“TCP通信过程”说课设计

摘 要：该文从教学目标、教学内容、学情分析、课堂设计与实施、实验与反馈等方面详细阐述了“TCP通信过程”说课设计，着重讨论了相关教学策略，包括TCP/IP协议栈的设问式开场和创设熟悉情景；对等层简化模型的导入；TCP通信过程先分后合的讲授策略等。最后对说课承载的教学评价指标功能进行了反思。

关键词：说课；教学策略；教学方法；评价指标

中图分类号：G642 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2013）22-0042-03

在高等教育领域不断深化课程改革和教学创新的背景下，作为重要教学研究活动之一的说课竞赛近年来在国内众多高校得到推广，并且取得了良好的效果。[1]说课的基本方式是教师针对某一特定的教学内容，用口头表述的方式向评委全面阐述自己对教学内容的处理、学情的分析、教学理论的运用以及教学策略与方法的选择等。要求教师在较短的时间内讲清“教什么”、“怎么教”以及“为什么这样教”之类的教学问题，从而展现教师的思维过程，体现教师对授课内容的把握程度以及运用教育教学理论的能力。[2] 计算机通信与网络课程是在大三下学期为信息与通信工程专业学生开设的专业限选课，包括课堂理论教学和课内实验环节。其教学目标为要求学生熟悉计算机网络的基础知识，掌握TCP/IP协议栈的基本理论与应用，了解常用的网络安全知识等。通过对网络核心课程开展说课活动，可以促使教师将计算机网络的教学内容与现代教育教学理论相结合，实现从以往的直觉型、经验型教学向科学型教学转化。

一、说课设计

笔者近年来参加了一些说课竞赛活动，通过亲历比赛、观摩学习以及与评委、同行交流切磋，得到了很多启发与激励。在此，笔者结合这几年从事计算机通信与网络课程教学的经历，[3] 围绕“TCP通信过程”这一教学内容，从教学目标、教学内容、学情分析、课堂设计与实施、实验与反馈等方面阐述其说课设计，以期达到抛砖引玉的目的。

1.教学目标

教学目标包括知识传授、技能训练以及能力培养三个部分。知识传授要求学生了解TCP/IP协议栈分层体系结构以及数据分组处理过程，理解正常TCP通信过程中报文的交互情况；技能训练要求学生能搭建实验环境，获取、观察以及分析TCP报文段；能力培养则旨在增强学生“学以致用”的意识，养成理论和实践相结合的自主学习能力。

2.教学内容

教学内容包括TCP/IP协议栈和TCP通信过程两个主要知识点。两者之间通过引入一个对等层模型实现过渡衔接。TCP/IP协议栈的重点知识包括TCP/IP五层协议栈架构、层间关系、分组封装及处理流程，其中分组封装为难点；TCP通信过程的重点知识包括TCP协议特点与作用、通信交互过程、首部格式、各字段含义与变化规则，其中各字段的变化规则为难点。由于篇幅所限，我们这里讨论的TCP通信过程只包括简单正常通信过程。TCP协议的其它复杂机制，如流量控制、拥塞控制、差错控制以及状态机等知识不在讨论之列。

3.学情分析

教学活动的主体是学生，学情分析对成功实施课堂教学非常重要。[4] 这门课程的授课对象是大三下学期学生，他们已经具备了相应的专业基础，学生的形象思维能力较强，而抽象思维能力较弱。对学习复杂内容有畏难情绪，需要激发他们的学习兴趣。所有学生都熟悉常见的网络应用，对网络知识和技术有极强的好奇心和求知欲。

4.课堂设计与实施

课堂设计与实施主要是结合课堂教学目标与内容、学情分析以及多媒体教学环境，设计相应的教学策略及教学方法，并将它们贯穿在整个教学活动中。笔者设计的教学策略包括：针对TCP/IP协议栈的设问式开场和创设熟悉情景；对等层的简化模型导入；针对TCP通信过程的先分后合的讲授策略等。下面我们以教学策略为主线，具体阐述课堂设计与实施细节。

（1）设问式开场

好的问题是激发学习动力的有效手段。笔者在课堂开头有意识地给学生举一些日常生活中使用TCP协议进行通信的应用实例，分析这些应用的业务流特点，然后提出相关问题。例如这些应用进程相互间是如何寻址的？为什么它们要使用TCP通信服务？TCP又是怎样保证通信的可靠性的？让学生带着问题去听课，并在听讲过程中有的放矢地思考问题、获取答案，这样能够极大地增强教学效果，加深对相关问题的理解。

（2）从熟悉情景入手，立足学生的“最近区域”

尽管学生在前面的学习中已经了解TCP/IP协议栈的五层结构，但是在课堂开始阶段再次强化TCP/IP的整体结构仍然是非常必要的，有利于保持知识间的连续性。笔者从学生熟悉的访问Web网站的情景出发，由表及里逐步讲解整个协议栈工作过程，并通过动画的形式加以表现，如图1所示。这个情景就是通过IE浏览器访问网站。首先在IE浏览器中输入网址，例如http：//。该网址以及其它相关信息会被IE浏览器发送到TCP/IP协议栈的应用层，应用层会在这些信息前面加上一个HTTP的首部，这个过程叫做封装。然后继续将形成的HTTP分组发到传输层。传输层会接着封装TCP首部，形成TCP报文段，并继续发送到网络层。网络层将通过DNS获取的网站IP地址等相关信息封装在IP首部，形成IP包，接着进一步发送到数据链路层。数据链路层会加上首部和尾部，形成数据链路层的帧。最后经过物理层转变为一系列的电信号在网络上传输，并经过沿途的网络设备转发后到达接收方服务器。在服务器的TCP/IP协议栈经过相反的解封装过程后，将网址等相关信息交给服务器上运行的Web服务进程。该服务进程会寻找网址对应的网页内容，并将其按相反过程发送给IE浏览器。IE浏览器解析收到的网页，并最终在窗口显示出网站主页内容。采用基于熟悉情景的教学策略，一方面是为了以学生已有的知识和经验为起点传递教学信息，便于在新旧知识之间建立联系，促进知识网络的构建；另一方面是想通过这个熟悉情景告诉学生，TCP/IP协议离我们并不遥远，它就在我们身边。每当我们使用网络服务时，它就会为我们提供服务。这样可以减轻学生的陌生感，激发其兴趣和求知欲，促进自主学习。

（3）利用对等层模型实现从TCP/IP协议栈向TCP协议通信过程的过渡

学习完TCP/IP协议栈后就要进入TCP协议通信过程的学习。通过上文所述，TCP报文段先要封装为IP包，然后再封装成数据链路层的帧才能送往物理层发送，在接收端则执行相反的过程才能恢复出发送的TCP报文段。遵循这个过程来学习TCP协议通信过程太复杂了，不利于抓住重点。我们采用的策略是引入对等层模型。通过观察TCP/IP协议栈可以发现在假设传输层以下各层正常工作的前提下，可以认为在收发双方的传输层之间存在一条虚拟的直连链路，而TCP报文段可以认为是直接在链路上传输，这样的简化模型称为对等层模型，如图2所示。采用对等层模型的好处有两个：①该模型是简化模型，屏蔽了下面各层的细节，但却能反映真实系统的工作情况，有利于学生将注意力集中到TCP协议本身；②该模型保证了教学思维的连续性和教学逻辑的完整性。使学生的思维能够自然地实现从TCP/IP协议栈向TCP协议通信过程的过渡。

（4）先分解后合并，开展TCP通信过程的教学

TCP为可靠的面向连接的协议，将TCP协议通信过程分解为连接建立、数据传输、连接终止三个阶段，逐个讲解。最后再将三个阶段合并成一个完整的场景进行总结。在简单介绍完TCP首部格式以及各字段含义后，即讲解TCP通信过程的三个阶段。先讲解TCP连接建立阶段，特别向学生强调上层应用的数据请求是TCP活动的触发源。正是因为上层要收发数据（比如说访问网站），才触发了TCP连接建立阶段。

笔者采用了三种教学方法来讲解这个阶段：①用动画的方式呈现整个阶段。TCP连接建立阶段也称为“三次握手”，笔者把这三个握手报文按照时间先后顺序一一呈现出来。这样做是因为学生的形象思维能力较强，易于接受形象化、视觉化的事物，动画的表现方式会给他们留下深刻的印象；②用强调法来处理关键字段变化规则这一教学难点，我们把所有需要关注的关键字及其取值都在图上突出标示出来，这使得它们的变化情况一目了然；③交互的三个TCP报文段都是简化版的TCP首部，我们利用PPT的动画功能，专门在页面合适处设计了一个小的TCP首部图标，点击就显示一个放大的完整TCP首部，方便学生对照学习。连接建立以后，就进入数据传输阶段，所采用的教学方法和连接建立阶段一样，特别强调的是Sequence number和acknowledgement number两个关键字段的变化规则，强调它们在确保可靠性通信中所起的重要作用，并通过一个实例采用图示化的方法进行说明。数据传输完成以后，进入连接终止阶段。采用同样的教学方法来说明关键字段FIN标志位的变化规则。最后将这三个阶段合并成一个完整的TCP通信过程进行整体讲解，并进一步阐述TCP通信过程为何要分为三个阶段的理由。这种先分解后合并的策略，符合TCP通信过程的特点，层次分明，逻辑清楚，容易被学生接受。

5.实验与反馈

在讲完理论知识以后，笔者及时通过随堂实验来展示真实的TCP报文段在网络中的传输情况，巩固所学知识。笔者也从网络实验中引出了一些问题要求学生作答，答题情况可以作为教学反馈以评估教学效果。该实验的配置很简单，包括一网PC机、wireshark抓包程序和IE浏览器。首先启动wireshark抓包程序准备捕获TCP报文段，然后在IE浏览器地址栏输入网站地址，比如http：//，回车后IE浏览器会发起对网站的访问请求，该请求会触发TCP通信过程，完成连接建立、数据传输以及连接终止三个阶段。所发送的报文段会同时被wireshark以及IE浏览器获取，IE浏览器把收到的报文解析为网页，而wireshark则会将捕获的报文段及其内部细节逐条显示出来。要求学生对这些TCP报文段进行分析，区分出TCP通信过程的三个阶段，并且计算出每个TCP报文所承载的上层数据的长度以及交互过程中所发送的总的数据量。这种来源于真实网络世界的题目既能检验学生所学，又能培养学生学以致用的意识。笔者也会对学生的答题情况进行分析总结，并据此对课堂设计与实施过程作出改进。

二、关于将说课作为教学评价体系指标的一点思考

近年来，说课比赛在教师中的影响力不断扩大。杭州电子科技大学已经连续举办了七届青年教师教学技能大赛，该比赛以说课形式开展，对提高教师的教育教学理论和教学基本功，深化教育模式改革起到了积极作用。然而笔者认为应该审慎看待说课的作用，不能将说课作为评价教师教学技能优劣的唯一指标。

说课是参赛教师投入大量精力、精心准备的成果在15分钟内的集中展示，往往体现出优良的教学水平。然而这种竞赛中的教学水平能否代表一个教师在长期的日常教学实践中所表现出的一贯水平值得商榷。此外，说课缺少学生这一教学活动的主体，而学生对教师的教学质量最有发言权。与基于教师视角的、反映较短时间内（15分钟左右）教学效果的说课相比，学生对教师的教学评价则从学生的视角出发，反映了一个教师在较长时间内（一个学期甚至几年）的教学水平。因此，将说课成绩与学评教成绩综合考虑会更加客观全面地反映教师的综合教学水平。这样的评价考核指标会促使教师将更多的精力集中在平时的教学活动中，踏踏实实地备好每一节课，认认真真地上好每一节课，戒除浮躁，静心钻研，为学生提供更好的教学服务，最终实现师生间教学相长，共同进步。

三、结语

本文围绕TCP通信过程这一授课内容，详细讨论了说课的相关方面，重点突出了教学策略与方法，展现了授课整体思路和过程，基本达到了预定教学目标。说课水平能够从一定程度上反映教师教学水平的优劣，但是应该理性看待说课在教学评价中发挥的作用，既不应轻视也不应过分夸大，应该强调日常教学质量和学生的学评教感受，以避免投机心理，形成正确导向，促使教师的教学水平和技能得到扎实稳步的提高。

参考文献：

[1]农秀丽.开展说课活动，提高教学水平[J].广西民族师范学院学报，2012，29（2）：113-116.

[2]周拴龙.《计算机网络》课程“说课”探讨[J].新课程研究，2011（10）：22-23.

[3]刘超，张品，王玉娜.《计算机网络与电信网络》双语教学实践探讨[J].杭州电子科技大学学报（社会科学版），2012，8（2）：71-74.

[4]詹燕.围绕基本要素，抓住特点，针对学情，写好说课教案[J].北京电力高等专科学校学报（社会科学版），2012（6）：40-41.

[5]于合龙，马丽，邓蕾蕾.《计算机网络》课程实施双语教学的探索与实践[J].长春师范大学学报（自然科学版），2010，29（3）：135-137.