计算机专业《计算机网络》课程教学改革初探

车银超等

摘 要： 作者依据计算机专业的人才培养目标，介绍计算机网络的课程定位和教学目标，分析教材选择、课程内容设置和实验方案设计，并结合多年一线本科计算机网络的教学经验，阐述对教学内容更新、教学方法转变的思路与看法。

关键词： 计算机网络 课程设计 教学方法 实验方案

计算机网络是现代信息化社会的核心基础设施，已成为人们工作、学习、生产、生活的必要工具，社会对网络技术人才的需求日益增长。高等院校计算机、通信及相关专业目前均开设计算机网络课程，与此同时某些高校将计算机网络作为公共基础课程面向非计算机专业学生讲授。笔者针对河南农业大学计算机科学与技术专业人才培养目标，结合实际情况，总结计算机网络课程设计与教学经验，与同行分享探讨。

1.课程定位与教学目标

计算机网络作为一门独立的课程，定位为河南农业大学计算机科学与技术专业及软件工程方向的核心课和基础课，是无线局域网、网络管理与安全、Web程序设计、网络数据库等课程的先导课程。

依据专业培养目标和课程体系，计算机网络开设于本科教学第3学年上学期，包括60学时理论和20学时实验，另有10天的课程实习作为对随堂实验的延续和强化。通过学习与实践，一方面使学生理解TCP/IP互联网的基本概念、体系结构，重点掌握以太网、IP互联网、TCP可靠传输、典型网络应用的工作原理，另一方面掌握路由器、交换机等设备的使用方法，具备组建局域网和互联网的基本能力，为更好地理解使用网络、继续学习网络相关课程打下坚实的基础。

2.教材选择和教学内容

2.1教材和参考书

国内中文计算机网络教材很多，经过多年使用和比较，选定谢希仁教授编写的《计算机网络》作为授课教材。该书侧重理论，以计算机网络体系结构为主线，用自底向上的方法逐层讲解网络的基本概念、技术和原理，描述全面、准确，紧跟网络技术发展，删除落后淘汰的内容，补充新内容，目前已更新至第六版。

任何教材都是有局限的，不同教材的内容、侧重点、叙述问题角度、讲授方法及语言风格都不同。在主教材基础上，给学生遴选几本参考教材，可以互相补充，帮助学生更系统、全面地理解网络技术。有三个经典的译本教材可作为辅助：Tanenbaum的《计算机网络》、Peterson和Davie的《计算机网络——系统方法》、Kurose和Ross的《计算机网络——自顶向下方法》[1]。

2.2教学内容

在教学内容的安排上，并不完全依照教材内容和章节顺序，而是结合课程目标和参考教材，适当调整、补充和删减，尽量理论联系实际。比如教材中讲述简略或未提及而现实中经常使用的一些技术，例如虚拟局域网VLAN和地址转换NAT，在园区网特别是校园网中普遍存在；例如NAT和PPPoE技术，在家庭用户使用电话线上网时经常用到，有必要加入教学内容，让学生知道并掌握。具体授课内容包括七部分，如下：

第一部分，远看Internet。介绍network、Internet、ISP等概念，介绍路由器、交换机、调制解调器等设备在互联网中的不同作用，以中国教育科研网CERNET为例介绍互联网的结构，使学生对互联网有初步的直观认识。

第二部分，计算机网络体系结构。讲解计算机网络分层的原理、TCP/IP体系结构中每层的功能、数据沿层间传递的过程、数据封装解封装的原理、网络协议的定义及三要素。

第三部分，数据通信基础知识。介绍信号、信道、编码、调制、交换等基本概念，介绍编码技术、调制技术、信道复用技术、数据交换技术的基本原理。

第四部分，数据链路层。此部分为重点授课内容，讲解交换式以太网技术，重点包括局域网体系机构、MAC地址、MAC帧、转发表与转发、反向自学习建表算法等；讲解以太网的扩展及高速以太网；讲解点对点协议PPP及PPPoE技术。

第五部分，互联网。此部分为授课重点，讲解网络互联的机制、IP分组、IP地址、子网划分与子网掩码、路由表与分组转发、静态路由等；讲解地址解析协议ARP、互联网控制报文协议ICMP；讲解动态路由策略、RIP、OSPF、BGP等路由协议。

第六部分，端到端传输。为重点内容，讲解端到端传输的服务类型、端口的作用、UDP不可靠传输；讲解TCP可靠传输原理，包括字节为单位的滑动窗口算法、慢开始算法、拥塞避免算法等。

第七部分，网络应用。讲解几种知名网络应用系统的工作原理，包括域名系统DNS、动态主机配置协议DHCP、万维网WWW、电子邮件系统等[2]。

3.实验内容设计

实验教学对于计算机网络课程非常重要，很多高校由于实验条件的欠缺或简陋而使教学效果大打折扣。为达到培养学生动手能力的目的，经过多年努力和改进，河南农业大学计算机系创造了比较完备的计算机网络实验环境，依据实验条件设置了完整的实验内容。

整个实验环境能让超过30人同时开展实验，包括两套实验系统：协议分析与仿真实验系统和网络工程实验教学系统。前者为中软吉大公司的产品，侧重于分析与验证网络协议，深化学生对原理的理解。后者使用华三公司的设备，包括路由器、交换机、三层交换机、无线AP、防火墙等，用于网络组建与配置，培养学生的动手能力。

依据课程教学目标和内容，充分利用实验条件，设计两类实验项目：原理验证类项目、组网配置类项目。前者紧随理论教学其后进行，旨在加深学生对计算机网络工作原理的理解；后者安排在课程实习阶段，按照从局域网、VLAN、互联网、到路由协议、三层交换，从初级到进阶，从简单到综合的渐进次序进行，逐步训练学生的组网实践能力和协作意识。主要实验项目如表1、表2。

4.对教学的几点思考

4.1调整过难、过深、陈旧的授课内容

教学目的不应该让学生觉得计算机网络高深莫测、难以理解，而应该深入浅出地告诉学生这是什么，能干什么。因此，一味地在教学内容安排上求深求难，对刚接触网络知识的学生来说是不合理的，很容易浇灭他们的学习热情。例如对网络性能的一些涉及数学的分析、TCP拥塞控制的一些具体算法细节等内容并不属于基本的概念，可以少讲甚至不讲。

一些已经淘汰或将要淘汰的技术，如果继续讲授，那么既浪费时间又容易造成学生的理解与现实应用脱节，导致学生只能说说十年二十年前的技术，而不知道最新情况，应将其从教学内容中删除或减少。例如局域网部分，在目前普遍为千兆交换式局域网的情况下，仅支持半双工的CSMA/CD协议已经很少使用，因此将其比重减少，只需在讲解以太网时简单介绍即可。又如帧中继FR、ATM等广域网技术，已被新技术替换，完全可以删除。

4.2关于计算机网络体系结构

体系结构作为计算机网络的总体设计框架通常是在课程一开始就讲授，但是在学生没有知识储备的情况下，很难讲清楚，尤其是关于每个层次的功能。许多教材都花不少文字描述各个层次的功能，老师费很多口舌说，学生仍感觉云山雾罩、不清不楚。根据经验，笔者认为，可以将每层功能概括为一句话，虽然不绝对精确，但是可以给学生简单清晰的认识，不致过早被困扰。

物理层：实现一条线路上的数据传输。

数据链路层：实现一个子网内的数据传输。

网络层：实现互联网范围内跨网络的主机到主机的传输。

运输层：实现应用进程之间端到端的传输。

应用层：应用进程之间协同工作，完成各种特定的网络应用。

4.3类比教学

网络技术涉及的理论繁多、枯燥抽象，初学者难于理解。但是某些概念原理跟一些常见的生活实例或现象有相通之处，可以用类比的方法将这些理论形象直观化，帮助学生理解，激发学习兴趣[3]。最常用的例子是拿邮政系统类比讲解计算机网络体系结构，这里笔者再举两个例子。

实例一：以太网交换机反向自学习建立转发表的原理，可用公交线路做类比。例如郑州市，路人甲站立在某个路口，想乘公交车去往省体育中心看比赛，但不知道哪条线路可达。这时一辆93路公交车自北向南驶过来，甲看到车头的LED屏上显示的始发和目的站是：省体育中心——>火车站，他马上就明白，反向的93路向北一定可以到达省体育中心。

实例二：地址解析协议ARP的工作原理。在一个千人大礼堂，坐满人，学生A想知道学生B坐在哪里，他就扯嗓子喊了一句：我是A，在第4排5座，B在哪里？大家都听到了A的广播，包括B。但是B没有大声嚷，他把自己的座位号——8排21座，写在一个纸条上，逐个人地传递到4排5座的A。

5.结语

计算机网络是计算机类专业课程中既重要又最难学的课程之一，只有理论与实践并重才能达到教学目的。师资培养、教学体系完善、教学经验提升、实验环境建设需要较长期的过程，经过多年的探索和积累，河南农业大学计算机系培养了一支优秀的计算机网络教学团队、建立了完备的网络实验室、设计了科学的教学内容和实验方案、积累了丰富教学经验，教学效果逐渐增强，特别是学生的动手能力和协作精神得到了培养。

参考文献：

[1]刘熹，王海，吴连才，等.军校通信工程专业计算机网络教学研究[J].计算机教育，2013（14）：72-76.

[2]王绍强，邵丹，李晓辉.网络工程专业TCP/IP协议课程设计[J].计算机教育，2013（14）：42-45.

[3]冯妍，韩宏，李书琴，等.农林院校计算机网络课程教学研究[J].计算机教育，2013（14）：46-49.