計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)中的“雙真”教學(xué)模式構(gòu)建

陳平平，譚定英，耿笑冉，王云天，林育蓓

（1.廣州中醫(yī)藥大學(xué) 醫(yī)學(xué)信息工程學(xué)院，廣東 廣州 510006；2.華南理工大學(xué) 軟件學(xué)院，廣東 廣州 510006）

0 引言

計算機網(wǎng)絡(luò)課程是計算機專業(yè)非常重要的一門必修課，其中涉及的理論、技術(shù)和方法來自于多個學(xué)科，且教授的內(nèi)容比較抽象、枯燥。伴隨著網(wǎng)絡(luò)科技的持續(xù)發(fā)展，人們的生活變得便利與高效，使得計算機網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的發(fā)展達到空前發(fā)展。與此同時，單一化的計算機網(wǎng)絡(luò)規(guī)模引入了全新的概念、實踐技能、規(guī)范標準與服務(wù)等理論知識。這些理論的出現(xiàn)一方面使得該規(guī)模日益龐大，系統(tǒng)的架構(gòu)日益復(fù)雜化，另一方面也給計算機網(wǎng)絡(luò)的教育工作增加了相應(yīng)的難度[1]。

教授學(xué)生計算機網(wǎng)絡(luò)課程的教師，須一改以往“滿堂灌”的教學(xué)模式，適時地在課堂上提及相關(guān)書本理論的實踐材料，結(jié)合材料與教授的知識點，拋出思考題，與學(xué)生進行分析探討[2]。為達此目標，教師須不斷地研究實踐網(wǎng)絡(luò)活動的包追蹤與解析所得的材料，同時，需要總結(jié)大量網(wǎng)絡(luò)設(shè)置和網(wǎng)絡(luò)故障的實際案例和解決辦法，將它與各層次的網(wǎng)絡(luò)知識教學(xué)進行結(jié)合，才能獲得顯著的教學(xué)效果[3]。因此，在計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中如何進行教學(xué)方法的改革，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，取得良好的學(xué)習(xí)效果，是一個非常值得探索和研究的課題。

1 計算機網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中存在的問題

計算機網(wǎng)絡(luò)課程是計算機專業(yè)的基礎(chǔ)課程，無論學(xué)生畢業(yè)后的發(fā)展方向是軟件開發(fā)還是網(wǎng)絡(luò)管理，都需要牢牢把握住課程的基礎(chǔ)知識[4]。雖然學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的主動性和踴躍度都很高，但有時教學(xué)實踐卻總達不到理想效果，教師教得吃力，學(xué)生聽得抽象，知識點離散，學(xué)習(xí)起來困難，造成了教與學(xué)之間的突出矛盾[5]。計算機網(wǎng)絡(luò)課程在教學(xué)中存在以下問題。

1）課程本質(zhì)決定課程研習(xí)難度大。

計算機網(wǎng)絡(luò)課程內(nèi)容多樣，根據(jù)計算機網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的分層思想進行授課，同時介紹部分重要的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備工作原理，其主要內(nèi)容涉及TCP/IP 協(xié)議，域名系統(tǒng)DNS，文件傳輸協(xié)議FTP，開放式系統(tǒng)互聯(lián)OSI[6]，交換機、路由器的工作原理以及網(wǎng)絡(luò)安全管理等知識點。在教授這些知識點的基礎(chǔ)概念時，學(xué)生極容易失去對相關(guān)概念的辨識力，落入概念的迷霧中，不得要領(lǐng)，極大地降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的活躍性與主動性，使得教學(xué)預(yù)期目標難以達成。

2）實驗基礎(chǔ)不扎實導(dǎo)致理論轉(zhuǎn)化技術(shù)難。

傳統(tǒng)教學(xué)模式注重于理論教學(xué)，使得教學(xué)內(nèi)容與課程實踐嚴重脫節(jié)，造成了開展計算機網(wǎng)絡(luò)理論課程并進的實驗課程的難題[7]，不但受到經(jīng)濟財力、國家政策等的限制，且實驗的內(nèi)容也不好進行構(gòu)造與組織，故針對計算機網(wǎng)絡(luò)的課程有很多所高校都不會開設(shè)專業(yè)實驗課，僅僅只有課堂上的理論教學(xué)[8]。而有些開設(shè)了實驗課程的高校給學(xué)生發(fā)布的實驗內(nèi)容也只是一些簡單的操作，比如IP 地址的設(shè)置、制作網(wǎng)線等。這些操作不僅對學(xué)生沒有產(chǎn)生實在的幫助，反而導(dǎo)致學(xué)生對本門課程的學(xué)習(xí)熱情直線下降，達不到理想中的教學(xué)效果。

在教學(xué)過程中，指導(dǎo)教師數(shù)量遠不及學(xué)生數(shù)量，且實驗要求的環(huán)境也難以搭建，致使學(xué)生在學(xué)習(xí)興趣與積極性高的情況下，得不到及時的實驗鍛煉。除此之外，在教授時，較大一部分教師側(cè)重于計算機網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識，而忽略了培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，使得學(xué)生具體化實踐的過程中處處“碰壁”[9]。

3）以教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式導(dǎo)致培養(yǎng)的網(wǎng)絡(luò)人才不能適應(yīng)社會需求。

目前以教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式，不僅使教學(xué)模式無法適應(yīng)計算機網(wǎng)絡(luò)課程本身的特點的要求，還從根本上忽略了學(xué)生認識的主體作用。經(jīng)過一段時間的調(diào)研，大多數(shù)學(xué)生一致認為計算機網(wǎng)絡(luò)課程枯燥，抽象化的內(nèi)容僅靠記憶難以掌握課程的全局，畢業(yè)后位于網(wǎng)絡(luò)工程實踐方面的順應(yīng)能力差，辦公能力不濟，致使?jié)M足不了社會對互聯(lián)網(wǎng)工程師相關(guān)職業(yè)的需求。

2 “雙真”教學(xué)模式實施方法

在教學(xué)過程中采用“雙真”教學(xué)模式，“一真”為應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)管理軟件掌握協(xié)議的真實工作過程，“二真”為應(yīng)用真實的網(wǎng)絡(luò)故障案例，加強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生解決實際網(wǎng)絡(luò)問題的能力。通過這種“雙真”的教學(xué)模式，引入網(wǎng)絡(luò)管理軟件以及互聯(lián)網(wǎng)上的真實案例，使得網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和層次等基本概念的教授直觀而生動形象，填充了教學(xué)工作中的不足，解決了傳統(tǒng)課程內(nèi)容抽象、不易理解與無法操縱、缺少實驗等難題，學(xué)生更容易把握關(guān)鍵含義，一定程度上增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并且為后繼的課程奠定了很好的基礎(chǔ)，如網(wǎng)絡(luò)工程實踐、網(wǎng)絡(luò)安全等課程。教學(xué)模式實施流程圖見圖1。

圖1 教學(xué)模式實施流程圖

3 實施過程舉例

1）“一真”為應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)管理軟件掌握網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的真實工作過程。

通過應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)管理軟件剖析協(xié)議的真實工作流程，把“內(nèi)容抽象，難以理解”的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議知識點具體化、真實化。在實施過程中，選取Sniffer Pro 網(wǎng)絡(luò)管理軟件，Sniffer Pro 是一款一流的便攜式網(wǎng)管和應(yīng)用故障診斷解析軟件，網(wǎng)絡(luò)不論是處于有線還是無線中，網(wǎng)絡(luò)管理人員都能夠通過它來實時地進行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視、數(shù)據(jù)包的捕抓和網(wǎng)絡(luò)故障診斷分析，它的特性決定了將它運用在計算機網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)中是非常適宜的。

教學(xué)實驗內(nèi)容以把握使用ping 命令為例：傳統(tǒng)的教學(xué)中僅僅要求學(xué)生使用ping 命令訪問某個地址，之后查看和觀察結(jié)果，關(guān)于詳細的運行過程則無法進一步解釋。針對這一問題，在教改模式下的實施步驟如下。

（1）向?qū)W生公布學(xué)習(xí)任務(wù)：使用ping 命令ping 同一個局域網(wǎng)的IP 地址和非同一個局域網(wǎng)的域名地址（非IP 地址），然后再使用協(xié)議解析軟件抓獲兩個過程的數(shù)據(jù)包，進行比較并分析。教師首先可對過程理論解析，如ping 同一個局域網(wǎng)內(nèi)的IP 地址，數(shù)據(jù)包發(fā)送過程為“PC->‘ping的IP 地址’”，中間不需要經(jīng)過網(wǎng)關(guān)，如ping 非同一個局域網(wǎng)的IP 地址，數(shù)據(jù)包發(fā)送過程為“PC->網(wǎng)關(guān)->‘ping 的域名地址’”。以ping 外網(wǎng)某域名地址“www.xyz.com”為例，www.xyz.com 是不能用來充當發(fā)送的數(shù)據(jù)包網(wǎng)絡(luò)層的IP目的地址的，因此首先要經(jīng)過訪問DNS 服務(wù)器獲得相應(yīng)的IP 地址，只有獲得了目標域名的IP地址才能將數(shù)據(jù)包發(fā)送成功。當取得了www.xyz.com 所對應(yīng)的IP 地址后，還需利用ARP 協(xié)議發(fā)送ARP 請求獲取網(wǎng)關(guān)的MAC 地址，然后通過網(wǎng)關(guān)，才能把數(shù)據(jù)包發(fā)到外網(wǎng)。但在實驗過程中，絕大部分同學(xué)抓獲的數(shù)據(jù)包并不完整，通常欠缺詢問網(wǎng)關(guān)MAC、訪問DNS 詢問域名對應(yīng)IP的過程，見圖2。

圖2 缺少數(shù)據(jù)包的結(jié)果

（2）針對捕獲結(jié)果的不完整，引導(dǎo)學(xué)生自行尋找分析原因。將理論知識與實踐結(jié)果相結(jié)合，剖析原因得到：計算機會對ARP 詢問的結(jié)果以及DNS 查詢到的結(jié)果進行緩存記錄，假如計算機并非第一次訪問網(wǎng)關(guān)和www.xyz.com，那么計算機將不再發(fā)送ARP 數(shù)據(jù)包，同樣也不需要再次訪問DNS 服務(wù)器，而是直接從緩存區(qū)讀取結(jié)果。

（3）分析出原因后，引導(dǎo)學(xué)生探討該怎樣做才能獲得完整的記錄。利用所學(xué)理論知識，學(xué)生們舉一反三，得出首先需要應(yīng)用ARP -d 命令將ARP 記錄清除，并用DOS 命令ipconfig flushdns清空DNS 緩存，然后再次運行ping www.xyz.com 。查看Sniffer Pro 記錄的整個過程，見圖3。

圖3 完整數(shù)據(jù)包的結(jié)果

本教學(xué)案例通過網(wǎng)絡(luò)分析軟件，結(jié)合“導(dǎo)入式”“問題法”等教學(xué)手段，在講解過程中步步設(shè)問，讓學(xué)生緊跟教師講課思路，不僅練習(xí)ping的使用方法，還對之前課堂上講授的ARP 協(xié)議、DNS 查詢過程與相關(guān)知識等進行簡單的復(fù)習(xí)，讓各大知識點能被有機地融合，適度提升學(xué)生分析解析、處理問題的能力。

2）“二真”為采用真實網(wǎng)絡(luò)設(shè)置和網(wǎng)絡(luò)故障案例，提高學(xué)生動手解決實際問題能力。

前面是“一真”的實施，接下來繼續(xù)以剛才提到的ping 命令為例，介紹“二真”的實施。通過剛才所說的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析工具，學(xué)生了解了ping 命令的工作流程和它所利用的協(xié)議，接下來，應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生如何利用ping 命令判斷實際網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)和排除簡單的網(wǎng)絡(luò)故障。

首先，教師先拋出一個常見的網(wǎng)絡(luò)故障，例如ping 命令失敗了，無法連通目的主機，不能上網(wǎng)，可以讓學(xué)生根據(jù)故障現(xiàn)象進行分析、討論，確定可能引起網(wǎng)絡(luò)故障的原因，進行故障排除。

在“define filter”里面選擇ICMP 協(xié)議和IP ARP 協(xié)議，然后用ping 命令ping 內(nèi)網(wǎng)一個不存在或者沒有打開的機器IP 地址，用sniffer 抓包，查看得到的結(jié)果，問是否都能抓到ICMP 包和ARP 包？ 引導(dǎo)學(xué)生解決這種真實存在的故障。接下來ping 外網(wǎng)一個不存在的IP 地址，用sniffer 抓包，查看得到的結(jié)果，問是否都能抓到ICMP 包和ARP 包？在完成以上兩種真實存在的故障后，讓學(xué)生比較上面兩種情況的不同，并且分析產(chǎn)生不同的原因。還可以讓學(xué)生先把網(wǎng)卡禁用，然后ping 默認網(wǎng)關(guān)，查看結(jié)果，并分析為什么會有這樣的結(jié)果。

這種實驗設(shè)置能讓學(xué)生自己動手排除網(wǎng)絡(luò)故障或者分析網(wǎng)絡(luò)故障原因并提出自己的解決方案，同時讓學(xué)生記錄詳細的操作步驟和相關(guān)數(shù)據(jù)。通過故障現(xiàn)象分析，排除網(wǎng)絡(luò)故障，使學(xué)生能主動思索、探討，激勵學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提升教學(xué)效率和學(xué)生實踐動手能力。

4 效果測評

教學(xué)觀念的改變須以學(xué)生為主體，促進其主體發(fā)展。通過構(gòu)建“雙真”模式的教學(xué)方法，教師在教學(xué)過程中充當?shù)慕巧退埔晃粚?dǎo)演，而相較于教師，學(xué)生就是一部作品中的演員，在導(dǎo)演的一步步指導(dǎo)下，慢慢地逼近目標的過程中，學(xué)生與學(xué)生之間、學(xué)生與教師之間默契配合，便可共同實現(xiàn)教學(xué)目標與要求，成就一部無瑕的作品。以這為基礎(chǔ)，教師在授課時應(yīng)掌握好教學(xué)中的樂觀因素與學(xué)生學(xué)習(xí)的活躍性，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興致，從根源上轉(zhuǎn)變學(xué)生被動的學(xué)習(xí)形式。

教學(xué)團隊教師通過問卷、開座談會、試卷分析等方法進行教學(xué)效果的評測與總結(jié)，并對實施了“雙真”教學(xué)模式的教學(xué)單元與沒有實施“雙真”教學(xué)模式的教學(xué)單元進行對比。同時采用效果跟蹤法，加強與畢業(yè)后進入工作崗位學(xué)生的聯(lián)系，特別是網(wǎng)絡(luò)公司或者進入網(wǎng)絡(luò)部門工作的學(xué)生，隨時收集他們在工作中遇到的實際網(wǎng)絡(luò)問題，并通過調(diào)查問卷等方式對已畢業(yè)的學(xué)生跟蹤“雙真”教學(xué)模式的教學(xué)效果，見表1。

表1 教學(xué)模式實施前后教學(xué)效果對比

5 結(jié)語

“雙真”教學(xué)模式是探究培養(yǎng)學(xué)生實際處理問題能力的教學(xué)渠道，目標是使學(xué)生牢牢把握計算機網(wǎng)絡(luò)課程的基礎(chǔ)概念知識，同時還在此基礎(chǔ)上，使學(xué)生掌握解決繁雜問題的思路想法與基本方法，增加了學(xué)習(xí)機會，培育出擁有發(fā)覺問題、處理問題以及著手實踐能力的應(yīng)用型人才，從而滿足高等院校培養(yǎng)人才的目的和國家高素質(zhì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)需求[10]。