求需要設(shè)置公有地址—私有地址的轉(zhuǎn)換。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠自發(fā)主動地設(shè)計隧道（Tunnel）技術(shù)實現(xiàn)這一需求。學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，能夠順利地通過思科CCNA1 和CCNA2 以及國家軟件工程師的認(rèn)證考試?？佳械膶W(xué)生獲得牢固的理論基礎(chǔ)，同時在攻讀碩士時已具備開展網(wǎng)絡(luò)安全、系統(tǒng)集成等科研工作的預(yù)備知識；而工程能力強的學(xué)生則具備步入相關(guān)行業(yè)的技術(shù)儲備。從學(xué)生對該課程課后評價以及考研和從業(yè)后同專業(yè)導(dǎo)師和用人單位的反饋可看出，本課題組設(shè)計和建設(shè)的教學(xué)模式是行之有效的。

4 結(jié)語

當(dāng)前，山西大學(xué)計算機與信息技術(shù)學(xué)院已成立了計算機網(wǎng)絡(luò)教研組，對于教研組設(shè)計的多導(dǎo)向多落點教學(xué)模式仍處于探索和不斷建設(shè)階段。在“理論—實踐—理論”的閉環(huán)反饋教學(xué)模式的建設(shè)中，還需要任課教師長期實踐和摸索。該課程的理論和實踐都需要與時俱進，就要夯實理論基礎(chǔ)并時刻把握最新技術(shù)，立足于不同導(dǎo)向出口下學(xué)生對本門課程的學(xué)習(xí)要求，從而提升計算機網(wǎng)絡(luò)多導(dǎo)向多落點模式的教學(xué)質(zhì)量。