计算机网络技术与应用课程改革方案

　　摘要：针对非计算机专业的普通高校学生开设计算机网络技术与应用课程的改革与实践，提出有别于计算机专业的计算机网络课程的教学重点——以企业信息基础为核心构建知识体系结构。
　　关键词：非计算机专业；计算机网络；企业信息基础
　　
　　“计算机网络技术与应用”是教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会《关于进一步加强高等学校计算机基础教学的意见暨计算机基础课程教学基本要求》[1]中所列计算机基础课程之一。为使该课程能够对普通高校学生更具有针对性和吸引力，笔者对该课程的定位、内容设置和教学方法的改进进行讨论，并期望起到抛砖引玉的效果。
　　1课程对象的特点
　　学习“计算机网络技术与应用”的普通高校学生可能来自各种专业背景，对课程内容会具有一定的预期。由于中国互联网用户在2010年12月已经达到4.57亿[2]，对于基于因特网的信息技术和应用需求具有广泛的社会基础。但由于计算机网络技术与应用属于基础课，选修此课程的学生具有哪些特点？他们具有怎样的计算机知识和能力背景，又可能从事哪些形式的工作？
　　我们经过对几年来大学新生的计算机技能测试和毕业生的去向分析，得出以下结论：
　　1) 由于因特网技术在中国的普及，即使来自边远地区的学生也具备使用网络的经验。在学习计算机网络之前，大部分高等院校为大学一年级学生开设“大学计算机基础”或“计算机文化基础”作为计算机类通识课程。其中，计算机网络的内容(包括实验)会占据一定篇幅和时间，但大部分学生对网络的基本应用并不陌生。
　　2) 除了上面提到的两门课程外，学习“计算机网络技术与应用”的学生所具备的其他前序课程很难预知，这给课程的开设和内容的选定带来困难。
　　3) 学习本课程的大部分学生毕业后会进入各种类型的企事业单位，从事与计算机和网络有关的工作。
　　2计算机专业和非专业计算机网络课的区别
　　与为计算机专业开设的“计算机网络”相对比，非专业的“计算机网络技术与应用”课程有以下不同点：
　　1) 可以确定与计算机有关的前序课程，但后续课程则无法确定；而计算机专业学生在学习“计算机网络”前，一般已掌握一门程序设计语言，后继课程可能会有“组网技术”和“TCP/IP”等。所以，为计算机专业开设的“计算机网络”课程偏重于基础理论知识的阐述。
　　2) 目前一般学校开设的“计算机网络技术与应用”课程为48学时(包括实验时数)左右，课堂授课学时在32学时左右。而课程内容大部分是计算机专业开设的“计算机网络”课程内容的简化，比较适合于工科专业的学生。但对于人文、经管类专业，则显得比较艰深，且应用方面的内容偏少，内容缺乏针对性。
　　3) 由于对网络应用的熟悉和对深入学习网络应用的预期比较难以满足，造成部分学生对“计算机网络技术与应用”课程的兴趣减弱，选课学生数量减少。
　　3课程改革的思路和实践
　　如何深入学习计算机网络，有很多方案可供选择，例如，传统的计算网络课程通常把重点放在网络理论，在数据通信技术的基础上，分层讲述计算机网络体系结构的具体内容[3]；计算机网络工程技术类课程，则把重点放在路由器、服务器配置和组网技术上[4]；计算机网络应用类课程，偏重介绍HTML、网页设计和网络程序设计等[5]。
　　对于普通高校非计算机专业的学生，如果学习传统的计算机网络课程，由于缺乏必要的后续课程，所学的内容很难转换成为实践技能；如果学习计算机网络工程技术类课程，所需要的实验条件可能难以保证；在计算机网络应用类课程中，如果需要学习网络编程，一般需要有程序设计方面的前序知识。
　　这样，一门针对普通高校非计算机专业学生的计算机网络技术与应用课程，必须考虑到以下几方面的因素：
　　1) 课程内容应该与“大学计算机基础”课程中网络知识内容有传承、有区别；
　　2) 应该考虑到学生毕业后在企事业单位工作时可能用到的知识；
　　3) 由于基于网络的企业信息应用系统可能涉及网页设计、网站管理、网络编程、数据库等诸多内容，即使不能一一尽述，也应该通过一定的模型和实例进行这些知识的普及和训练；
　　4) 有一定的理论内容，便于学生深入对网络知识和理论进行探讨。
　　在此基础上，我们对“计算机网络技术与应用”在课程定位、教学实验内容的组织、教学方法等作了以下改革和调整。
　　3.1课程的定位
　　为学生日后在企事业单位的工作提供计算机网络技术有关的应用技能。为学生深入学习计算机网络准备基本的理论知识基础。
　　3.2教学和实验内容的组织
　　经过几年来的教学实践和与选课学生的交流，我们把“计算机网络技术与应用”课程的主要内容划分成四个方面：懂、建、管、用。
　　1) 懂：认知网络，了解基本构成和工作原理。
　　2) 建：建设网络，利用各种网络设备和技术，建设企事业单位的网络信息服务平台。
　　3) 管：管理网络，保证客户端、服务器、网络、数据安全和可用，进行网络信息发布和控制。
　　4) 用：使用网络，客户端、服务器、网络操作系统(NOS)、资源、创作软件的选择、比较、应用。
　　理论内容与实验内容构成1︰1的比例，务求所学习的理论内容可以转换成为工作技能，或能够与实际应用相联系、相映证。
　　3.3主要的改革内容
　　把课程的核心从网络体系结构逐渐转移到企事业单位信息基础构架上。换言之，是把计算机网络技术和应用的课程重点从以往的对通信理论的关注和网络建设技能的培养转移到运用、掌控和应用资源子网内的各类资源上来。
　　把网络体系结构中的主要内容压缩简化，突出与企事业单位应用有关的内容；淡化通信子网的理论内容，说明当前网络技术中影响企事业单位网络应用发展主要因素和发展方向。例如，在因特网环境下，分析多媒体通信所受到的制约因素的形成原因和解决方案。
　　企事业单位信息基础构架是网络化企业的主要信息技术模型。该模型2003年由Flashmap Systems公司(www.flashmapsystems.com)的Jeff Tash提出，并在企业界有重要影响[6]。一般来说，企业信息基础的构件主要可以分成六个方面：网络通信设施、主机(或智能设备)和网络操作系统、客户端软件、服务器软件、中间件、管理类软件。
　　1) 网络通信设施。
　　从企事业单位的角度来看，网络通信设施的主要功能是建立企事业单位内部的网络并与其他广域网络相连，由于考虑到企业信息设备的总体拥有成本(Total Cost of Ownership， TCO)和竞争策略，必须仔细规划信息系统的端接设备、服务器硬件、网络介质、交换、传输和安全设备以及广域网互联或因特网接入方案。
　　2) 主机与网络操作系统。
　　由于在企事业单位中，两类设备在端接设备中占据了极为重要的地位，这就是普通用户PC和作为企业服务资源驻留并提供服务的服务器。用户PC之所以重要是因为其直接关系到企事业单位每位员工的生产和工作效率。现代PC的功能已经非常强大，但也复杂和脆弱。一个简单的网络故障可能发生在应用软件配置、病毒作祟、操作系统缺陷、网络带宽、域名服务器故障等。所以，在用户PC和操作系统的选择、维护和更新上，必须有全局的规划和考虑，以便保证信息环境的正常运行。而服务器则是企事业单位具有全局影响的资源，尤其需要向学生介绍服务器设备中大量使用的Linux操作系统的特点和基本应用。并考虑服务器硬件和操作系统的规划、选型和升级对企事业单位的战略目标的实现有直接的影响。
　　
　　3) 客户端软件(Clientware)。
　　因特网不同于传统电信网络的一个重要特征是新的网络应用方式不断涌现，除了传统的客户端/服务器(C/S)的应用如万维网、FTP、电子邮件、Telnet之外，对等网(P2P)应用开始席卷因特网的带宽。无论是C/S还是P2P的应用模式，选择安全、可靠、使用方便、界面友好的客户端软件是提高工作效率的重要途径。
　　4) 服务器软件(Serverware)。
　　服务器软件运行在企事业服务器上，其特点是多线程、多应用程序同时运行，为众多的客户端提供服务。由于具有全局性的影响，其工作性能是至关重要的。由于网络的普及，服务器软件的选型、安装、配置、测试和优化成为一项重要的工作技能。
　　5) 中间件(Middleware)。
　　在企事业单位信息基础架构中，有一类非常重要，又常遭忽视的应用软件，这就是中间件。中间件是在两个应用程序(或进程)间进行数据交换的软件。在我们讨论的基于因特网的企事业单位信息基础架构中，中间件处于操作系统和网络之上，服务器软件(包括数据库管理系统)与客户端软件之间，管理类应用软件的之下，作用是为处于自己上层的管理类应用软件提供运行与开发的环境，帮助用户灵活、高效地开发和集成复杂的企事业单位的管理应用软件。
　　6) 管理类软件(Manageware)。
　　随着因特网的普及，企事业单位的信息系统越来越多的转向B/S结构，也就是基于Web的信息系统。因特网社区中，基于Web的管理类软件有一个共同的名称——内容管理系统(Content Management System，
　　CMS)，它有以下特点：
　　(1) CMS的运行需要依赖所有企业信息基础架构中其他构件的服务。
　　(2) CMS门类众多、专业性强。大致的分类包括门户类、论坛类、e-Learning、电子商务、客户关系管理，等等。
　　(3) 由于开源软件(Open Source Software，OSS)的存在和繁荣发展，直接采用CMS应用系统和进行二次开发可以缩短企业信息基础架构的实现周期和成本。
　　由于上述原因，今天的企业信息基础架构(尤其是对国内的中小型企事业单位)的实现可以由传统的IT技术开发方式转向资源技术(Resource Technology，RT)开发方式。
　　4课程内容与实验设置
　　在上节所述理论模型的指导下，我们所开设的“计算机网络技术与应用”课程的基本任务就是让学生对现代计算机网络从整体上有一个较清晰的、全面的、系统的了解，对当前计算机网络的常用的协议、应用方法以及企业信息基础技术有较清晰的概念，学会计算机网络应用、建设、管理和维护的最基本方法，初步了解以TCP/IP协议族为主的网络协议结构，培养对企事业单位网络平台实际应用管理能力。因此，我们设定了相应的理论课程内容和实验，以48学时为例，我们将课程的理论内容和实验按1︰1安排，也就是24学时授课，24学时上机(参见表1)。
　　5重要的实验案例
　　在“计算机网络技术与应用”课程改革中，由于企事业单位信息基础构架的引入和实验学时比重的加大，对课程实验内容的充实、实验间的逻辑关联提出了更高的要求。下面，我们举出课程改革中，我们所设计的实验序列，希望给读者一个感性的认识。
　　1) 客户端比较与评估。
　　作为一般的网络用户首先面对的是各类网络应用的客户端，学会选择和评估客户端是一项重要的工作技能。以浏览器为例，由于浏览网页是互联网上最普及的应用，而浏览器则是互联网应用中最常用的工具软件，它的性能、功能和安全性将直接影响我们使用因特网的体验和感受。由于国内的大部分企业网站(例如，大部分网上银行)是针对微软的IE浏览器设计的，所以针对IE浏览器的应用和优化内容属于必须的教学内容，而其他的别具特色的一些浏览器设计，例如，Firefox的属性页面对了解网页的设计、文字编码、媒体应用和链接非常有用；谷歌Chrome的简洁、明快和高效也与IE形成鲜明的对比。此外，作为C/S的典型应用，腾讯QQ和谷歌地球也是用来反衬B/S应用的客户端选择和对比的重要案例。从企业信息基础构架上看，该实验属于客户端类(Clientware)。
　　2) 小型服务器程序的安装与测试。
　　在Web服务器上以HTML页面超文本的形式发布企业内部信息，提供企业内外部信息交流的方式，构成了企业内联网的基本结构。在TCP/IP网络上建立并配置Web服务器是企业内联网建设的重要组成部分。我们在这个实验中，使用一款称为Xitami的小型Web服务软件。这个实验的目的是让学生初步了解Web服务器的工作原理、基本安装、配置和网页的发布与测试。与之相关的实验包括简单网页制作(使用MS Office组件)、计算机中的防火墙软件的设置(大部分PC防火墙软件会屏蔽Web服务器的发布功能)、使用DOS中的网络指令检查本地主机的IP地址和端口占用状态(图1)、FTP服务器资源发布以及实名和匿名登录(Xitami支持FTP服务和实名登录)。进一步的扩展实验内容包括服务器程序的参数定制和测试。从企业信息基础构架上看，该实验属于服务器类(Serverware)。
　　3) 局域网上的协议分析器实验。
　　协议分析器也称为嗅探器(Sniffer)，是网络实验中的重要工具软件，可以形象地展现网络通信的过程，例如，利用CommView对捕获的数据通信内容重新构建通信的“会话(session)”过程。对于非专业学生来说，进行协议分析也许并不是课程的重点，但协议分析器在说明局域网工作原理和通信流量、通信内容的构成、网络安全、网络病毒攻击等方面，是一种不可多得的生动的教具。例如，在讲授网络安全保障时，该软件分别用来针对PC、服务器进行通信进程和内容分析、安全保密通信测试和局域网健康状况的诊断等。从企业信息基础构架上看，该实验可以在网络通信设备、主机与网络操作系统两类组件的结合部，进行系统的分析、诊断。
　　4) 标准服务器套件的安装与测试。
　　当前常见网站的构成，无论采用哪种技术方案，一般需要包含Web、数据库、邮件、FTP服务器和中间件程序，例如，Tomcat + JSP + Oracle或IIS + ASP + SQL Server。我们采用的是Apache + PHP + MySQL方案，主要理由有两点：一是有Apache Friends这样的优秀软件可方便非专业的学生实验；二是在PHP平台上，有无数开源的内容管理系统可供选用。作为企业Web服务器的重要应用，Web内容的访问认证也是非常重要的，这是由于企业网站，往往存在一些访问禁区，可能需要在Web发布区设置访问许可机制。从企业信息基础构架上看，该实验属于服务器类(Serverware)，并需要中间件支持。
　　5) 内容管理系统的安装、配置与定制。
　　在上述实验的基础上，可以进行内容管理系统的安装与测试。由于不同的专业，需要发布、管理的内容大相径庭，所以在内容管理系统的选取上，有很大的空间。一般建议以门户类(portal)作为经典案例教
　　
　　学，无论在系统配置、内容发布与管理、网站功能的扩展上具有较强的指导意义。作为课程的大作业，可以按照不同的专业门类，分别布置，如师范类学生可以使用“魔灯”(Moodle，一款著名的学习管理系统)，管理类学生可以选用sugarCRM(客户关系管理系统)，电子商务的可以选用osCommerce等。使用内容管理系统的重要意义在于，实验中用到的开源项目，一般都具有重要的应用和工程训练价值，是与社会需求和全球化的IT发展趋势一致的。这就使得这门课程的实验可以具有前瞻性，并直接发挥社会效益。从企业信息基础构架上看，该实验属于管理类(Manageware)，是整个课程的核心价值所在，为学生了解企事业单位基于因特网的信息系统解决方案提供了钥匙。
　　
　　6) 上网发布内容管理系统。
　　本课程的大部分实验，可以直接在MS Windows环境下完成，这对完成实验和课程内容教学的入门门槛并不高。但是，由于实际的网络发布环境大部分运行在Unix/Linux环境下，所以为学生提供真正的网上发布和实践环境是非常重要的。目前，在高校的网络实验环境中，为每个参与实验的学生提供一台计算机来安装Linux和相关的服务器环境，存在一定技术、维护和资源上的困难；但是，安装一台Linux服务器系统(Linuz+Apache freinds)，并为每一个选课的学生提供一个上网发布的帐户并不是特别的困难。
　　在此环境下，不仅可以用来训练学生使用Linux这类网络操作系统，还可以完成上网发布静态网页、动态网页和内容管理系统的安装、定制等。同时，又有明显的展示、比较、观摩、参考作用。从企业信息
　　
　　基础构架上看，该实验可以把计算机和操作系统、中间件(Middleware)和管理类(Manageware)整合在一起，起到一个综合性实验的效果。
　　在上述实验序列中，需要说明以下几点：
　　① 对于课时较短的课程设置，可以选择上述的3)、4)、5)三类实验内容，这是课程的核心内容；
　　② 对于课时较长的课程设置，可以增加“网页设计与编程”，进一步加工较细粒度的课程和实验内容；
　　③ 以上课程的进展方式，可以是“自底向上”(文管类学生可以从客户端内容开始)，也可以是“自顶向下”(信息类学生可以从管理类软件开始)。对于后一种教学方案，我们在第一周就把“应用服务器(Apache Friends + CMS)”交给学生做内容管理系统的定制实验。这样，即使在较短的课时(如16学时+16机时的选修课)里，也获得令学生满意的教学效果。
　　4结语
　　以上课程改革的基本思路，已经体现在我们的一些网络教课书和课程实践中[7-8]，经过5年的探索和实践，这种“计算机网络技术与应用”教学内容和方法已经取得初步成果，在面向人文、经管类专业的教学和部分在职进修培训的教学中，得到授课教师和学生的接纳和好评。有相当多的学生在学习之后，能够熟练地解决在工作中遇到的与网络有关的问题，并成为企事业单位信息技术应用的骨干。在2009年5月，由教育部全国高校教师网络培训中心举办的国家级精品课程“计算机网络”培训中，本文所涉的实验框架和内容得到参训的700余位高校教师的肯定。
　　
　　参考文献：
　　[1] 教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会. 高等学校计算机基础教学发展战略研究报告暨计算机基础课程教学基本要求[M]. 北京:高等教育