計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)在教學(xué)實(shí)例設(shè)計(jì)及其應(yīng)用
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)在教學(xué)實(shí)例設(shè)計(jì)及其應(yīng)用
摘 要 在“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)”的教學(xué)中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議讓絕大部分文科學(xué)生感到抽象且難以理解，尤其是協(xié)議背后所隱藏的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的變化，這直接影響到學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件的使用，因此，理解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議十分必要。通過設(shè)計(jì)和開發(fā)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的實(shí)例軟件，并將其應(yīng)用到教學(xué)中，讓學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)有更深切更真實(shí)的感受，極大地改善了學(xué)習(xí)效果。
關(guān)鍵詞 實(shí)例化教學(xué)；教學(xué)模式；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；自主學(xué)習(xí)
1 引言
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)大部分大學(xué)文科生來說不是必修的課程，但隨著21世紀(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來，隨著以信息的獲取、傳輸、分析、處理、發(fā)布和應(yīng)用能力日益作為衡量現(xiàn)代人基本能力和文化水平的重要標(biāo)志，并直接影響著學(xué)生在職場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，因此，在“計(jì)算機(jī)文化”課程的基礎(chǔ)上，很多文科院校針對(duì)高年級(jí)學(xué)生也逐步開設(shè)了“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用”等相關(guān)課程，目的在于培養(yǎng)學(xué)生在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方面的興趣和能力。
但計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是門綜合性很強(qiáng)的課程，涉及到的計(jì)算機(jī)軟硬件知識(shí)很多。對(duì)大部分文科學(xué)生來說，由于沒有系統(tǒng)地學(xué)習(xí)有關(guān)先導(dǎo)課程，因此對(duì)一些計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念很難想象和理解；加之其它因素的影響，比如，學(xué)生不可能花費(fèi)大量的精力用于與自身專業(yè)沒有太大直接關(guān)系的課程上，最終造成教學(xué)效果不是很理想，學(xué)生反映也很一般。其實(shí)對(duì)學(xué)生來說，對(duì)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)還是比較期待，因此，教學(xué)的關(guān)鍵就在于如何激發(fā)學(xué)生的興趣，引導(dǎo)他們?nèi)ダ斫庥?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念，而不僅僅滿足于形式或者幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)工具的使用。
經(jīng)過幾個(gè)學(xué)期的摸索，筆者在“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)”課程的教學(xué)中引入了實(shí)例化教學(xué)的方法，通過一個(gè)個(gè)實(shí)例來展示計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中TCP/IP協(xié)議的一些細(xì)節(jié)，使學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的'認(rèn)識(shí)更加直觀和清晰，取得良好的效果。
2 實(shí)例化教學(xué)的概念和必要性
一般情況下，教師在講授計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課程的時(shí)候，通常都會(huì)采用理論結(jié)合實(shí)踐的授課方法：先結(jié)合一些課件，講解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的某一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，緊接著，在課堂上或者實(shí)驗(yàn)室演示有關(guān)該知識(shí)點(diǎn)的一些實(shí)踐操作，通過這些演示和實(shí)踐來幫助學(xué)生對(duì)這部分知識(shí)進(jìn)行理解。我們把這種授課方式歸納成如圖1所示的二元授課模式。這種授課模式的特點(diǎn)是由理論直接過渡到實(shí)踐，通過實(shí)踐來加深對(duì)理論的理解，再由理論來指導(dǎo)實(shí)踐的進(jìn)一步擴(kuò)展，如此反復(fù)，最終使理論和實(shí)踐都得到提升。
這種授課方式對(duì)一些計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)，或者對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)很感興趣，能夠在課外再花一定時(shí)間學(xué)習(xí)的學(xué)生可以取得不錯(cuò)的效果。但對(duì)一般文科生來說，由于其抽象思維的能力相對(duì)較弱，周圍又沒有學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的氛圍和物質(zhì)條件，加上前期準(zhǔn)備知識(shí)不夠，很難真正理解理論知識(shí)和實(shí)踐操作之間的關(guān)系，也很難解釋該實(shí)踐操作結(jié)果的由來。比如，在講授路由協(xié)議的時(shí)候，教師通常都會(huì)將其與現(xiàn)實(shí)生活中的郵遞系統(tǒng)聯(lián)系起來，甚至還會(huì)通過諸如NS2等仿真工具來演示數(shù)據(jù)包的路由過程。但由于IP數(shù)據(jù)包是在一個(gè)極其復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行路由的，并且數(shù)據(jù)包可能會(huì)穿越很多網(wǎng)絡(luò)，甚至?xí)婕暗椒制椭亟M，這些過程不是簡(jiǎn)單地通過演示一些中間過程的結(jié)果就能讓學(xué)生真正明白的，而必須將其抽象為一個(gè)包含一系列連續(xù)動(dòng)作的整體。因此，在文科學(xué)生中講授“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)”課程的時(shí)候，將相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)組合成一個(gè)整體，簡(jiǎn)略但完整地展示給學(xué)生，幫助其對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)建立一個(gè)大致的輪廓，才能有利于課外的自主學(xué)習(xí)以及理解后續(xù)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用�；谏鲜鲈�，我們?cè)诮虒W(xué)中，非常注重“實(shí)例化教學(xué)”的設(shè)計(jì)與運(yùn)用。
所謂“實(shí)例化教學(xué)”，就是針對(duì)課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容，通過適當(dāng)?shù)姆绞�，如軟件、�?shí)際操作序列等，把抽象的內(nèi)容具體化，以幫助學(xué)生理解掌握[1]。因此，整個(gè)教學(xué)活動(dòng)不再是單純的“理論+實(shí)踐”模式，而突出了實(shí)例的作用。我們把這種授課方式歸納成如圖2所示的三元模式。
在這種模式下，實(shí)例起到一個(gè)理論聯(lián)系實(shí)踐的作用。一方面，它將理論具體化、形象化，以幫助學(xué)生理解；另一方面，它又能夠?qū)?shí)踐起一個(gè)指導(dǎo)性和解釋性的作用。學(xué)生課堂實(shí)踐和課后自主學(xué)習(xí)的時(shí)候，直接參照的將是已經(jīng)具體化的實(shí)例，而不是枯燥的知識(shí)點(diǎn)；另外，從認(rèn)知的角度來看，“實(shí)例化教學(xué)”也有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，讓其在學(xué)習(xí)中得到樂趣和成就感，加大學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力。
3 實(shí)例開發(fā)
在“實(shí)例化”教學(xué)中，實(shí)例的選擇和設(shè)計(jì)是難點(diǎn)。這是因?yàn)椋孩賹?shí)例要具有代表性，必須是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)；②實(shí)例要具有完整性，能夠反映某一個(gè)知識(shí)點(diǎn)或者知識(shí)點(diǎn)集合。對(duì)文科院校的學(xué)生來說，抽象思維是其弱點(diǎn)，設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)例的目的之一就是要幫助學(xué)生建立起一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的框架，通過理解這個(gè)框架，來幫助掌握相關(guān)知識(shí)，而不僅僅是幾個(gè)具體軟件的操作，因此，完整性十分必要。比如，在講授交換機(jī)工作原理的時(shí)候，可以把學(xué)生通常會(huì)問到的有關(guān)IP數(shù)據(jù)報(bào)、二層交換、路由等概念和一些相關(guān)操作組織成一個(gè)實(shí)例，用以說明二層交換的特點(diǎn)，并指導(dǎo)學(xué)生做出在校園網(wǎng)環(huán)境下寢室組網(wǎng)設(shè)備的選擇；③實(shí)例要具有可設(shè)計(jì)性。設(shè)計(jì)實(shí)例的目的是要模擬計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的行為，展示一般應(yīng)用軟件所屏蔽的網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)，通過形象化這些細(xì)節(jié)來幫助學(xué)生理解。但如果知識(shí)涉及得太泛，重點(diǎn)反而不突出，軟件設(shè)計(jì)的工作量也太大，效果反而不理想；④實(shí)例要具有易操作性。除了課堂，學(xué)生在課后自主學(xué)習(xí)甚至處理實(shí)際問題的時(shí)候，也會(huì)依賴實(shí)例軟件，因此，友好的界面，清晰的向?qū)ВR(shí)點(diǎn)的有機(jī)結(jié)合，實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的模擬，以及輸入輸出結(jié)果的正確分析都是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和理解知識(shí)的外在因素。
因此，我們?cè)趯?shí)例設(shè)計(jì)時(shí)，十分注意知識(shí)點(diǎn)的選擇。我們認(rèn)為，在整個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，IP是居于核心的地位，理解IP協(xié)議，對(duì)理解整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)會(huì)有很大的幫助；并且，學(xué)生在使用校園網(wǎng)的時(shí)候，面臨的首要問題是配置TCP/IP協(xié)議。而大部分學(xué)習(xí)過“計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)”課程的學(xué)生不能正確理解IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)、DNS等參數(shù)的具體含義和作用，甚至不會(huì)自己配置。因此，我們首先選擇開發(fā)IP協(xié)議的實(shí)例，以IP為核心，涉及ARP，RARP，TCP，UDP等協(xié)議，演示在校園網(wǎng)環(huán)境下，為什么要這樣配置IP，如果IP設(shè)置錯(cuò)誤，或者掩碼、網(wǎng)關(guān)設(shè)置錯(cuò)誤，數(shù)據(jù)為什么不能正常地發(fā)送和接收。
鑒于目前高校內(nèi)操作系統(tǒng)的使用情況，我們很容易地將開發(fā)平臺(tái)鎖定在Windows上，同時(shí)，根據(jù)功能的不同，我們把實(shí)例一分為二：一個(gè)主要用于演示IP協(xié)議，另一個(gè)主要用于在校園網(wǎng)環(huán)境下驗(yàn)證IP協(xié)議。
演示軟件主要是通過多媒體來展現(xiàn)以下內(nèi)容：①校園網(wǎng)的拓樸結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸過程；②個(gè)人計(jì)算機(jī)的IP設(shè)置、域名服務(wù)器的設(shè)置，以及在域名解析過程中所表現(xiàn)出來的各種現(xiàn)象分析；③計(jì)算機(jī)在訪問Internet網(wǎng)絡(luò)時(shí)的數(shù)據(jù)分析等。開發(fā)工具主要是Authorware，輔助開發(fā)工具有Photoshop、Flash、SnagIt截圖工具、音視頻處理工具等。Authorware是課件制作應(yīng)用比較廣泛的工具，它的最大特點(diǎn)是創(chuàng)造了基于圖標(biāo)的創(chuàng)作方式，無須編程。通過其內(nèi)置的40多種過渡效果，5種基本運(yùn)動(dòng)形態(tài)，再利用層和Alpha通道，很容易地完成課件所有的動(dòng)畫效果。演示軟件流程設(shè)計(jì)如圖3所示。
圖3 演示軟件流程圖
驗(yàn)證軟件使用微軟的Visual Basic 6.0來實(shí)現(xiàn)。利用Icmp.dll、Kernel32.dll、IPHlpApi.dll等動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)所提供的接口函數(shù)，實(shí)現(xiàn)以下主要功能：
■學(xué)生宿舍計(jì)算機(jī)到學(xué)生樓宇交換機(jī)、分布層交換機(jī)、核心交換機(jī)等的連通性測(cè)試。
■網(wǎng)絡(luò)故障診斷。
■網(wǎng)絡(luò)配置恢復(fù)。
■網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
■IP數(shù)據(jù)報(bào)分析等。
4 教學(xué)效果檢驗(yàn)
在教學(xué)實(shí)踐的時(shí)候，我們先使用演示軟件來講解IP的相關(guān)協(xié)議，展示網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報(bào)的傳輸過程；同時(shí)，我們把驗(yàn)證軟件也分發(fā)給學(xué)生，根據(jù)演示軟件的內(nèi)容，學(xué)生操作驗(yàn)證軟件，逐步求證演示軟件上的知識(shí)點(diǎn)，完成一個(gè)“理論<->實(shí)例<->實(shí)踐<->理論”這樣的過程。對(duì)這種教學(xué)方式，學(xué)生普遍反映是形象、具體、針對(duì)性強(qiáng)，并且，學(xué)生可以直接從網(wǎng)上下載驗(yàn)證軟件，在宿舍里面也可以練習(xí)，從而避免了像NS2那樣對(duì)于文科學(xué)生來說過于復(fù)雜的設(shè)置。通過這種反復(fù)的練習(xí)，一個(gè)學(xué)期后，絕大多數(shù)學(xué)生的頭腦里已經(jīng)大致建立起一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，優(yōu)秀的學(xué)生甚至能夠通過“TCP/IP”網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)來分析應(yīng)用軟件。
5 結(jié)束語
經(jīng)過幾個(gè)學(xué)期的探索和實(shí)踐，我們覺得，“實(shí)例化教學(xué)”非常適合文科院校的計(jì)算機(jī)教學(xué)，尤其是配合學(xué)生自主學(xué)習(xí)，效果十分理想。當(dāng)然，由于實(shí)例的設(shè)計(jì)和開發(fā)需要一定的周期，因此，眼下我們最需要做的，就是進(jìn)一步充實(shí)實(shí)例庫(kù)，完善人機(jī)界面，使學(xué)生樂于使用實(shí)例軟件，并從中真正找到學(xué)習(xí)的興趣。
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