网络教学存在的问题与对策

　　摘要：针对我校计算机网络课程教学中理论教学、教学手段和实验安排等存在的问题，结合教学实践，提出多种教学方法相结合、精选教学内容、分类教学与加强实验环节的对策，促进良好的学习和研究氛围的形成，激发学生的学习兴趣。
　　关键词：计算机网络；课程教学；教学方法；对策
　　
　　
　　
　　计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物，是计算机技术和通信技术密切结合的新技术领域，是美国IEEE-CS & ACM 2001大纲和中国CCC2002大纲规定的核心课程之一，是高等院校计算机及其相关专业的重点课程。计算机网络课程的目标是培养学生掌握计算机网络基本理论和基本技能，该课程的特点是理论与实践并重，具有较强的综合性。在计算机网络的教学过程中，不但要让学生掌握计算机网络理论方面的知识，还要理论结合实践，通过理论实验、分析实验、认知实验和工程实践等途径培养学生的动手能力和运用网络知识解决实际问题的能力。
　　计算机网络是我院三年级计算机科学与技术专业、软件工程专业、电子工程专业和研究生的一门必修的、重要的专业课程。本文针对以往计算机网络教学中存在的问题，结合笔者在英国拉夫堡大学和诺丁汉大学的学习经历，提出相应的对策。
　　1计算机网络教学中存在的问题
　　1.1内容上理论脱离实践，缺少前沿知识
　　目前我们采用的计算机网络教材的内容从结构上总体分为3大部分：以计算机网络体系结构模型分层展开的原理部分，主要介绍计算机网络的发展、网络结构、协议、工作原理和应用；网络硬件设备和典型网络技术部分，主要介绍网卡、集线器、交换机、路由器及一些典型的广域网和局域网技术，如FDDI、ATM、无线网等；电子邮件、FTP和Web服务的网络应用部分。
　　在课堂上，关于网络原理性的概念、理论介绍很多，理论相联系的实践内容介绍较少甚至没有[1]。关于TCP/IP协议的内容，国内很多的教材只介绍了相关的原理[2-3]，至于TCP/IP协议在实际中的使用及在系统中的位置均未讲解。随着通信和计算机技术的紧密结合和同步发展，计算机网络课程要求学生知其然，还要知其所以然，如计算机网络的主要性能指标和网络的服务质量问题。另外一些新出现的先进网络技术、提高网络性能的分析方法，在有的教材中介绍得很少甚至没有提及，这些新的技术和方法很有前途，反映了网络的发展方向，学生们应该及时跟踪和探索这些前沿技术。
　　1.2教学方法与手段单一
　　虽然将粉笔改为投影的教学方式已有很长时间[4]，但多媒体教学还没有真正发挥应有的作用，而课程内容中对于计算机网络体系结构，特别是相关协议的描述，更是晦涩、不容易被理解的难点，学生很难接受。教师在讲授利用TCP/IP的层次结构进行网络数据传输时，学生根本看不到TCP/IP的各个层次，更是无法理解不同层次的数据传输原理和过程。因此，在计算机网络的教学过程中，枯燥晦涩的内容对整个课程学生兴趣的建立和引导是非常不利的，这种模式无法形成学生与教师的互动，也不会激发学生对这门课程的热情和兴趣，更别说创新思维和创造型人才的培养。
　　1.3实验安排不当导致实践活动缺乏
　　计算机网络是一门集基础性、实用性与实践性于
　　
　　
　　
　　基金项目：西北大学本科教学质量与教学改革工程项目(10SY06)。
　　作者简介：范训礼(1970-)，男，副教授，博士，研究方向为网络控制、网络安全。
　　
　　一体的专业基础课，只有经过动手实践，才能加深对网络理论的理解，才能较好地掌握有关网络技术，提高动手实践能力。现在大多数实验都集中在网络编程方面[5]，如编写有关socket程序，这样只是偏重于学生编程能力的锻炼，而很少注意学生综合分析能力的提高；而很多重要的实验，如网络设备配置实验、组网调试实验、通信协议分析实验、网络性能分析实验和网络控制算法实验等则是培养学生综合分析问题、解决问题的能力，这些实验往往因为设备条件限制基本没做，学生对于原理性的知识不能很好地理解，更别说提高实践动手能力了。
　　2教学新方法
　　2.1多种教学方法相结合，激发学生学习兴趣
　　学习计算机网络这门课程时，学生普遍认为与他们心中的网络相差很远，很抽象，产生畏难心理。大多数学生对网络的理解很狭隘，他们上网做的最多的事是浏览新闻、网络游戏和QQ聊天，对网络原理、网络功能没有概念。为此，激发学生学习的自觉性与积极性，是计算机网络课程教学取得成功、使学生从被动接受知识变为主动探求知识的关键。因此，在计算机网络教学中，要让学生从知识的被动接收者转变为主动参与者和积极探索者，在发挥教师教学主导作用的同时，还要充分发挥学生的主体作用，使学生参与到课堂教学中，教师为学生的积极参与创造条件，加强课堂互动，引导学生去思考、去探索、去发现，鼓励学生大胆提出问题，改变过去讲细、讲透的教学方法。
　　在计算机网络教学过程中，采用灵活多变的方法和手段，以使学生更好更快地接受所学知识，并能应用到实际生活当中。在计算机网络教学设计上，把抽象的理论具体化、形象化。计算机网络课程中有比较多理论性非常强的知识点，学生理解起来有一定的难度，在教学过程中，通过具体、形象的描述把抽象的理论表达出来，以便学生理解和吸收。
　　2.1.1采用讨论式教学方法，激发学生兴趣
　　针对上网对现在年轻人的吸引，在开课的第一天，在课堂上打开计算机，通过浏览因特网，让学生亲眼目睹网络中的世界、网上通信、国际互联、资源共享……在学生兴趣正浓时，以几个网络应用的例子，引导学生进入网络世界的新天地，由此概括出计算机网络的定义。
　　在讲授网络协议、IP包与ICMP包分析、TCP协议与UDP协议、以太帧和ARP包协议、路由与转发协议时，启发学生将网络中的协议与实际生活中的例子相比较，自己归纳总结出协议的基本步骤、思路以及特点，这样学生印象深刻，对于比较复杂的协议有了实质性的了解，而不再是死记硬背。在讲授路由跟踪协议时，则让学生编写相应的程序，跟踪数据包，了解网络信息是如何到达目的节点的。
　　2.1.2采用讲练式教学法，加深学生对知识的理解
　　当某一知识点的概念、定义、例子讲完后，为巩固学生学习的效果，利用相应的课堂练习题，请1～2位学生上台到黑板上做题，其余学生在纸上做题，最后由教师进行讲解。例如在讲授CRC工作原理后，给出相关例题，先讲后练，并有学生参与例题的讲解过程，加深学生对理论知识的理解。
　　2.1.3主动学习式教学法，锻炼学生的组织表达能力
　　根据教学目的、教学内容、学生的接受能力提出教学任务[6]，同时为学生提供相关的教学资源和网站地址，并提出学习方法建议，先让学生在课后预习本次课要学习的内容，通过Internet选择活动形式，求新和创新。上课时，教师首先简要介绍本次课内容的要点，然后请学生上台进行讲解，最后由教师进行点评。对于应用性比较强的内容，如网络应用中的FTP文件传输服务，让学生自己来体验教学方式，锻炼学生的表达能力和组织能力。对其中参与互动的学生在课程成绩中有加分的表现。
　　2.2精选教学内容，突出重点分类要求，采用分类教学方法
　　精选教学内容是指在讲清楚计算机网络体系结构的同时，理论联系实际。突出重点分类要求是指把教学内容分成3个部分：要求学生了解的内容，要求学生理解的内容，要求学生掌握的内容。
　　
　　2.2.1推演性教学法，使复杂问题易理解
　　在教学过程中，对于难以理解的数据包处理过程则采用推演性教学法。单纯的描述很难说明问题，利用多媒体，通过Flash动画模拟，由简单到复杂、由理想模式到实用模式的逐步分析，展示数据从上到下，从源节点到目的节点，在传输过程中是如何在源节点添加各层包头成为数据包分组、数据包、数据帧，在目的节点又是如何将相应的报头去掉，还原为数据的。类似这样的环节还包括相关物理层电器特性的平衡模式和非平衡模式，通过这种方式，学生不但理解了可靠性原理，而且还能初步了解和掌握科学研究的基本步骤和思想。
　　2.2.2理论联系实际教学法，使操作性强的问题易掌握
　　对于操作性强的，采用理论联系实际的教学方法在课堂上演示，如讲TCP连接时的三次握手和断开时的四次握手、授域名获取、域名解析等内容时，通过使用可视化模拟软件，动态演示协议的运行，形象、生动、直观地给学生留下了深刻的印象，增强了教学效果。每次上课时，结合授课内容，选择各种计算机网络教学软件或制作相应的课件，充分利用投影机、多媒体电脑演示进行视听练的教学；对于有关物理设备、接口的讲解，则采用实物讲解、实验操作的教学方式；而对那些网络连接介质及设备运行介绍则是让学生通过亲自动手安装、使用模拟软件操作及排除方法故障等方法掌握网络安装、维护及维修等内容，让学生消除心理上的学习压力，提高学习效率。
　　2.2.3仿真模拟教学法，使复杂的问题易懂
　　在讲解“协议”和“层”等概念时，使用仿真模拟教学方法，使复杂的问题变得易懂，同时增加了趣味性。例如使用“不同方言的人讨论问题”的例子类比网络协议，让学生明白参与通信双方之间的通信是需要有规则的，上层的通信需要相邻下层协议的支持才能完成。再比如在讲解路由选择和转发时，使用生活中的出行例子，从起点到终点的路径是路由问题，而每个十字路口如何走，则是转发问题。对应讲授网络层拥塞控制时，尤其是讲授拥塞控制算法，如选择性重发、滑动窗口协议、流控机制，通过使用城市中的交通问题作类比，学生很轻易就能理解“网络中的Packet包太多”是导致“拥塞”的原因，然后才有爱好来采取一些算法控制和解除拥塞，由此引导有兴趣和能力富裕的同学查阅文献，设计拥塞控制算法，通过NS-2[7]仿真平台进行深入的研究。
　　2.2.4概念术语英文化，使学生易记忆
　　计算机网络是计算机技术和通信技术密切结合的综合性交叉学科[2-3]，包含有大量英文概念、术语及缩写，有的术语在不同文献资料中的中文翻译不一致，有的中文文献对一些网络概念或术语也直接使用英文描述。根据笔者的经历和经验，通过查阅文献后，在课堂上对计算机网络中的术语与概念给出英文表达，而对于英文缩写，则给出英文组成词汇，由此形成相应的中英文名词术语对照表，利于学生理解和记忆，使学生更加准确地把握概念含义，同时鼓励学生自己查阅相关的文献，有利于他们对英文原版资料的阅读与理解。
　　2.3加强实验环节，改变实验内容与方式
　　计算机网络的许多内容应该以实验的方imR9gSJjSBFZg3bKvZEgbQ==式让学生进行学习和理解，必须充分培养学生的主动积极参与意识，通过实践验证掌握其基本原理、基本概念，通过实践训练掌握基本的操作技能[5]。
　　2.3.1使用抓包分析软件处理应用层知识实验
　　对于应用层知识方面的实验，让学生学会使用相关抓包分析软件，如NetXray、SnifferPro，Ehteral与WinCap结合的方式来抓取网络通信的数据包，分析通信过程中包头与通信内容，让学生自己去分析数据内容，并由此加深特殊网络通信中，如果数据不加密，通信是不安全的认识。
　　2.3.2使用网络配置仿真软件处理实践性强的网络实验
　　对于实践性强的内容，如交换机的配置、交换机的VLAN配置、路由器配置、网络配置实验，设计相关应用型网络的拓扑结构，并进行相应的配置测试，安排实验专题让学生利用相关网络设备配置仿真软件Boson Netsim进行练习，了解设备的配置方法与过程，然后由分组学生的代表在课堂上向大家讲述，大家再一起讨论、分析和评价，每个学生都有兴趣积极参与，活跃了课堂气氛，培养了学生的自学能力和表达能力。
　　2.3.3通过编程修改实现理论实验
　　对于理论实验部分，如IP包与ICMP包分析、TCP协议与UDP协议、以太帧和ARP包协议[8]，让学生通过分析和修改开源Linux代码来加深对理论知识的理解；对于学有余力的同学，则引导其进一步研究滑动窗口协议、流控机制等网络拥塞控制行为，通过文献阅读，做深层的研究，并在NS-2[7]仿真平台分析网络控制的各种算法以及由此得到的网络性能。
　　2.3.4通过拓展实验，巩固理论知识
　　课堂教学及上机操作总是要受制于课本、课时、实验设备等因素，学生面对的是熟悉的老师、环境及设备。社会在不断发展，技术在不断创新，要使学生能够立足于社会，为社会所接受，必须让学生走出校门，积极参与社会实践。在授课的同时，根据相应的内容，安排适当的课时，或利用双休日、假日，参观本校整个网络系统，从服务器、路由器、交换机、HUB，到网卡、网线、水晶头等各种组网设备。再有目的地鼓励学生到电脑公司、企事业单位，让学生参观学习或参与实际操作，把学到的知识运用到实际工作中，并在实际操作中深化理论，巩固所学的知识，补充在课堂上学不到的新知识及新技术，使学生真正把在课堂上学到的知识与社会实践相结合，为今后的就业打下良好的基础。
　　3国外计算机网络教学方法分析
　　国外大学选用的教材不一定很深很难，但要提供大量思考题和练习题，他们鼓励学生充分利用图书馆和互联网，自己获取知识，掌握学习方法。
　　英国拉夫堡大学计算机系的计算机网络课程教学采用的主导教材是Kurose James F.和Ross Keith W.的Computer Networking: A Top-down Approach。主讲教师给学生提供大量的文献和一定的作业和思考题，让学生充分利用学校的图书馆和网络资源来获取相应的知识，提高学生的自主学习能力。在教学过程中，除讲授大纲规定的教材内容外，还邀请企业界的网络工程师、学术界的网络专家和大型网络中心的管理者就相关专题进行交流。笔者参与的网络课程，就邀请了BAE公司的资深网络设计师就英国某网络系统的设计进行分析讲解；邀请拉夫堡大学网络中心的运行经理就英国教育网JANET和拉夫堡大学校园网络规划设计进行详细的讲解；还邀请有关学者就网络控制、网络排队理论问题进行讲解，开阔了学生的视野。
　　除主讲教师外，一般配1～2位辅导教师，主要给学生提供学习辅导，包括：1)学习答疑，解决学生学习过程的疑难问题。2)原理上机实验，指导学生完成相关的验证性实验，如对网络拓扑结构的实现，对网络相关设备的配置。3)程序设计性的实验指导，使用NS-2仿真平台对网络拥塞控制算法进行改进与实现，分析网络控制的各种方法以及由此得到的网络性能。4)参观性实验的联系，如联系参观JANET的拉夫堡大学网络中心，在此过程中网络中心的负责人介绍校园网络的设备、网络结构以及所提供的服务。
　　总之，他们的方法是教师按照教学大纲、课程内容和课程教学要求布置学习课题；给出学生完成课题所需要自学的参考书目、参考网址；通过辅导课网络联系方式及时给学生提供必要的辅导；教师对各种类型的课题初步给出结论，并进行讨论分析和评价。
　　
　　4结语
　　我院针对目前计算机网络课程教学存在的相关问题，探索研究先进的教学理念和教学方法、手段，目的是激发学生对计算机网络课程的学习兴趣，创设良好的课堂教学与实践教学环境，使学生深化理论知识，增强网络应用和实践能力。实际的教学效果表明所用方法达到了预期的目标。
　　
　　参考文献：
　　[1] 刘彦保. 计算机网络课程教学改革探讨[J]. 高等理