计算机网络专业课程教学改革

摘要:计算机网络专业课程是一门不断高速发展的交叉性应用型课程,该课程的教学难度较大,现实的教学效果并不令人满意。通过对高等院校计算机网络专业课程教学现状的研究,揭示了其中隐含的一些问题,分析造成这些问题的原因,然后从优化教学内容、改进教学方法、注重课程设计、灵活运用多种教学手段和考评制度等几个方面,对计算机网络课程的教学改革进行深入探讨,提出一些行之有效的教学方法和改革措施。

关键词:计算机网络;教学改革;教学实践;考评制度

随着计算机网络的飞速发展和迅速普及,社会各行各业对计算机网络人才的需求量越来越大、要求越来越高[1],致使计算机网络课程逐渐成为高等院校很多专业的必修课。由于计算机网络课程涉及的理论、技术和方法来自于多个学科,同时该领域的发展可谓日新月异,新理论、新技术、新标准、新服务层出不穷[2],这些都给计算机网络课程的教学工作带来了很大的难度。如何在有限的课时内,让学生打好坚实的理论基础、掌握熟练的实用技术、增进良好的科研素质,进而培养出符合社会需求的高素质网络人才,这对广大计算机专业教师来说,无疑是一个很大的挑战。

1课程教学现状分析

计算机网络学科的知识体系更新频繁,社会对计算机网络人才的需求变化迅速,课程教学的传统内容体系、授课模式、实践方法越来越跟不上网络时代的发展变化,各种各样的问题逐渐显现出来。

1)TCP/IP体系结构的地位不够突出。

现行的大多数教材一谈到计算机网络,必由OSI/RM的七层体系结构展开论述,然后再以对比的方式介绍TCP/IP的四层体系结构。这样的处理方法,没能将TCP/IP体系结构的重要地位凸显出来,致使在课程教学结束后,仍然有相当一部分学生对Internet的体系结构和运行机理没有一个清晰的认识。众所周知,TCP/IP体系结构是现实的工业标准,是当今最大的计算机网络――Internet所遵循的标准。因此,在计算机网络课程教学中,TCP/IP体系结构应该占据核心地位。

2) 重分析而轻综合。

当前,计算机网络的教学通常采取分层展开法,即按照计算机网络的体系结构,逐层加以讲述和分析。对各个层次的论述往往不惜笔墨,然而在逐层分析完毕之后便鸣金收兵,没有将各个层次有机地串联到一起,进行综合性的分析和功能模拟演绎。这样一来学生们对计算机网络的认识往往是支离破碎的,其心目中的计算机网络是由一层层协议堆砌而成的,像冷冰冰的砖墙,而不是像一个充满活力的、高效灵活的电子流水线正飞快地接收、加工、传递着数据。

3) 理论与实际结合不够紧密。

老师遵照教材内容,掰开揉碎般地讲解概念、分析原理、陈述步骤。结果,老师讲得口干舌燥,学生听得头昏脑胀,大家都费力不少,效果却不见得好。TCP/IP体系结构是一个实际应用的标准、计算机网络的所有理论都是为了解决现实通信中的实际问题的,因此教师在授课过程中,应时刻贯穿理论和实际相结合的宗旨,这样才能还计算机网络以本来面目。

4) 理论教学抽象枯燥。

在计算机网络的课程内容中包含了很多理论性内容,这些内容往往比较抽象,不好理解。其典型例子便是协议的教学,协议是计算机网络课程的核心内容,因此必须对一些关键性的协议进行详细的分析与讲解。协议的三要素是语法、语义和时序,这基本上都是一些规则性问题,如果教师只采用传统的讲授方式,课堂教学往往会比较枯燥,时间一长学生不免会走神,教学效果必将打折扣。因此,为了能够在50分钟内尽量抓住学生们的注意力,教师应该尽量采取多种教学手段,力争将抽象的理论变得深入浅出、通俗易懂。

2课程教学改进建议

针对当前计算机网络课程教学中出现的问题以及社会对计算机网络人才的实际要求,我们对计算机网络课程改革问题进行了深入的思考,提出了一些较为可行的改进措施,并将其运用到教学实践中,由此取得了一些较明显的教学效果,现将其介绍给大家。

2.1以TCP/IP体系结构为主线

当前,TCP/IP体系结构是现实的工业标准,是当今最大的计算机网络――Internet所遵循的标准,若仍以OSI/RM为课程主线,则教学必然脱离实际、无法学以致用[3]。因此,在课程内容安排上,应以TCP/IP体系结构为主线、以Internet为实例,讲解计算机网络的概念、原理和应用。另外,为了进一步贴近实际应用,紧跟计算机网络技术的发展动向,我们在教学过程中,还可以有选择地加入Cisco、华为、SUN、Microsoft等公司在专业认证中所涉及的网络知识与核心技术。

基于以上论述以及我们的课程改革思想和教学实践经验,我们建议计算机网络课程的教学内容应以一个主线三个辅线加以展开。

2.1.1一个主线

计算机网络课程的教学内容应以TCP/IP体系结构为主线,该部分内容为课程教学的核心部分,推荐内容安排如下[4-8]:

1) 计算机网络概述,其内容主要包括:网络的发展、定义和分类;Internet的发展、本质和结构;TCP/IP体系结构综述等。

2) 网络接口层,其内容主要包括:数据通信基础;传输介质;信道复用技术;IEEE802体系结构;以太网技术;CSMA/CD;接入网技术;PPP;集线器的原理与构造;交换机的原理、构造与配置等。

3) 网际层,其内容主要包括:虚电路与数据报;IP;子网划分;ARP与RARP;ICMP;路由协议;路由器的原理、构造与配置等。

4) 运输层,其内容主要包括:UDP;TCP;差错控制;流量控制;阻塞控制;连接管理等。

5) 应用层,其内容主要包括:DNS;WWW;DHCP;SMTP;POP3;FTP;TELNET;SNMP等。

2.1.2三个辅线

1) 实用部分,其内容主要包括[9-10]:VLAN;NAT;端口映射;流媒体服务;网络安全与管理基础;VPN;无线局域网技术等。

2) 综合部分,其内容主要包括:Winsock编程;数据的Internet历险记(串联演示、综合分析TCP/IP网络的结构、功能和运行原理);局域网的设计、组建和管理等。

3) 前沿部分,其内容主要包括[11-12]:Next Generation Internet;Web3.0;Cloud Computing;语义网络;TD-SCDMA;Wi-MAX等。

2.2利用因特网扩展知识面、培养自学能力

计算机网络的发展日新月异,我们的教材永远赶不上网络的发展速度,处于日渐落伍的状态。另一方面,计算机网络课程研究的核心目标是TCP/IP体系结构,而TCP/IP体系结构是因特网所遵循的标准,因此学生们应该充分的了解、利用、熟悉因特网的方方面面。另外,培养学生的自学能力是大学教育阶段的一个核心任务,自学能力越强,独立解决问题的能力越强,未来持续发展和进步的后劲越强。

因此,我们建议在计算机网络课程教学中应该积极鼓励和引导学生发挥主观能动性,自己动手利用因特网扩展知识面,进而培养其独立发现问题、分析问题、解决问题的能力。教师可以指导学生利用因特网,查找、阅读、分析、翻译RFC;实际使用最新的网络服务、思考其运行原理、分析其内部机制;获取最新的计算机网络资讯,了解其技术前沿,把握其发展方向。在实际教学中,教师可以选择一些当前较热门的理论和技术,要求学生在完成调查研究之后,撰写技术调查报告或理论综述。然后,从中挑选出一些较好的文章,让学生在课堂上给大家作报告,报告过程中老师和学生们可以提问、挑错、参与讨论,同学们也可以根据兴趣继续开展深入研究。最后,将文章收集起来,作为学科资料供大家传阅共享。

基于以上思想以及我们的教学实践经验,可以推荐和引导学生们经常去访问以下网站:

1) 国际组织网站。

Internet Society(因特网协会)、World Wide Web Consortium(万维网联盟)、Institute of Electrical and Electronics Engineers(电气及电子工程师学会)、International Telecommunication Union(国际电信联盟)等。

2) 技术论坛及网站。

CSNA网络分析论坛、Cisco网络技术论坛、通信工程师论坛、全球IP通信联盟、中国移动实验室、中国网管联盟、CNW网界、TechWeb社区、中国IT实验室、互动百科、电信维基网等等。

3) 精品课程网站。

西安交通大学、国防科技大学、华东师范大学、武汉大学等名校的计算机网络精品课程网站。

4) 国内著名研究所(中心)网站。

清华大学计算机系网络技术研究所、西安交通大学计算机网络技术与工程研究所、中国科学院计算机网络信息中心、中国互联网络信息中心等。

5) 世界著名大学计算机院系网站。

University of California Berkeley(加州大学伯克利分校)、Carnegie Mellon University(卡内基梅隆大学)、Stanford University(斯坦福大学)、Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院)等。

6) 业界著名公司网站。

Cisco、华为、SUN、Microsoft、IBM、Novell、Bell Labs、IDG等等。

2.3重视课程设计

计算机网络是集计算机、数据通信、网络互联与组建、信息服务与管理等内容于一体的一门综合性很强的交叉型课程,而课程设计是培养学生综合认知能力的重要手段,因此对于计算机网络这门综合性较强的学科而言,课程设计的地位就显得愈发重要了。

课程设计的规划要紧密地围绕计算机网络课程教学的主线――TCP/IP体系结构,以培养学生的理论知识综合运用能力、体系结构整体把握能力、运行机制串联理解能力为核心目标。同时,对于课程设计的组织形式,我们推荐采取课题小组分工合作制,这种方式有益于学生锻炼组织协调能力、积累分工协作经验、培养团队合作精神[13],极大地调动学生们的积极性和主观能动性。我们推荐的课程设计内容可归为3大类:软件模拟与设计、硬件规划与配置、信息服务与管理[14-16]。

1) 软件模拟与设计――懂网。

以太网帧传递的综合设计与模拟;IP分组的截获、分析、更改、封装和发送的模拟实现;ARP协议的软件模拟与设计;TCP和UDP数据段的截获、分析、更改、封装与发送的模拟实现;C/S服务模式的模拟实现;P2P服务模式的模拟实现;DHCP协议的模拟实现;SNMP协议编程等。

2) 硬件规划与配置――组网。

IP子网划分与流量监控;VLAN的规划、设计与管理;中小型网吧的设计、决算、实施与管理维护;家庭无线局域网的设计、决算、实施与管理维护等。

3) 信息服务与管理――用网。

Web、FTP、电子邮件、流媒体等服务系统的安装、配置与管理。

2.4注重实验教学

“实践性和理论性都很强”是计算机网络课程的一个鲜明特色。一方面,计算机网络学科是一门直接来源于实践需求、服务于实践需求的应用型学科,因此它对学生的实际动手能力有较高的要求。另一方面,在计算机网络课程的教学内容中包含了很多理论性内容,这些内容往往比较抽象,不好理解,而课程实验是理论与实践相结合的重要手段,它有助于学生对概念和原理的深入理解,有助于培养学生分析和解决实际问题的能力[17]。因此,课程实验是计算机网络课程教学中必不可少的重要环节。

基于以上论述以及我们的教学实践经验,我们提出了一些关于实验教学的改进建议,具体如下:

1) 实验过程的建议。

(1) 在实验之前,教师应提出实验预习要求,并提供详细的实验指导书。实验指导书最好能包含以下内容:实验目的、实验任务、实验设备、实验原理、实验步骤、实验结果与分析。

(2) 在实验之中,教师应积极与学生交流沟通,切实把握实验进度,及时排除意外故障、化解危险状况。

(3) 在实验之后,教师应要求学生认真撰写实验报告,并抽查一些学生,让其汇报实验心得体会。

2) 实验内容的建议。

(1) 实验内容安排应遵循从易到难、由浅入深、逻辑关联、逐层递进的原则。具体说来,观察验证型实验为初级实验,通过这些实验可以帮助学生掌握协议的交互过程;编程设计型实验为高级实验,通过这些实验可以帮助学生深入理解协议的运行机理,培养其编程开发能力;网络组建和服务型实验为综合实验,通过这些实验可以培养学生综合运用知识、解决实际问题的能力[18-19]。

(2) 合理把握实验的深度和广度,注意课程实验与课程设计的不同,对于难度较大的综合性问题不易作为课程实验,最好归入课程设计。

(3) 对于一些实验项目可以只给出任务和要求,而不给出方法和步骤,让学生自己独立的思考问题、尝试方法、分析步骤,这样既可检验其知识掌握程度,又可培养其独立分析和解决问题的能力。

2.5充分开展多媒体教学和网络教学

2.5.1多媒体教学

在计算机网络课程中包含有许多比较抽象、复杂和综合性的理论内容,如果单纯讲授,会比较枯燥,学生们也不容易理解。多媒体教学可以使抽象的概念形象化、复杂的理论简单化、繁琐的过程清晰化,将教学重点和难点变得深入浅出、通俗易懂。另外,多媒体教学能够吸引学生的注意力、增加教学的趣味性、提高学生们的学习兴趣。因此,我们认为在讲解抽象、复杂和综合性的理论内容时,应充分开展多媒体教学。

俗话说:外行看热闹,内行看门道。在观看多媒体课件时,为了避免学生们只看热闹,看完后收获不大、认识不深的问题。我们在教学实践中,摸索出了一套行之有效的教学方法:

1) 放前先概述:在播放多媒体课件之前,首先对课件进行概述,介绍该课件演示了哪方面的知识,大致的流程怎样。

2) 一遍后设问:播放一遍之后,要求学生注意观察课件展示或印证了知识点的哪些细节。

3) 二遍后回答、再设问:请同学们回答上个问题,然后要求学生注意观察课件没有展示出知识点的哪些关键细节、哪些细节处理得不好。

4) 三遍后回答、扩展思考:请同学们回答上个问题,然后请大家思考,对于课件没有展示出的知识点关键细节以及有缺陷的地方,如果让你做课件的话,将如何处理。

2.5.2网络教学

如今各高校普遍都建成了质量较高、功能较完善的校园网,这为网络教学的开展提供了良好的物质平台。然而,网络教学的现实开展程度和实际效果并不令人满意。造成这种状况的原因是多方面的,其中一个主要原因应该是:我们对网络教学的方法、形式、作用和意义的研究还不够深入。

根据理论研究和教学实践,我们认为对于计算机网络课程而言,网络教学至少可以在4个方面发挥积极作用:

1) 便于学生对课程的整体把握和理解;

2) 加强老师和学生的交流与沟通;

3) 培养学生的自学能力和科研素质;

4) 加深学生对Web的熟悉程度。

我们推荐网络教学可以采取3种形式,具体内容如下:

1) Web课程教学门户。

其栏目主要包括:课程概况、教学大纲、教学进度;教学资源、实验资源;作业与习题库、试卷与试题库、在线测试;知识扩展、认证培训、行业新闻等。

2) Blog师生交流之家。

其栏目主要包括:辅导答疑、作业与试卷讲评、知识交流、问题讨论、教学反馈、教学研究等。

3) WIKI协作研究园地。

其栏目主要包括:前沿理论园、协议体系园、实用技术园、工程标准园等。

2.6灵活运用考评制度

在近几年的教学实践中,我们思考和尝试了一些新的考核方法,对多种考评制度进行了灵活的调整和运用,取得了较好的效果,现将其介绍如下。

1) 平时成绩。

对平时成绩的评定不应只包括考勤和作业,还应该包括对听课态度、过程和效果的评估,例如:是否认真听讲、是否踊跃回答问题、是否独立思考并发现问题等。因此我们建议,平时成绩的评定应包括:上课考勤、听课效果、课堂练习、课后作业、问题反馈等几个方面,推荐平时成绩占总成绩的比重为10%左右。

2) 实验成绩。

通常的实验考评方法过于注重实验结果的正确性,而忽略了实验过程的规范性、实验分析的深入度、实验方法探索的关注度等问题,这样便又不知不觉的陷入了“重结果而不重过程、重形式而不重素质”的应试教育老路子。因此我们建议,实验考评应包括对实验过程、实验结果、实验问题分析、实验方法探索、实验心得体会等方面的评定,推荐实验成绩占总成绩的比重为10%左右。

3) 课程设计成绩。

除了对课程设计的最终效果进行评定外,还需要着重注意两个方面的考量。一是学生对课程设计的总体把握情况、理论知识的综合运用能力、运行机制的理解深入程度;二是学生在课程设计中表现出来的组织协调能力、分工协作热情、团队合作精神。我们建议应综合以上因素来评定成绩,推荐课程设计成绩占总成绩的比重10%左右。

4) 自学能力和科研素质评价。

由于长年受应试教育的影响,当今大学生的自学能力和科研素质普遍较差,缺乏独立发现问题、分析问题、解决问题的能力。学生们已习惯于填鸭式教学,习惯于推着学、逼着学,不习惯领着学,更不习惯指着学。我们认为对一名大学生而言,培养和提高自身的科研素质和自学能力要比单单掌握一门课程知识更为重要。因此我们建议,作为一种导向和激励手段,应将自学能力和科研素质的评价纳入课程考评体系。

在近几年的教学实践中,我们尝试了以“研讨式学习”的方式培养学生的自学能力和科研素质,成绩考量可分为3个阶段进行:

(1) 发现问题阶段。

教师指定教材或参考书的某些章节,让学生自学,并从中找出自己不知道或不理解的问题。另外,教师也可精选一些前沿概念、热门理论或实用技术,供学生选择研究。学生在研究过程中,如果发现新的兴趣点,与老师商议后可调整研究方向。

(2) 分析问题阶段。

汇总上一阶段由学生发现或老师提供的问题,和学生们讨论分析这些问题。看看它们是属于本课程还是其他课程的知识?是学过的还是没学过的知识?属于基本理论、还是工程应用?通过对问题的分析和归类,从中筛选出一些适合学生处理的问题,分配给各个学习小组进行研究。

(3) 解决问题阶段。

查找资料:通过图书馆、Internet、高年级同学等渠道来获取资料。验证资料:对核心的技术、方法和数据,是否能通过实验或权威文献加以验证。整理资料:以“技术报告”、“学习报告”或“理论综述”的形式撰写文章。讲解资料:老师挑选出一些较好的文章,由学生在课堂上给大家作报告。交流批阅:本学习小组将文章交于其他小组批阅。修改文章:按老师和其他组的批阅意见修改文章,对没有采纳的修改意见必须予以文字说明。创新思维:教师需对学生的创新性思维予以特别鼓励。

根据学生在各个阶段的表现,给以综合评定,推荐自学能力和科研素质评分占总成绩的比重为10%左右。

5) 期末考试成绩。

期末考试分为理论知识考核和实践能力考核两部分,其中理论知识考核采取闭卷笔试的方法,推荐其成绩比重为30%左右,实际能力考核采取网络系统仿真的方法,推荐其成绩比重为30%左右。

3结语

通过对计算机网络课程改革问题的深入思考,我们梳理出了一些有价值的课程改革思路,在具体的教学实践中摸索总结出一套教学改革方法,并在实际应用中取得了较好的教学效果。通过本文将这些思路和方法介绍给大家,希望与更多的同行交流和探讨。计算机网络已成为当今信息社会的命脉,其覆盖领域快速扩张、应用程度持续深入,计算机网络课程的教学研究工作任重而道远。

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Teaching Reform of Computer Network Course

LI Min, CHEN Zhi-guo, DU Hai-shun, HOU Yan-e

(Computer and Information Engineering College, Henan University, Kaifeng475001, China)

Abstract: The course of computer network is characterized by cross-discipline, engineering application and high-speed development. Therefore, the teaching of computer network course is difficult and it’s effectiveness is not satisfactory. By analyzing current teaching situation of computer network course in colleges and universities, the teaching reform of computer network is explored in the paper, including the following aspects: Optimizing teaching contents; Improving teaching methods; Valuing curriculum design; Enriching teaching approach; Using assessment procedures flexibly.

Key words: Computer Network; teaching reform; teaching practice; assessment system