注重寻址导向的中职计算机网络基础教学设计

2014-04-15陈志嘉

职业教育研究 2014年3期

关键词：中职

陈志嘉

摘要：阐述重构计算机网络基础知识架构，以适合中职学生学习及未来工作需要，以寻址为主线、以问题引导学生思考并主动通过线性的学习过程建立网状的知识结构，通过有效的教学手段达到良好的教学效果。

关键词：寻址导向；中职；计算机网络基础

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2014）03-0101-04

中职学生有自身特点，即形象思维能力强而抽象思维能力较弱、动手操作能力强而理论学习能力较弱，愿意在经历中记忆，反感强记书本内容。中职毕业生的工作大多不是开发工作，也不直接主导大型网络设计，主要是网络管理工作。因此，中职教材、教法均应据此而定。

对于中职学生而言，网络课程不是单纯的操作类课程，而是一门通过理论指引设计简单网络，在网络管理中分析和排除错误的课程。于是，从应用的角度研究计算机网络课程的知识内容组织，以及运用相应的教学方式达成理想教学效果成为中职教师的迫切任务。

笔者从2005年开始从事中职网络基础教育，并于2008年编写了《网络基础》教材。经过第一线的教学、分析、研究工作，笔者认为，从数据寻址的角度阐述计算机网络，并作为主线开展教学，更适合分析网络故障，判断并排除网络故障，通过问题引导学生思考。从应用的角度分析，通过理解数据在网络中的寻址过程来学习计算机网络非常实用，学生容易理解，教学效果明显。

中职网络基础教学分析

（一）目标分析

各行各业都需要网络专业人才，尤其是需要大量的网络维护与安全管理方面的实用技术型人才。我校就业办对已毕业学生就业情况进行统计分析发现，网络专业毕业生主要从事工厂软硬件维护和网络维护、联想等公司硬件维修工程师、电信ADSL安装工程师等工作。根据就业情况确定网络基础的培养目标是网络管理员，即要求学生掌握网络管理、网络安全、硬件维护、软件维护等知识和技能，能够从事网络管理与维护、各种服务器架设等工作。课程目标还需要兼顾网络设备管理、网络服务器搭建、网络安全等课程的需要，以及学生可持续发展自学能力的建立。

（二）教学内容分析

中职学生学习基础差异性很大，面对“高深莫测”的教材，许多学生既听不懂也学不会，久而久之就产生逆反心理，厌倦学习。我们从应用的角度组织教学内容，同时减少文字表述，辅以直观的图形和贴近生活语言的描述。我们不使用OSI七层模型、不使用“映射”这类数学名词，直接对TCP/IP模型简化，只需建立三层的封装、解封装概念，封装内容仅仅包括地址信息。教学内容上阐述地址来源，交换设备如何根据地址处理相关的数据报（分组、帧）。教学内容以模拟以太网为实例，对ATM和ISDN等学生毕业后几乎接触不到的网络不花费精力去教。对涉及的相关技术，从宏观上把握，不纠结细节，如对“生成树技术”内容，只要学生知道生成树技术用于解决怎样的网络问题即可，不要求学生掌握交换机内部对协议实现的细节。

注重寻址导向的计算机网络基础教学设计

（一）教学内容确立

教学内容围绕几个问题展开：（1）主机A（QQ）发送数据给主机B（QQ），为什么数据不会在IE中显示？（2）主机A（QQ）发送数据给主机B（QQ），为什么不会在主机C（QQ）显示？（3）交换机为什么能够向相应的接口转发数据？（4）路由器为什么能够向相应的接口转发数据？（5）共享上网，为什么就知道哪台机器拨了ADSL？要明白上述问题，理解数据结构（端口、IP地址、MAC地址）在数据封装中的作用极其重要。其中，本机已知的数据结构是TCP/IP属性，数据传输过程就是根据这些地址的“数据包”寻址过程，所以整个教学内容围绕理解数据结构以及硬件设备根据数据结构寻找目标设备的过程。

围绕问题，是从应用程序发送数据开始思考网络的，所以根据内容组织的需要，从应用层开始，我们自顶向下组织教学内容。自顶向下组织教学内容可以强调应用，激发学生学习热情，突出内容重点。紧扣应用环境也便于学生实践，做到“做中学，学中做”。内容如图1所示。

解决上述问题的思路是：源主机发送出去的数据加上地址，相应的设备（进程）根据地址进行转发，源主机需要获取相应的地址填入；集线器相当于广播的交换机，不处理MAC地址，三层交换机相当于交换机+路由器，多口NAT转换设备相当于交换机和路由器。对基础知识的思考模式建立以后学生理解后面的部分就不难了。相关的技术，如蓝牙、IP电话、搜索引擎应用等内容可放到阅读材料中。

（二）教学模式选择

应将传统课堂教学和数字化教学两种教学模式有机整合，以更好地达成教学目标。（1）在传统教学方面。要通过课堂教学，让学生明白基本的理论部分内容，达到在模拟实训中有据可依，加强师生之间、学生之间的讨论。还要对学生进行综合测试，对理论部分进行作业强化练习。（2）在数字化教学方面。作业和每节课的小测验将会因严重加大教师工作量而变得不切实际。建立网络自学平台，开展自我检测，每节课通过网络小测，让软件自动评分，成绩虽然会立刻得出，但大部分学生会紧张。

教学过程要虚实结合。“虚”不是指理论内容的虚，而是通过虚拟软件对教学内容进行模拟，特别是对一些可观察的内容，通过模拟让学生很好地理解相关知识点。“实”，一方面，有些内容在真实环境下模拟，学生能够理解虚拟环境与真实环境是能够对接的，实训用例场景是真实的；另一方面，教学过程要理论讲解和实训交替进行，塑造学生的网状知识结构，线性的教学内容和过程重复两次更有利于学生重构知识。

教学实践

在教学中，根据教学内容灵活选择教学方式，比如对封装、解封装，我们在课堂先讲一遍理论，用虚拟软件模拟一遍，再在真实环境中抓包观察，让学生对封装和六个地址（三对）有深刻认识，毫不怀疑模拟环境，认识了再去研究源和目标地址怎么来的。对于端口地址的学习，我们采用VB开发工具、Socket控件、UDP协议编写简单聊天软件，设置多个问题促进学生对端口地址的理解。对于OSPF、RIP、静态路由、交换机交换原理、VLAN、生成树技术、链路汇聚、堆叠技术我们采用Packet Tracert软件进行模拟。现举几例加以说明。

（一）透明交换机交换原理课堂教学

对MAC地址和透明交换机部分内容的教学，我们先进行课堂理论教学。设计了如下几个问题来激发学生思考：交换机刚启动后，没有发生任何数据交换，交换机的转发表是空白的，表格如何构建？如果交换机出厂前预置，MAC地址已在网卡中，交换机生产商不知道主机用哪块网卡，所以不可能。如果是人工添加，电脑从一个接口换到另外一个接口，就要人工修改，比较麻烦。自主学习是很好的学习方式：交换机从接口接收到数据帧，数据帧中有源MAC地址，学生把源MAC地址和接口号添加到MAC地址表中。然后给出如表1所示的交换机MAC地址表进行数据帧处理规则讲解。

处理规则如下：（1）当交换机收到数据帧，先把数据帧的源地址和接收接口放入上面所示的表格中。（2）如果目标地址是广播地址则向所有接口转发，否则在表格中查找物理地址列：如果匹配成功，而且表中接口号和接收数据帧接口号不相同则按相应的接口转发数据帧；如果匹配成功，而且表中接口号和接收数据帧接口号相同则丢弃数据帧；如果查找不到，将向除了接收数据帧接口以外的全部接口转发。

之后我们配套开展一个模拟透明交换机实训，一个手工运算处理规则的作业。这样，大多数学生能够掌握透明MAC地址和透明交换机原理，建立了这样的思考方式以后理解VLAN就不再有难度了。

（二）VB编程理解端口号实训数字化教学

编程是理解传输层的最好方式，有利于学生理解端口号在寻址中的意义，理解端口在同一操作系统、同一协议下的唯一性。为了解决学生使用VB的困难，应尽量简化程序，不加入错误检测。采用UDP编写的聊天程序，加上变量定义，我们只写了十行代码。程序界面如图2所示（操作过程和程序略）。

然后设计了以下几个问题让学生联系理论知识思考，重构网状知识体系：（1）A同学没有单击监听，B同学给A发送数据，A能接收到吗？（2）同时运行两个程序实例，分别单击“监听”可以吗？为什么？（3）A同学监听4520，B同学给A同学发送数据到端口5630，A同学能接收到吗？（4）给所有同学发送信息，目标IP应该怎么配置？（5）三五个同学群聊，应该配置什么IP地址和端口号？

（三）用Packet Tracert软件模拟OSPF协议的模拟教学

路由表、网络号、路由器部分的教学我们使用CISCO的Packet Tracert进行模拟，主要使学生理解不同的路由协议需要配置什么参数，以及配置了基本参数之后路由器之间会交换路由表并重新形成自己的路由表。至于路由算法是如何实现这些过程的，中职学生并不需要关注。中职学生需要知道各种路由协议都启动了之后哪个协议具有优先级，多久能够更新路由表，从而避免工作中配置了参数却又误认为无效。在实训中让学生连线有条理，弄明白各参数对应关系，反复操作，最后一遍做到不给参数也能自己配置出同样功能网络，以更好地理解参数之间的相互关系。

配置和连线如下页图3所示（连线和参数略）。

完成上面实训后学生要回答下面问题，并记录路由表：（1）注意观察Router0，传递到网络192.168.4.0下一跳选择Router4还是Router1？（2）将Router0到Router4的最终路由表记录到如表2所示的表格中。

结语

我们经过多年探索发现，计算机网络基础选准理论切入点，以应用为标准重构知识体系，以寻址为导向，用适合中职学生的语言描述，采取灵活的教学方法，会取得很好的教学效果。学生能够建立计算机网络运行方式的思考方式，并初步建立自学能力，能够在今后的工作中进一步学习，为后续课程打下应有的理论基础。

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