《计算机网络》课程教学改革的研究与实践

　　摘 要：本文从《计算机网络》课程教学的发展历史入手，结合网络技术发展的形势以及笔者自身的教学实践，研究了该课程教学改革的各项内容，包括课程教学目标、教学内容、网络教学资源、网络实验室、授课教材和实验教材、教学模式和教学方法、考试制度等。

　　关键词：计算机网络 教学改革 网络教学 教学模式 教学方法 协议
　　
　　笔者就职于山西财经大学信息管理学院，十几年来一直担任本科《计算机网络》课程的教学工作。为了适应网络技术的发展和学生的不断变化和增长的要求，笔者始终坚持在做一些研究和探索，取得一些教学改革的研究成果，并把这些成果应用于教学实践，获得了较为可喜的教学效果。
　　
　　一、提出先进合理的课程教学目标
　　
　　计算机网络以及 Internet是当代发展最快的信息技术之一，是新世纪人才必须掌握的基本理论和基本技能。《计算机网络》被列为计算机专业和信息类专业的核心基础课程之一，其教学目标是为以后计算机网络及其应用的专题学习和研究打下坚实基础，培养未来的网络设计人员和高级管理、维护人员。
　　
　　二、精选教学内容，构建先进完善的课程体系
　　
　　为实现以上教学目标，教学内容的精心选择是必要的。

　　1．以往课堂与实验教学内容的缺陷
　　在以往的多数高校中，课堂教学内容大体是这样的：介绍数据通信的基本原理；介绍计算机网络的体系结构、OSI模型和TCP/IP协议、分层结构中各层应该完成的基本功能；介绍一些具体的组网技术或局域网络操作系统。
　　实验教学内容一般情况下是组建一个小型的局域网络，利用服务器操作系统配置和管理这个网络；或者利用串形接口做一个点对点通信的实验。
　　以往课堂与实验教学内容的缺陷是：
　　（1）对计算机网络内部的工作原理介绍得不够透彻；
　　（2）实验教学内容与课堂教学内容不吻合，没有体现出分层结构中层间接口、服务以及协议的概念；}
　　（3）为了完成实验内容需要介绍一些网络的配置操作，浪费了许多课时。下面的例子可以恰当地说明这个问题，《录音机的工作原理》本来应该详细讲述录音机内部的芯片和电路原理，实际上却讲述了录音机的使用和操作方法。
　　以往课堂与实验教学内容的脱节导致了所讲内容空洞、枯燥，不容易被理解和掌握。所以，应该对课堂与实验教学内容进行改革。

　　2．如何构建先进完善的课程体系
　　概括地说，针对计算机专业或信息类专业的《计算机网络》课程体系的核心，应是对计算机网络的工作原理进行分析。主要有四个方面：
　　（1）计算机网络的分层体系结构的思想；
　　（2）数据通信的基本原理；
　　（3）经典而实用的网络协议的分析；
　　（4）典型计算机网络（Internet）体系结构和网络协议的分析。
　　实验内容应和课堂教学内容紧密结合，尽力让学生体会、分析常用的网络协议，加强课堂教学的效果；针对不同层次的学生，为能力强的学生提供设计、实现协议的实验环境。
　　精选的课堂与实验教学内容还应该坚持不断更新的原则，紧紧跟上计算机网络技术飞速发展的步伐。

　　3．改革后的课堂与实验教学内容体系
　　按照以上框架和原则，笔者构建了目前较为先进的《计算机网络》课程课堂与实验教学内容体系，供读者参考和评论。
　　（1）课堂教学内容
　　分为四个部分：
　　第一部分：计算机网络的基本概念。让学生了解计算机网络的发展历史，掌握计算机网络的概念、拓扑结构、功能、网络分类，了解国内外计算机网络以及计算机网络的应用；掌握网络协议和计算机网络的层次体系结构、OSI参考模型、TCP/IP参考模型。通过这一部分的学习，使学生建立计算机网络的框架模型，为进一步的学习提供线索，掌握计算机网络的学习方法；体会将计算机网络从功能上划分为层次体系是为了简化计算机网络的设计。明确协议是本课程中贯穿始终的概念。
　　第二部分：数据通信的基本原理。详细介绍数据通信的理论基础和有关概念，数据传输、通信交换、传输介质及差错检测等技术的基本原理。这部分的学习，要使学生深刻体会到：计算机网络是计算机技术和通信技术密切结合的产物，数据通信是计算机网络的基础。
　　第三部分：底层物理网络。本部分介绍网络体系中最低两层——物理层和数据链路层的功能及常用协议，局域网的工作原理。主要内容包括物理层的定义、功能和特性，常用物理层接口（如EIA RS-232-C、EIA RS-449/422-A/423-A、CCITT X.21）；使学生掌握数据链路层的定义、功能，成帧方法，滑动窗口协议，HDLC协议，X.25的链路层协议，Internet数据链路层协议；掌握局域网的主要技术特点、基本组成、拓扑结构和传输介质、媒体访问控制方法、以太网和无线局域网等802系列标准，网桥技术及高速局域网技术。本部分的学习，要使学生深刻体会网络体系结构中相邻上下层之间的关系，为了完成本层功能，为相邻上层提供服务，必须采用相应的协议，并在接口处调用下层提供的服务；理解和掌握一些常用的、经典的协议。

　　第四部分：Internet各层协议。内容包括TCP/IP协议簇中的网络互连层、传输层、应用层。介绍网络层的地位、功能、网络互连设备、常用路由选择算法、Internet网络互连协议；介绍传输层服务，传输层协议，Internet传输层协议；介绍应用层的地位和作用，应用层程序的实现结构，客户/服务器模式，文件传输、远程登录、域名系统、电子邮件、万维网、网络管理等常见网络应用的基本内容、标准和协议。要使学生清楚：Internet是使用网络互连协议将全世界的底层物理网络和主机互连起来的网络；本部分是以Internet为例介绍了网络体系结构中的网络层、传输层和应用层，要深刻理解和掌握IP协议、TCP协议和UDP协议内容；应用层提供的服务直接面向用户，必须使用传输层提供的传输服务；应该着手应用学到的网络知识和先行课程内容，查阅资料，试着设计和编写常用的应用层程序，或设计和扩展各层感兴趣的协议程序。

　　（2）实验教学内容
　　第一，使用模拟实验软件，结合课堂教学进度，完成物理层接口实验、数据链路层实验、网络层实验、传输层实验和应用层实验。针对不同基础层次的学生，要求所有学生体会协议、阅读协议程序，能力强的学生还要在此基础上设计和编写协议程序，也就是扩展协议。
　　第二，TCP协议的Socket编程实现：在Windows或Unix环境下，利用C或Java语言中的Socket功能编程实现TCP协议。
　　第三，应用学到的网络知识和先行课程内容，查阅资料，设计和编写常用的应用层程序，如Web服务器、浏览器、FTP程序等。这部分实验可作为结尾的课程设计，供能力强、有兴趣的同学来选做。
　　
　　三、建设优质丰富的网络教学资源，支持学生的自主性、研究性学习
　　
　　早在2003年，由于非典的特殊需要，山西财经大学教务处就在校园网上挂接了《计算机网络》课的电子教案、各章节的要点、作业等。学生可以通过电子邮件向教师提出问题和提交作业，教师也可以通过邮件为学生答疑和批改作业。为学生自主性学习计算机网络课程，传送电子化作业提供了条件。
　　如今，这样的网络教学资源已经不能满足不同层次学生的自主性、研究性学习的需要。随着技术的发展，应该为学生建设更好的网络教学资源。

　　近两年来，各个高校都投入大量精力，打造各专业的主打课程为精品课程。这种网站式的教学资源，首先经过富有丰富经验的教师的精心设计，再经过规范性、艺术性的网页设计，配合音频、视频等多媒体效果，动态网页与读者独特的互动性，确实可以满足不同层次学生的自主性、研究性学习的需要。
　　作为计算机专业以及信息类专业的核心基础课程，《计算机网络》被列入山西财经大学2006年度精品课程计划。经过一年多时间的努力，已经通过验收，正式开始运行。　四、建设高水平的网络实验室，为学生网络实验及教师网络课题的研究提供场所
　　
　　《计算机网络》课的实践教学环节是非常重要的。网络技术的飞速发展，网络实验室也需要不断地加强和提高水平。首先需要设计出与课堂教学相应配套的实验教学内容，然后选择合适的实验教材，最后选择购买相应的硬件和软件以构成网络实验室。
　　实验室应有课程专用服务器、路由器、交换机、工作站等硬件设备，设备的数量视满足学生需要而定，还要考虑相关课程（如计算机组网技术）的需要，也可将设备分组来让学生完成实验。软件方面，应该选择合适的模拟实验软件、网络管理软件及不同的操作系统软件（包括 Windows NT、Unix 操作系统平台等）。
　　
　　五、选择或编写合适的《计算机网络》教材和实验教材
　　
　　根据精选的、与理论教学内容完全吻合的实验教学内容，选择合适的实验教材也是至关重要的。近几年，我院选用了谢谦、向国全、郭拯危编写的《计算机网络实验教程》，该教材附带了自编的模拟实验软件。教材和软件的特点是：按照分层体系结构的思想，各层都有简单协议的实现，让学生充分体会和理解协议、服务、层间接口的概念；运行软件所需要的硬件非常简单，只是若干条串型接口连接线即可；更为可贵的是，软件用面向对象的C++语言编写，各层都为学生留有扩展协议的接口，能力强的学生如果想设计和编写一个新的协议，只需编写一个该层协议类的子类即可。学生在做实验的同时加深对所学内容的理解，进而扩展实验网络，进一步完善网络实验的设计，为进一步的学习和研究打下良好基础。
　　在综合实验或课程设计方面，选用了吴功宜等编著的《计算机网络课程设计》，该书从培养学生在网络环境中的实际编程能力出发，设计出十几个课程设计题目。教学过程中可根据实际需要选做。
　　现有的《计算机网络》教材和实验教材，在内容和章节安排等方面也可能会与精选的教学内容体系有较大的差别。编写合适的《计算机网络》教材和实验教材也是非常必要的。在这方面我们也做过一些工作，如申报普通高等教育“十一五”国家级规划教材，结合我校的情况，申报的是面向信息管理类专业的《计算机网络》教材。实验教材方面，需要结合做课题和软件，这方面，我们也曾申报过一些校级教学改革课题，如“对《计算机网络》课程实验内容改革的研究与实践”、“信息技术类专业实验教学改革与管理方法研究”。

　　
　　六、研究先进的教学模式和教学方法，努力培养出高层次的计算机网络人才
　　
　　《计算机网络》课教学内容的特点是：满篇“协议”，比较空洞，不像其它课程具体一些。如何将学生从枯燥的感觉中吸引到有趣的协议学习中，研究先进的教学模式和教学方法是非常重要的。
　　1．采用现代化教学手段，提高教学效率
　　课堂教学采用以多媒体教学课件为主，黑板教学为辅的形式。对于需形象性思维、抽象性问题等用多媒体课件可以使问题直观、形象、易理解，也可增加内容的趣味性，同时也增加了信息量，提高课堂效率；对于公式推导等需演绎的内容，采用黑板加讲解的方法。
　　2．讲课中多使用一些生活中的类比事件，使复杂的问题变得易懂，同时增加了趣味性
　　如讲“协议”和“层”的概念时，举“两个不同国家的哲学家探讨问题（假定他们只会本国语言）”的例子，明白双方之间的通信是需要规则的，上层的通信需要相邻下层协议的支持才能完成。
　　再如讲网络层的路由选择和拥塞控制时，用城市中的交通问题作类比，使学生较为容易理解。尤其是拥塞控制，通过类比，很容易就能理解“网络中的Packet包太多”（城市中的车辆太多）是导致“拥塞”的原因，然后就有兴趣采取一些算法来控制和解除拥塞。
　　3．互动式课堂教学，激发学生的学习兴趣
　　为了激发学生学习的主动性和积极性，有些课程内容的教学采用学生先预习泛读，然后提出问题或发表学习心得，老师回答学生提问，总结课程重点内容。
　　4．讨论式课堂教学，提高学生独立思考和创新能力
　　对于课程所涉及的一些较难懂的、并且又是大家共同感兴趣的知识内容，采取讨论式课堂教学方式，教师启发、指导学生开展讨论。
　　5．网络教学，满足学生自主学习和个性化学习的需求
　　不断完善的课程网络教学环境包括了该课程教学课件、教学大纲、试题库、参考资料等多项教学内容，学生可以有选择地、自主地上网学习。
　　6．通过实验教学，帮助学生理解课堂教学内容，提高学生的动手能力
　　7．课程设计，发挥学生综合应用所学知识的潜力
　　在一些重点章节和课程学习结束后，以课程设计的形式检验学生对课程的掌握程度。
　　8．实习教学扩充课堂教学
　　在信息技术飞速发展的今天，新的计算机网络概念、原理、应用不断出现，单靠书本知识远不能适应时代的需求，除了结合教师科研给学生介绍本课程的前沿知识外，还需在教学中增加实习环节，将理论知识与实践结合，将课堂知识外延，扩展学生的学习视野。

　　七、改革考试制度，最大限度地发挥学生的学习积极性和自主性
　　规范试卷中考题的类型和分值，使课程的教学与管理规范化，知识条理化；采取课程的最终成绩由期中、期末、实验课分数合成的办法，严格管理课堂教学和实验环节。除笔试（也可用无纸化上机考试代替）外，还采取机试综合大作业、小组课题设计等考试形式，客观地反映学生对所学知识的掌握程度。
　　
　　参考文献：
　　[1]吴功宜等. 计算机网络课程设计[M].北京：机械工业出版社，2005.
　　[2]Jeanna Matthews.计算机网络实验教程[M].北京：人民邮电出版社，2006.