計算機網(wǎng)絡(luò )課程實(shí)驗教學(xué)思路的論文
引言
計算機網(wǎng)絡(luò )是網(wǎng)絡(luò )工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)核心課程，是一門(mén)兼具理論性和實(shí)踐性的課程。隨著(zhù)該課程在計算機學(xué)科中的地位越來(lái)越重要，大部分高等院校的網(wǎng)絡(luò )工程專(zhuān)業(yè)將其總課時(shí)定在48~64學(xué)時(shí)，而其中的實(shí)驗課時(shí)定在12~16課時(shí)。計算機網(wǎng)絡(luò )的實(shí)驗課程與其他實(shí)驗課程不同，對實(shí)驗環(huán)境要求較高，對原理的理解非常重要。如何為學(xué)生們上好計算機網(wǎng)絡(luò )的實(shí)驗課程，成為許多高等院校教師們研究的重點(diǎn)課題。文章從兩個(gè)方面探討在網(wǎng)絡(luò )工程專(zhuān)業(yè)中計算機網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗課程的教學(xué)改革。
�。�1）計算機網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗課程不是一門(mén)獨立的課程。網(wǎng)絡(luò )工程專(zhuān)業(yè)中的計算機網(wǎng)絡(luò )原理課程是網(wǎng)絡(luò )安全、網(wǎng)絡(luò )工程、網(wǎng)絡(luò )編程等專(zhuān)業(yè)核心課程的前導課程，在網(wǎng)絡(luò )工程專(zhuān)業(yè)的課程體系中屬于專(zhuān)業(yè)基礎核心課程。同理，計算機網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗課程也是上述專(zhuān)業(yè)核心課程的實(shí)驗前導課程。因此，計算機網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗課程在課程內容的設置上，應摒棄大而全的指導思想，重點(diǎn)在于引導學(xué)習者理解計算機網(wǎng)絡(luò )原理中體系結構思想，了解網(wǎng)絡(luò )工程專(zhuān)業(yè)的課程體系結構。
�。�2）計算機網(wǎng)絡(luò )的實(shí)驗課程應協(xié)調與相應原理課程的銜接，在內容和模式上輔助學(xué)習者加深對網(wǎng)絡(luò )原理的認知和理解。當前，計算機網(wǎng)絡(luò )原理課程在教學(xué)模式與內容上主要采用“自頂向下”和“自底向上”兩種方式，如果計算機網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗課程同樣在內容與模式上與原理課程相對應，實(shí)驗課程的設置緊跟原理課程需求，不僅可以消除對計算機網(wǎng)絡(luò )原理的抽象感，還可以使原理課程教學(xué)達到最好的效果。
1計算機網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗課程在專(zhuān)業(yè)課程體系中的地位
計算機網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗課程是培養技能型、應用型人才的基礎，也是網(wǎng)絡(luò )工程專(zhuān)業(yè)所有專(zhuān)業(yè)核心課程實(shí)驗的基礎。通過(guò)對大多數應用型本科院校關(guān)于計算機網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗教學(xué)改革方面的文章進(jìn)行分析，可得出以下結論：應用型高等院校在如何搞好計算機網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗教學(xué)的過(guò)程中，大多采用建立寬口徑、分層次、突出前沿的實(shí)驗教學(xué)體系思路，將實(shí)驗類(lèi)型設置成基礎驗證型實(shí)驗、配置操作型實(shí)驗、編程設計型實(shí)驗、綜合提高型實(shí)驗四大類(lèi)，詳見(jiàn)表1。在計算機網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗課時(shí)非常有限的情況下，做到面面俱到是一件艱難的任務(wù)，即使采用網(wǎng)絡(luò )仿真模擬器的形式來(lái)增加學(xué)生課后練習的時(shí)間，也很難保證達到所要求的實(shí)驗效果。因此首先應明確，無(wú)論是原理課程，還是實(shí)驗課程，高等院校網(wǎng)絡(luò )工程專(zhuān)業(yè)的計算機網(wǎng)絡(luò )課程都屬于該專(zhuān)業(yè)的核心基礎課程，一般開(kāi)在第二學(xué)年的第四學(xué)期，或者第三學(xué)年的第五學(xué)期。它為后續學(xué)期的專(zhuān)業(yè)核心課程（如網(wǎng)絡(luò )工程技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )安全技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )編程技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )操作系統等）打下堅實(shí)基礎。仔細分析表1不難發(fā)現，第一大類(lèi)基礎驗證型實(shí)驗中，部分實(shí)驗內容可以放在網(wǎng)絡(luò )操作系統實(shí)驗課程中；第二大類(lèi)配置操作型實(shí)驗中，部分實(shí)驗內容可以放在網(wǎng)絡(luò )工程技術(shù)實(shí)驗課程中；第三大類(lèi)編程設計型實(shí)驗，部分實(shí)驗內容可以放在網(wǎng)絡(luò )編程技術(shù)課程中。許多應用型本科院校在第四學(xué)年專(zhuān)門(mén)開(kāi)設了一門(mén)綜合實(shí)訓課程，表1中的第四大類(lèi)實(shí)驗更是可以放在網(wǎng)絡(luò )工程專(zhuān)業(yè)的綜合實(shí)訓課程中進(jìn)行。計算機網(wǎng)絡(luò )原理課程的教學(xué)目的是使學(xué)習者了解計算機網(wǎng)絡(luò )的基本概念、網(wǎng)絡(luò )體系結構模型以及網(wǎng)絡(luò )協(xié)議工作原理等。因此，計算機網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗課程的設置，首先應明確該門(mén)課程在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )工程課程體系中的位置與作用；其次，應結合該門(mén)課程原理課程的教學(xué)模式與內容，以達到通過(guò)實(shí)驗輔助理論教學(xué)，提高學(xué)習者動(dòng)手能力的目的。
2“自底向上”的教學(xué)模式與實(shí)驗課程的結合
目前，計算機網(wǎng)絡(luò )原理課程普遍采用兩種教學(xué)模式：“自底向上”和“自頂向下”，即基于OSI參考模型和TCP/IP參考模型的混合層次結構，由底層（物理層）向高層（應用層），或者由高層（應用層）向底層（物理層）展開(kāi)講解。兩種教學(xué)模式各有特點(diǎn)�！白缘紫蛏稀苯虒W(xué)模式一般采用Tanenbaum編著(zhù)的教材《ComputerNetworks（4thEdition）》是計算機網(wǎng)絡(luò )的經(jīng)典教材之一，屬于典型的“自底向上”教學(xué)組織形式。該模式的特點(diǎn)在于強調通信原理，注重物理層與數據鏈路層的具體實(shí)現技術(shù)，注重計算機網(wǎng)絡(luò )發(fā)展歷史，內容包含較為全面。因此，在此基礎上的計算機網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗課程的內容設置，從底層的基礎實(shí)驗作為起點(diǎn)較為符合原理課程的需求�！白缘紫蛳隆钡慕虒W(xué)模式對學(xué)習者的基礎理論要求較高，強調通信原理基礎理論的重要性。網(wǎng)絡(luò )工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生尚未學(xué)習過(guò)，或者剛剛開(kāi)始學(xué)習通信原理課程，在對底層基礎技術(shù)細節理解中感覺(jué)難度較大，實(shí)驗驗證的難度也較大。因此，第一次實(shí)驗內容建議以增強學(xué)生的自信心和興趣為主，例如網(wǎng)線(xiàn)制作與網(wǎng)絡(luò )連接實(shí)驗，鼓勵學(xué)生大膽嘗試用自己動(dòng)手制作的網(wǎng)線(xiàn)進(jìn)行電腦間的連接。實(shí)驗雖然簡(jiǎn)單，但卻非常容易激發(fā)學(xué)生的興趣，同時(shí)也引導學(xué)生了解計算機網(wǎng)絡(luò )誕生的目的。第二次實(shí)驗開(kāi)始于原理課程講解數據鏈路層的知識，重點(diǎn)在于理解數據幀的概念以及了解網(wǎng)絡(luò )中間設備的知識。建議實(shí)驗內容以計算機網(wǎng)絡(luò )的中間設備以及數據幀的概念為主，例如采用多臺電腦通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)接入集線(xiàn)器或交換機，進(jìn)行交換機配置。使學(xué)生了解到數據幀既可以在總線(xiàn)結構的網(wǎng)絡(luò )上進(jìn)行總線(xiàn)廣播，使總線(xiàn)上所有的終端都可以接收到數據幀；也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )中間設備進(jìn)行轉發(fā)，使互連的多臺電腦可以接收到數據幀。當原理課程進(jìn)入到網(wǎng)絡(luò )層知識的講解時(shí)，協(xié)議分析的重要性凸顯出來(lái)。第三次實(shí)驗內容建議以使用協(xié)議分析器進(jìn)行數據包捕獲、流量監控、IP報頭分析為主，直觀(guān)地將復雜與抽象的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議展現在學(xué)生面前，強調網(wǎng)絡(luò )協(xié)議在計算機網(wǎng)絡(luò )體系結構中的重要性，加深對計算機網(wǎng)絡(luò )理論知識的理解。當“自底向上”的原理課程講解到網(wǎng)絡(luò )傳輸層時(shí)，原理課程重點(diǎn)在于介紹TCP協(xié)議與UDP協(xié)議的各自特點(diǎn)，因此，第四次實(shí)驗設置建議使用協(xié)議分析器捕獲HTTP協(xié)議，分析其中的TCP三次握手的連接過(guò)程的，以及四次握手的關(guān)閉過(guò)程，幫助學(xué)生理解TCP協(xié)議與UDP協(xié)議二者之間的相同與不同之處。計算機網(wǎng)絡(luò )的最后一層是應用層，建議第五次實(shí)驗內容重點(diǎn)分析應用層的協(xié)議，例如通過(guò)Socket的基本知識與某種高級語(yǔ)言結合，去實(shí)現某個(gè)經(jīng)常使用的應用軟件或命令，比如實(shí)現Ping命令。鼓勵學(xué)生通過(guò)實(shí)驗了解如何用程序實(shí)現Ping命令的運行過(guò)程，尤其是實(shí)現Ping請求與應答報文，進(jìn)一步加深理解網(wǎng)絡(luò )通信的具體實(shí)現過(guò)程。通過(guò)上述每一層的實(shí)驗內容設置，可以較好地幫助學(xué)生從底層開(kāi)始，逐步向上深入理解計算機網(wǎng)絡(luò )的體系結構與協(xié)議的重要性，理解計算機網(wǎng)絡(luò )的基本知識與工作原理，使實(shí)驗課程和原理課程的教學(xué)模式達到良好契合。
3“自頂向下”的教學(xué)模式與實(shí)驗課的結合
“自頂向下”的教學(xué)模式從計算機網(wǎng)絡(luò )的體系結構上來(lái)看，內容組織形式正好相反，從網(wǎng)絡(luò )的體系結構概述開(kāi)始，依次到網(wǎng)絡(luò )的應用層、運輸層、網(wǎng)絡(luò )層、數據鏈路層、物理層，較為經(jīng)典的教材是Kurose&Ross編著(zhù)的《ComputerNetworking：ATop-DownApproach（5thEdition）》，屬于典型的“自頂向下”教學(xué)組織形式�！白皂斚蛳隆苯虒W(xué)模式的特點(diǎn)是注重應用，以Internet為對象，強調理論聯(lián)系實(shí)際應用，內容重點(diǎn)突出。實(shí)驗內容的設置以結合Internet應用為主，教學(xué)方式以激發(fā)學(xué)生熱情，提高學(xué)生學(xué)習熱情為目的。本著(zhù)實(shí)驗的目的是為了理論知識學(xué)習服務(wù)的指導思想，筆者所在學(xué)校的網(wǎng)絡(luò )工程專(zhuān)業(yè)，在采用“自頂向下”的教學(xué)模式前提下，第一次實(shí)驗內容的設置通常是利用某種高級語(yǔ)言，結合Socket函數，設計大多數學(xué)生在Internet應用中曾經(jīng)用過(guò)的應用軟件。例如用于文件處理的FTP客戶(hù)端應用程序設計，實(shí)驗題目看似較難，但對于已經(jīng)是本科三年級的學(xué)生來(lái)說(shuō)，在學(xué)習計算機網(wǎng)絡(luò )課程之前通常已經(jīng)學(xué)過(guò)高級語(yǔ)言程序設計、面向對象程序設計、操作系統、數據庫原理等課程，只需在實(shí)驗課上稍微補充一些Socket函數的知識，并且不需要復雜的網(wǎng)絡(luò )底層知識，在簡(jiǎn)單的硬件設備（例如PC）上，就可以實(shí)現該實(shí)驗。在實(shí)驗教師的指導下，學(xué)生們自己動(dòng)手設計并實(shí)現了一個(gè)網(wǎng)絡(luò )應用程序，并且該網(wǎng)絡(luò )應用與現實(shí)生活中的網(wǎng)絡(luò )應用結合，極大地激發(fā)了學(xué)生對計算機網(wǎng)絡(luò )后續課程學(xué)習的熱情與興趣。通過(guò)第一次實(shí)驗，學(xué)生對網(wǎng)絡(luò )應用層的理論知識也有了初步理解，例如學(xué)生們在設計FTP客戶(hù)端程序時(shí)，注意到FTP服務(wù)器使用熟知端口來(lái)提供服務(wù)，而客戶(hù)端使用臨時(shí)端口來(lái)發(fā)送請求，在程序設計過(guò)程中，需仔細設計不同的端口號。同時(shí)，對應用層的其他協(xié)議也能很好地掌握，學(xué)習能力較好的學(xué)生甚至利用課余時(shí)間練習設計其他協(xié)議的客戶(hù)端，如HTTP、POP3等。隨著(zhù)原理課程的逐步深入，同第二節中“自底向上”的教學(xué)模式一樣，每一層設計一個(gè)實(shí)驗內容，緊隨原理課程的進(jìn)度與要求。實(shí)驗內容的設置遵循3個(gè)原則：①實(shí)驗不求多而全，但要力求使每個(gè)實(shí)驗有代表性和啟發(fā)性，能夠啟發(fā)學(xué)生解決一類(lèi)問(wèn)題或能觸類(lèi)旁通，促進(jìn)學(xué)生思考；②每個(gè)實(shí)驗都緊緊圍繞原理課程的知識進(jìn)行設計，爭取做到邊講解邊做實(shí)驗驗證；③實(shí)驗項目的設計雖然有一定的難度，但能增加學(xué)生學(xué)習的自信心與興趣。
4結語(yǔ)
計算機網(wǎng)絡(luò )是理論與實(shí)踐結合非常緊密的課程，其中實(shí)驗課程又是培養學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的重要環(huán)節。筆者提出并實(shí)踐了上述實(shí)驗課程的改革內容，從學(xué)生的反饋來(lái)看，普遍對實(shí)驗內容設置較為滿(mǎn)意，同時(shí)也提出了不少意見(jiàn)和建議。我們在文中所提方案可以運用在普通高等院校網(wǎng)絡(luò )工程專(zhuān)業(yè)的計算機網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗課程中，對實(shí)驗教學(xué)質(zhì)量的提高提供有益補充。
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