计算机网络基础在教学实例设计及其应用
计算机网络基础在教学实例设计及其应用
摘 要 在“计算机网络基础”的教学中，网络协议让绝大部分文科学生感到抽象且难以理解，尤其是协议背后所隐藏的网络数据的变化，这直接影响到学生对网络应用软件的使用，因此，理解网络协议十分必要。通过设计和开发网络协议的实例软件，并将其应用到教学中，让学生对网络有更深切更真实的感受，极大地改善了学习效果。
关键词 实例化教学；教学模式；计算机网络；网络协议；自主学习
1 引言
计算机网络对大部分大学文科生来说不是必修的课程，但随着21世纪网络时代的到来，随着以信息的获取、传输、分析、处理、发布和应用能力日益作为衡量现代人基本能力和文化水平的重要标志，并直接影响着学生在职场上的竞争力，因此，在“计算机文化”课程的基础上，很多文科院校针对高年级学生也逐步开设了“计算机网络应用”等相关课程，目的在于培养学生在计算机网络应用方面的兴趣和能力。
但计算机网络是门综合性很强的课程，涉及到的计算机软硬件知识很多。对大部分文科学生来说，由于没有系统地学习有关先导课程，因此对一些计算机网络体系结构的概念很难想象和理解；加之其它因素的影响，比如，学生不可能花费大量的精力用于与自身专业没有太大直接关系的课程上，最终造成教学效果不是很理想，学生反映也很一般。其实对学生来说，对学习计算机网络还是比较期待，因此，教学的关键就在于如何激发学生的兴趣，引导他们去理解计算机网络的基本概念，而不仅仅满足于形式或者几个网络工具的使用。
经过几个学期的摸索，笔者在“计算机网络基础”课程的教学中引入了实例化教学的方法，通过一个个实例来展示计算机网络中TCP/IP协议的一些细节，使学生对计算机网络的'认识更加直观和清晰，取得良好的效果。
2 实例化教学的概念和必要性
一般情况下，教师在讲授计算机网络基础课程的时候，通常都会采用理论结合实践的授课方法：先结合一些课件，讲解计算机网络中的某一个知识点，紧接着，在课堂上或者实验室演示有关该知识点的一些实践操作，通过这些演示和实践来帮助学生对这部分知识进行理解。我们把这种授课方式归纳成如图1所示的二元授课模式。这种授课模式的特点是由理论直接过渡到实践，通过实践来加深对理论的理解，再由理论来指导实践的进一步扩展，如此反复，最终使理论和实践都得到提升。
这种授课方式对一些计算机基础知识扎实，或者对计算机网络很感兴趣，能够在课外再花一定时间学习的学生可以取得不错的效果。但对一般文科生来说，由于其抽象思维的能力相对较弱，周围又没有学习计算机网络的氛围和物质条件，加上前期准备知识不够，很难真正理解理论知识和实践操作之间的关系，也很难解释该实践操作结果的由来。比如，在讲授路由协议的时候，教师通常都会将其与现实生活中的邮递系统联系起来，甚至还会通过诸如NS2等仿真工具来演示数据包的路由过程。但由于IP数据包是在一个极其复杂的网络环境中进行路由的，并且数据包可能会穿越很多网络，甚至会涉及到分片和重组，这些过程不是简单地通过演示一些中间过程的结果就能让学生真正明白的，而必须将其抽象为一个包含一系列连续动作的整体。因此，在文科学生中讲授“计算机网络基础”课程的时候，将相关的知识点组合成一个整体，简略但完整地展示给学生，帮助其对计算机网络体系结构建立一个大致的轮廓，才能有利于课外的自主学习以及理解后续的网络应用。基于上述原因，我们在教学中，非常注重“实例化教学”的设计与运用。
所谓“实例化教学”，就是针对课程的重点、难点内容，通过适当的方式，如软件、实际操作序列等，把抽象的内容具体化，以帮助学生理解掌握[1]。因此，整个教学活动不再是单纯的“理论+实践”模式，而突出了实例的作用。我们把这种授课方式归纳成如图2所示的三元模式。
在这种模式下，实例起到一个理论联系实践的作用。一方面，它将理论具体化、形象化，以帮助学生理解；另一方面，它又能够对实践起一个指导性和解释性的作用。学生课堂实践和课后自主学习的时候，直接参照的将是已经具体化的实例，而不是枯燥的知识点；另外，从认知的角度来看，“实例化教学”也有助于激发学生的学习热情，让其在学习中得到乐趣和成就感，加大学习的内驱力。
3 实例开发
在“实例化”教学中，实例的选择和设计是难点。这是因为：①实例要具有代表性，必须是教学的重点和难点；②实例要具有完整性，能够反映某一个知识点或者知识点集合。对文科院校的学生来说，抽象思维是其弱点，设计计算机网络实例的目的之一就是要帮助学生建立起一个计算机网络的框架，通过理解这个框架，来帮助掌握相关知识，而不仅仅是几个具体软件的操作，因此，完整性十分必要。比如，在讲授交换机工作原理的时候，可以把学生通常会问到的有关IP数据报、二层交换、路由等概念和一些相关操作组织成一个实例，用以说明二层交换的特点，并指导学生做出在校园网环境下寝室组网设备的选择；③实例要具有可设计性。设计实例的目的是要模拟计算机网络的行为，展示一般应用软件所屏蔽的网络细节，通过形象化这些细节来帮助学生理解。但如果知识涉及得太泛，重点反而不突出，软件设计的工作量也太大，效果反而不理想；④实例要具有易操作性。除了课堂，学生在课后自主学习甚至处理实际问题的时候，也会依赖实例软件，因此，友好的界面，清晰的向导，知识点的有机结合，实际网络环境的模拟，以及输入输出结果的正确分析都是激发学生学习兴趣和理解知识的外在因素。
因此，我们在实例设计时，十分注意知识点的选择。我们认为，在整个计算机网络体系结构中，IP是居于核心的地位，理解IP协议，对理解整个网络结构会有很大的帮助；并且，学生在使用校园网的时候，面临的首要问题是配置TCP/IP协议。而大部分学习过“计算机文化基础”课程的学生不能正确理解IP地址、子网掩码、网关、DNS等参数的具体含义和作用，甚至不会自己配置。因此，我们首先选择开发IP协议的实例，以IP为核心，涉及ARP，RARP，TCP，UDP等协议，演示在校园网环境下，为什么要这样配置IP，如果IP设置错误，或者掩码、网关设置错误，数据为什么不能正常地发送和接收。
鉴于目前高校内操作系统的使用情况，我们很容易地将开发平台锁定在Windows上，同时，根据功能的不同，我们把实例一分为二：一个主要用于演示IP协议，另一个主要用于在校园网环境下验证IP协议。
演示软件主要是通过多媒体来展现以下内容：①校园网的拓朴结构、网络内部的数据传输过程；②个人计算机的IP设置、域名服务器的设置，以及在域名解析过程中所表现出来的各种现象分析；③计算机在访问Internet网络时的数据分析等。开发工具主要是Authorware，辅助开发工具有Photoshop、Flash、SnagIt截图工具、音视频处理工具等。Authorware是课件制作应用比较广泛的工具，它的最大特点是创造了基于图标的创作方式，无须编程。通过其内置的40多种过渡效果，5种基本运动形态，再利用层和Alpha通道，很容易地完成课件所有的动画效果。演示软件流程设计如图3所示。
图3 演示软件流程图
验证软件使用微软的Visual Basic 6.0来实现。利用Icmp.dll、Kernel32.dll、IPHlpApi.dll等动态链接库所提供的接口函数，实现以下主要功能：
■学生宿舍计算机到学生楼宇交换机、分布层交换机、核心交换机等的连通性测试。
■网络故障诊断。
■网络配置恢复。
■网络状态的实时监控。
■IP数据报分析等。
4 教学效果检验
在教学实践的时候，我们先使用演示软件来讲解IP的相关协议，展示网络数据报的传输过程；同时，我们把验证软件也分发给学生，根据演示软件的内容，学生操作验证软件，逐步求证演示软件上的知识点，完成一个“理论<->实例<->实践<->理论”这样的过程。对这种教学方式，学生普遍反映是形象、具体、针对性强，并且，学生可以直接从网上下载验证软件，在宿舍里面也可以练习，从而避免了像NS2那样对于文科学生来说过于复杂的设置。通过这种反复的练习，一个学期后，绝大多数学生的头脑里已经大致建立起一个计算机网络的体系结构，优秀的学生甚至能够通过“TCP/IP”网络层次结构来分析应用软件。
5 结束语
经过几个学期的探索和实践，我们觉得，“实例化教学”非常适合文科院校的计算机教学，尤其是配合学生自主学习，效果十分理想。当然，由于实例的设计和开发需要一定的周期，因此，眼下我们最需要做的，就是进一步充实实例库，完善人机界面，使学生乐于使用实例软件，并从中真正找到学习的兴趣。
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