合理设计教学,揭示概念本质——“SMTP邮件协议”教学设计

陈 凯

合理设计教学,揭示概念本质
——“SMTP邮件协议”教学设计

陈 凯

针对邮件协议这一抽象概念进行有效的概念教学，需要从协议的本质属性出发，设计合理的教学情境，设计简单易行的学生实验，让学生与协议之间进行互动，从而体验到从多种现象中抽取出本质属性的过程，将概念内化为学生的经验，使其真正理解协议。

概念 概念教学 邮件协议

这个世界中的现象是非常复杂的，人们在了解和认识现象世界的过程中，将不同事物所具有的共同的特质抽象出来加以概括，于是就形成了概念。不同版本的许多百科全书或者词典，对于“概念”的描述大致如此。由于人类借助语言来交流，于是就有了所谓名词，名词是概念的称谓，名词指向概念但不是概念本身。与其说概念是人类思维体系中最基本的构筑单位，不如说，是那些指向概念的抽象名词为人类思维体系构建起一种秩序。

一、在教学中用到概念，不等于概念教学

语言的意义依赖于它的使用。在教学中，教师要清楚，对概念进行描述时，指向概念的名词所处的生活形式是怎样的，这种生活形式，究竟是用以揭示概念的本质属性，还是仅仅作为诸多概念中的一个概念存在。

为便于理解，本文以SMTP协议为例，来阐述这个问题。

一些教材大致这样描述SMTP协议：电子邮件传送需要两个应用协议，即SMTP和POP3协议；其中，将个人电子邮件发送至邮件服务器，并由邮件服务器转发至其他邮件服务器，所用到的是SMTP协议。学生由此可知，邮件并不是直接从某台个人电脑发送到另一台个人电脑，而是先要借助SMTP协议发送给SMTP服务器的。

另举一例，某教材在“实践活动”项目栏目这样描述：邮件发送和接收需要用到SMTP协议和POP3协议，对于发送邮件的操作者而言，他必须在邮件客户端的设置页中指定SMTP服务器和POP3服务器，若不作这些设置，邮件就无法顺利送出。在这个例子中，对学生来说，设置SMTP服务器是生活实际操作流程的一系列任务中无法回避的一项。

再来看如下一段文字：TCP/IP是一组协议的代名词，统称TCP/IP协议簇；TCP/IP协议簇中比较重要的协议有IP协议、ICMP协议、TCP协议、UDP协议、FTP协议、DNS协议、SMTP协议等等。这段文字的重点在于TCP/IP协议簇，阅读者由此可知，SMTP协议是TCP/IP协议簇中的一员，其他许多协议也是，此段文字点明的是SMTP的家族身份，却并未说明其实际样貌。

以上三段文字，其一描述了SMTP协议参与了哪一项工作，其二说明了SMTP服务器是邮件客户端设置的必需项目，其三借SMTP协议以及其他若干协议的名称给出TCP/IP协议簇的称谓。以上三者，由不同角度描述了SMTP协议，“SMTP”这个名词所处生活形式各不相同，然而，这三个角度，均没有从技术本质的角度说明到底什么是SMTP协议，因为“SMTP”这个名词本身虽然指向了概念，但上述这些文字和活动却并不真正指向“SMTP”的概念，而是成为整个计算机网络中诸多概念中的一个概念，虽然“SMTP”这个指向概念的名词反复出现，但概念的本质属性并没有被揭示。

二、深究概念本质属性的目的

某些名词，人们会在多个场合见到、听到，见得多了、听得多了，人们即便可能还不了解名词所指概念的本质，但却能很熟练地使用这些名词。当对名词的使用变得习以为常的时候，人们有时就放弃了对于名词所指概念本质属性的深究，这样也就轻易地放弃了对技术应用背后更多奥妙的探索。

（一）人与技术互动的需要

为什么不能让学生仅仅满足于成为技术产品的用户，或是成为技术名词的使用者，而是非要思考技术背后那些看不见的原理？是因为整个世界越来越和人类的各种技术创造物融为一体，有些当代的技术思想家，如凯文•凯利（Kevin Kelly）将技术看成是一个有机体，技术与人类越来越趋向于朝对方的特性进化，彼此互利共生——这要求双方根据对方的改进做出适应性反应与调整。换个通俗的比喻，人们已经不能再把技术看成是为人类服务的仆人，“他”是“有生命的”，有着自己的个性和特点；人们不仅仅接受“他”所做的事情，也要思考“他”何以要这样做；人们可以和“他”交流并试着改变“他”，而为了改变“他”，学习者必须要了解“他”。每一项技术都有着与其他技术加以区别的属性，正是这些属性，使得这项技术的意义和价值突显出来。

设X为一实或复的Banach空间，B(X)表示X上有界线性算子全体所构成的集合，‖·‖表示X上的范数. 记为X上的恒等算子．

（二）理解与创造技术的需要

另一个需要指出的问题是，信息科技与自然科学最大的不同之处，在于信息科技所研究的对象主要是人造物而非客观存在的事物。这些人造物包括实体的硬件产品和非实体的软件。硬件之间、软件之间，或是硬件与软件间能够顺利交互，需要人为地设置被全体公众认可的属性，大量人工概念由此出现。因此，学生不能只是学习如何使用现成的产品，而更要学习如何进行新的创造，对人工概念的本质属性进行了解。

三、促进概念理解的教学策略

逻辑学中，概念的内涵就是概念对事物的本质属性的反映；而概念的外延，就是具体的、具有概念所反映的特有属性的事物。因为概念本质属性是抽象的，所以一般在教学中，为了更顺利地将概念内化为学生的经验，要通过事物实体以及人与实体互动的过程中，逐渐将概念本质属性归纳出来，而不是从一堆抽象的文字描述中去凭空想象概念的样貌。

以SMTP协议为例，该协议的实体主要是RFC 821文档，RFC全称Request For Comments（RFC），是一系列以编号排定的文件，几乎所有的互联网标准都收录在RFC文件之中，RFC 821文档标题即为SIMPLE MAIL TRANSFER PROTOCOL，是描述SMTP协议最早的标准文档。

至于人与协议实体的互动，则可通过多个方法显现出来。在课堂中需要依靠有效的教学策略，在教师预设的简化情境中，让学生体验到从多种现象中抽取本质属性的过程。教学策略主要有：

（一）阅读和分析源代码

可以让学生阅读、修改或编写SMTP服务器和客户端源代码，然后观察SMTP服务器和客户端的运行效果。虽然不同的源代码所使用的程序语言不同，具体的代码实现也不同，但都能体现出其网络通信过程均在RFC 821规范的指导下进行。学生通过对源代码的阅读和理解，如同“打开协议的黑匣子”，理解协议的基本内容，然后学生可以归纳出SMTP协议的本质属性。

然而现实中，由于学生知识技能储备的限制以及课时的限制，并无太大可能去阅读SMTP协议长近70页的原始技术文档——虽然说那就是SMTP协议在世界上存在的实体，也无太大可能真正基于SMTP协议来设计出可正常通信的代码——虽然说那样才能展示SMTP协议真正起作用的原因。因此在教学中，可以砍去技术文档中所有的细枝末节，将最为核心的内容，用图1所示的方法展现出来。

图1选取了SMTP协议所规定的客户端与服务端通信的核心部分。从左到右是客户端发往服务端的信息，从右往左是服务端发往客户端的信息，从上到下是会话的顺序。教学的重点不是具体的命令、命令格式和对话顺序，而是命令、命令格式和对话顺序的存在感。

图1 STMP协议的核心会话过程

（三）运行及测试协议

协议是“静止”的，其作用要在运行中才能显现。通过运行学生才能从结果的反馈中，理解SMTP协议何以能保证邮件准确无误且安全地传送，确认协议是否有效。教学中，可以让学生尝试运行协议，观察及再现SMTP客户端和SMTP服务端的的对话过程，将对话过程视作实验研究的对象，即不仅安排成功的对话过程，也安排多种意料之外的话题并观察客户端和服务端的反应。通过测试协议观察反馈信息，可以更好地理解协议的工作过程。

（四）用原始的命令行实现协议

为了便于普通人使用复杂的技术，程序员开发了各种便捷的邮件软件，人们一键便可发送邮件，完全不用思考邮件的发送机制。教学却恰恰要抛开“高级的邮件软件”，像当年开发邮件软件的工程师和科学家一样，用最原始的命令行执行代码，与计算机对话。教师可使用Telnet软件来模拟客户端与服务端的通信过程，这样就把本来在邮件软件背后所做的事情直接显现出来。

教师在利用SMTP协议与服务器进行对话的过程必须快速且准确，多输入一个空格、少输入一个回车、写错任何一个字母或标点或者输入得太慢，都会导致邮件传送失败。不过，有时正好可以利用错误的输入信息，来展示SMTP协议中严格的命令格式及会话顺序。

教师在展示与SMTP服务器的会话过程之后，可以让学生自己试着和服务器对话。为简化操作过程，教师可以将所有需要用到的命令预先存储在文本文件中，因为实施操作过程的目的不是让学生记忆这些命令，而是体验基于SMTP协议的完整的通信过程，这样做可以方便地从文本文件中复制出命令粘贴到对话环境中。若学生能顺利完成与服务器的所有对话，就能够成功向因特网上任意邮件服务器传送邮件。

（五）解释关键代码

学生成功发送邮件并不意味着他们就真的理解了协议的本质，教师要解释何以服务器能够响应客户端的命令，并重点解释关键过程和步骤。这里并不需要、也不可能让学生去完整地读懂软件代码，只需要挑选某几句语句即可。图2中所示，是当客户端发送的邮件地址格式错误时，服务端会给予反馈信息“451 Sender address format error.”；可加以对照的是，在RFC821文档中，也对451号反馈信息有详细的描述。不管软件的编写者是谁，编写软件所用的程序语言是什么，编写软件的风格怎么样，在通信过程中都必须遵守RFC821文档规定的命令格式和流程。

（六）总结SMTP协议的本质属性

有了以上的观察和交互体验过程，教师就可以引导学生对SMTP协议的本质属性进行归纳，总结要点主要有：

（1）SMTP协议由一份标准化文档所定义；

（2）SMTP协议所规定的，是为实现邮件传输而进行对话的命令、命令格式与对话的顺序。

四、教学反思

以上内容大概需要一节课的时间来完成，不过为了准备这节课，笔者和某个SMTP服务器之间进行了大概几百次的对话，直到最后，笔者终于学会把自己伪装成一台机器了。当终于能把对话进行到最后，信息成功发送出去的时候，对于什么是SMTP协议，几乎就成了不言自明的事了。这时，所传送的邮件倒不是什么重要的东西了，重要的是传送过程的规范。

几十年来，人们的通信方式发生了很大的变化，从拨号到宽带、从PC机到各种移动设备、从邮件软件到基于WEB页面的信箱，操作越来越方便，但SMTP协议基本没有变。实际上，从1982年到现在，就一直没有大的变化，不管通信技术怎样发展，SMTP协议总是如此，反复执行那些代码。这个世界上，变化的事物抓人眼球，不变的东西发人深思。有些东西在很长时间里不会变，但是却构成了丰富多彩的世界；如果想要让学生做一点创造，那么就必须去了解那些不变的东西；越长时间不变、却仍然处处被用到的东西，往往越有意义；去了解那些不变的东西，然后试着改变它。

陈 凯 上海市位育中学 200231

图2 某个可实现SMTP服务器功能的程序源代码的一部分