物联网时代计算机网络教学改革初探

2014-05-26卢先领

无锡职业技术学院学报 2014年1期

卢先领，毛力

（江南大学a.信息与控制实验教学中心；b.物联网工程学院，江苏无锡 214122）

计算机网络的应用遍及政治、经济、军事和社会生活各个领域，对人们日常生活、工作以及社会产生了深刻的影响。随着物联网［1，2］时代的到来，社会各行各业对网络人才的需求量进一步增加、质量要求也越来越高。计算机网络是通信技术、计算机技术、电子信息技术等多个学科交叉的信息科学领域，是一门理论性、实践性、综合性很强的专业课程［3］。该课程是很多工科专业本科生的必修课，更是物联网时代信息类各专业的核心基础课程，其教学效果对后续的专业课学习、物联网人才的培养起到至关重要的作用。然而，物联网时代计算机网络技术日新月异，新理论、新应用层出不穷。在目前的计算机网络教学过程中，课程包含众多的理论和方法，知识比较抽象，教师在短时间的教学过程中很难兼顾网络知识的前瞻性和实践性。因此，如何适应物联网时代对网络人才的需求，进一步提高计算机网络课程的教学质量，培养出更多理论基础扎实、具有实践动手能力和创新能力的高素质物联网应用型本科人才是摆在高校计算机网络教师面前的重要课题。

本文从分析普通高校计算机网络课程教学中存在的问题出发，在明确物联网时代计算机网络教学目标的基础上，对计算机网络课程的教学方法进行深入分析和研究。

1 计算机网络教学现状分析

物联网时代对高校计算机网络的教学提出了更高的要求。然而，调查表明目前计算机网络课程的教学内容相对滞后，飞速发展的网络技术与单一的教学方式矛盾日益突出，制约了教育质量的提升。此外，一些高校的实验室建设缓慢，设备更新不及时，学生实验教学往往无法正常进行，从而对教学效果起到消极影响。目前，普通高校的计算机网络课程教学普遍存在的弊端主要表现在：

1.1 教学学时偏少，教学方式单一

随着教学改革的深入，高校的教学总学时在缩减，作为物联网技术核心课程的计算机网络也难以幸免。大部分教师为了完成教学计划，仅仅采用单一的传统讲授方式，进行快速的填鸭式的教学，希望通过向学生灌输教学内容，实现知识的传授。在这种传统的教学方式下，学生在教学过程中始终处于被动受灌输的地位，不容易引发兴趣，且难以在头脑中建立完整的网络体系结构和物联网框架体系，因而这种教学方法难以满足实用型、研究型物联网人才培养的需求。

1.2 教材更新缓慢，教学内容滞后

物联网的发展使得计算机网络技术迅速发展，新应用、新技术不断涌现，同时也要求技术人员能动态更新网络知识。虽然现有的网络教材不断推陈出新，但是其更新的速度远不及网络技术的发展。许多与物联网相关的网络新技术如Ad hoc网络、传感器网络、体域网知识等都未能及时补充到教材里，造成计算机网络教材在内容上的滞后性与局限性，如果教师在授课过程中不及时调整补充教学内容，教学内容的前瞻性、系统性与实践性必定无法得以保证。

1.3 实验条件受限，教学理论与实践脱节

网络设备成本高而且更新换代快，受高校办学经费的限制，普通高校一般无法建立与时代相适应的、功能完善的网络实验室。已有的网络实验室的设备也无法及时更新和补充，调查表明，实验室设备的更新改造往往很难及时跟上网络技术的发展。这种状况下教师在授课过程中往往只能侧重理论知识的讲解，很少将理论和实践相结合，学生更难有机会从事网络技术验证和实践活动。这势必导致高校网络教学出现理论与实践严重脱节，学生缺少解决实际问题能力的状况。此外，物联网对国内不少高校来说还是比较新鲜的事物，实验设备手段更为缺乏，学生难以在实验室建立物联网的原型系统和应用实例，这也必将导致学生觉得课程内容抽象空洞，理解与掌握比较困难。

上述问题直接影响计算机网络课程的教学质量。因此，在明确计算机网络教学目标的基础上，探索科学的教学方法，有效激发学生的学习兴趣，培养学生的创新性思维，改进实验方式，提高教学的成效势在必行。

2 物联网时代计算机网络的教学目标

计算机网络是物联网的基础，物联网是网络的拓展应用和延伸［4］。物联网是在计算机网络的基础上，利用智能感知、自动识别等技术，通过网络互联，进行处理和知识挖掘，实现人与物、物与物的信息交互和无缝连接，达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策目的［3］。物联网是目前的一项热门技术，它给人们的生产和生活方式带来深刻的变革，给整个信息技术领域带来了前所未有的挑战，同时给高校计算机网络的教学提出了新的目标与要求。普通高校的计算机网络教学，要紧扣时代的脉搏，确立与时代相适应的教学目标：1）要求能熟练掌握计算机网络的基础理论知识和网络操作，能高效使用各种网络资源为生活、学习和工作服务，例如能自如的运用百度、常青藤和google等搜索引擎，快速定位各种服务资源；2）掌握网络管理、网络系统集成、网络安全等知识和技能，基本胜任网络设计、网络管理与维护等工作，能进行移动web等网络系统开发；3）初步具备从事物联网工程领域的系统设计、系统分析、科技开发及研究的理论基础和实践能力。

3 解决思路

要达到上述的教学目标，我们认为可以从以下几点进行改进：

3.1 互动教学提高学生的学习兴趣

兴趣是最好的老师，在计算机网络教学过程中激发学生学习的兴趣可以极大活跃课堂气氛，增强教学双方的互动性，这是教学取得成功的关键。首先，师生要共同努力创造新型的互动教学环境。教学是师生交互、共同发展的过程，师生之间的平等交流、互相尊重是取得教学成功的前提，师生间相互作用与影响是师生互动教学的关键。教师在课堂上积极引导学生思考问题，要善于激发学生的学习兴趣，让学生感受到自己在教学过程中的主体地位。其次，教师在课堂上要从知识传授者转变为科学发现过程中的引导者，同时将创新能力培养贯穿于计算机网络课程教学的始终，在引导学生发现和解决问题的过程中，让学生潜移默化地理解和掌握计算机网络知识，从而激发学生的学习潜能，增强自主学习和研究能力，让学生在业余时间能自觉练习各种Telnet、FTP等网络应用，提高网络的使用水平，同时探索各种网络应用的背后的技术细节。最后，要重视课后师生间的及时沟通、交流。众多教育实践证实，课后交流能对提高教学效果有很大的推动作用。总之，和谐的师生互动，能有效带动学生主动钻研，从根本上提高教学效果。

3.2 综合运用多种教学法提高教学效率

计算机网络是一个复杂的系统，要在有限的学时内完成教学过程，教学内容的取舍和安排至为关键。教师在教学过程中应根据教学目标精选教学内容，并对课程内容进行优化，合理保留经典的网络常识和原理，如TCP／IP的五层教学结构与工作原理，删去一些过时的网络技术，把重点放在目前流行的网络技术和发展方向上，并及时将最新的sensor network等物联网技术和相关内容引入到教学中；教师在授课中既要传授专业知识又要培养能力，重点应从教学方法改革入手，提高学生课堂学习的参与度。要根据教学内容，选择多种教学方法，把抽象的内容具体化，授课过程中尽量使用多媒体教学手段，设计好教学课件或CAI课件，便于学生的理解。同时也可以在课堂上适当融入网络新产品介绍，使学生能感觉到学到了真正的应用知识。

在实际的教学过程中可以综合以下多个教学方法：

（1）案例教学法。理论、工程与应用紧密结合是计算机网络课的一大特点。因此在课堂上，不仅仅要重视网络基础理论的讲解，同时也要重视网络系统工程构建和网络应用问题的分析，使理论与实际密切地结合。在教学中有意识地选择一些典型网络案例进行剖析，比如让学生通过对本校的校园案例的调查、思考、分析、讨论和交流等活动，逐渐获得一定的实际校园网建设经验，反过来加深对局域网、网络设备等基本概念和基本原理的理解，有利于激起学生的求知欲、调动学生学习的主动性和自觉性，培养学生的自主创新能力和团队合作能力，从而有效提高学生独立分析问题和解决问题的能力。

（2）项目导向法。选择部分学有余力、对科研有热情的同学加入教师的科研课题组，并为其分配一定的科研任务。教师在项目教学过程中，只起到指引和辅导的作用。让学生在任务的驱动下，分工协作完成项目的部分工作。在项目开展的过程中，可以给学生有更多的发挥空间，督促学生积极参与，培养锻炼学生的实践能力和团队合作精神，提高学生的综合素质。如：针对网络的数据流控的学习，可安排学生合作完成IP包流量分析系统，让学生实现捕获IP数据包、统计数据包的功能，要求该系统能对特定端口、特定应用程序如Telnet、Pop3、SMTP等进行数据观察。

（3）研讨教学法。由于计算机网络技术发展迅速，其新技术层出不穷，为此，可采用研讨教学法拓展学生的知识面。可针对网络中一些重要概念、新技术专题和物联网应用的专题制定研究课题，供学生选择如表1所示。研讨课前在教师指导下由学生通过自学、查阅文献资料，让学生针对某些网络概念和专题发表自己的理解和看法，以得到更多独立思考的机会。同时，可针对重点题目和学生感兴趣的主题组织开展课堂讨论，开阔学生视野，培养学生思维的广度和深度。研讨教学法能提高学生主动获取知识的能力，同时培养学生接受新知识与继续学习的能力，适应网络技术的快速发展，节约有限的课堂教学时间。

表1 计算机网络研讨专题

3.3 积极开展实验教学

计算机网络是一门应用性很强的课程，需要通过实验教学深化和补充理论教学的不足，使学生加深对网络理论知识的理解，同时提高应用实践能力［5］。然而高校的实验室状况制约了学生的实践活动。有条件的高校最好能建立完善的网络实验室，让学生在真实的网络环境下进行训练。对于条件受限的高校，也可以使用Netsim等软件代替。该软件支持大量的交换机、路由器、无线网络等设备仿真模型，模型的配置命令和界面同真实设备几乎完全一样，这样可以增加学生对网络配置的感性认识。此外，可以借助NS2、OPNET等现在常用的网络仿真工具，专门针对特定网络环境进行仿真实验，测试网络协议算法性能，模拟现有常用的网络协议。甚至可以利用这些软件对网络的数据包进行模拟，通过仿真实验，使学生对网络的数据传输协议等方面的内容有直观的了解，加深学生对网络环境的数据分组、传输和转发等概念的理解，也为今后学生进行网络的研究打下基础。