基于任務驅動的網絡協議分析與應用教學

　　摘 要： “網絡協議分析與應用”課程是計算機網絡工程專業的一門主干專業課程。本文分析了傳統教學中存在的缺陷，并針對該課程的特點，引入基于任務驅動的教學改進方法，給出了教學設計步驟及實例。
　　關鍵詞： 網絡協議分析與應用 任務驅動 教學設計
　　
　　“網絡協議分析與應用”課程是針對網絡工程專業學生開設的一門專業必修課，是網絡工程的核心技術之一。在計算機網絡的課程中，網絡協議的內容貫穿整個教學的始終，從計算機的網絡體系結構、網絡的數據通信，一直到互聯網上的各項服務的介紹都離不開網絡協議這一重要內容。然而在這些課程中提及到網絡協議時，也僅僅是從各自課程的角度介紹一些相關協議的概述、作用等。本課程則是系統、深入地講授TCP/IP協議的體系結構、工作原理和TCP/IP協議在編程方面的應用，對各層所包含的協議格式、工作過程進行詳細的分析介紹，主要包括協議概述、鏈路層協議、網絡層協議、傳輸層協議、路由協議、組播協議、移動IP、應用層協議，WinSock編程等應用。
　　通過本課程的理論學習和實踐訓練，使學生能夠更好地理解計算機網絡的體系結構，更清楚地掌握數據通信的整個過程，更透徹地分析網絡協議在數據通信的整個過程，培養學生網絡程序設計的能力，從而為后續課程的學習打下良好的基礎。然而一直以來，由于網絡協議本身內容上的復雜性、抽象性和枯燥性，加之在前期課程中協議有一些了解，學生普遍對該課程的興趣不大，使其成為了網絡系列課程教學的難點。本文在分析傳統教學方法缺陷的基礎上，通過引入任務驅動的方法，對整個教學設計進行了改進，取得了很好的教學效果。
　　一、傳統教學方法的缺陷
　　1.教學方法單一，重內容輕分析。
　　目前，網絡協議分析與應用的相關教材中對于協議部分的介紹大多比較抽象，在介紹協議原理部分很少用實例來說明問題。而教師在授課過程中主要采用課堂書本的教學模式，最多結合多媒體課件利用一些圖表的方式來進行介紹，內容過于偏重協議本身，缺少較好地幫助學生理解、分析協議作用和流程的手段，不能很好地與實際的網絡技術相結合，造成學生在學習的過程中，感覺內容太多，前學后忘，而失去對該課程學習的興趣。比如講述PPP協議的原理，一般首先通過流程圖解（如圖1）的方式來描述。然后再去逐一介紹協議的格式。這樣講解雖然整個通信過程比較清晰，但還是過于籠統，學生缺少感性的認識。大多數同學沒有興趣去了解枯燥的協議內容。但是如果我們采用基于任務驅動的教學方法，讓學生在任務完成過程中，主動去總結協議的原理和流程，效果將會好很多。
　　2.實驗與實際應用相脫節。
　　網絡協議分析與應用的相關教材基本都是前部分為協議介紹，后面部分為應用編程。以往在教學過程中也都嚴格按照教材章節的安排進行教學，講到每一層的具體協議時，也只是就協議講協議。協議部分的實驗總是采用協議分析軟件，按照操作步驟，抓取數據包，結合協議內容對數據包的結構進行驗證。誠然這樣的實驗可以幫助學生加深對協議格式的印象，但是所有的協議分析實驗都屬于驗證性的，且具有完全相同的操作步驟，很難激發學生的實踐興趣和創新思維。如果能夠將后部分的應用編程跟前面的協議分析相結合，將編程的內容穿插到協議分析過程中學習，并利用任務驅動，通過學生自己動手編程去實現協議分析部分的一些內容，一方面可以提高學生創新實踐的興趣，另一方面可以使學生對協議有更深入的理解。
　　二、任務驅動在“網絡協議分析與應用”教學中的應用
　　1.任務驅動教學法的含義和過程。
　　“任務驅動”是一種建構主義教學理論基礎上的教學法。其原理是：學生的學習活動與大的任務或問題相結合，以探索問題來引導和維持學習者的學習興趣和動機；創建真實的教學環境，讓學生帶著真實的任務去學習。在這個過程中，學生擁有學習的主動權，教師不斷地挑戰和激勵學生前進，從而使學生真正掌握所學內容，并通過此任務舉一反三，得到更好的學習效果。在整個教學過程中教師起到組織者、指導者、幫助者和促進者的作用。
　　“任務驅動”教學法的教學過程歸納起來一般分為兩個階段：一是任務的設計階段，包括創設環境和確定問題兩個環節；二是任務的實施階段，包括學生自己學習和協助學習的學生活動各環節和效果評價的教師活動環節。整個教學過程采用全新的教學模式和教學方法。
　　2.基于任務驅動的教學設計。
　　“授人以魚，不如授人以漁”。網絡協議分析與應用課程應該在介紹必要協議內容的基礎上，重點讓學生掌握協議分析的方法，以及協議編程開發的相關原理和技術，培養學生具有獨立的分析和開發應用能力。基于任務驅動的教學能夠更好地實現這一目標。
　　任務驅動教學過程一般包括六個環節，即設計任務（課前）、呈現任務、分析任務、完成任務、總結評價、匯報歸納（課后）。下面我結合這六個環節給出上述網絡接口層協議流程的教學實例。
　　（1）設計任務
　　在設計任務時，教師首先要分析教學所要達到的目標，結合學生的知識及能力水平，將任務合理地分成若干教學子任務，同時教師需要對任務的實施進行必要的準備工作，任務應該緊密聯系實際。這樣可激發學生的學習積極性，將枯燥的協議原理和流程分析轉到學生感興趣的任務上來。
　　本實例的設計任務：在掌握PPP協議流程基本知識的基礎上，結合學校近年來推出的校內用戶基于以太網連接ADSL接入設備的場合，詳細分析符合ADSL接入要求的PPPoE協議流程，總結所涉及的協議LCP、IPCP、PAP、CHAP報文格式。教師事先準備好相關的實驗室環境及相關分析軟件，包括為學生集體申請的一組賬戶，使學生的學習與實際問題緊密聯系起來。
　　（2）呈現任務
　　精心設計任務之后，需要巧妙地將任務呈現給學生，同時明確任務要完成的目標。讓學生對任務有個整體的了解、認識和把握。可以通過創設情境自然而真實地引出任務。可以給學生看一段文字材料、錄像或展示等，然后在適當的時候給出任務，激發學生的學習興趣和感知、聯想等思維活動。
　　在介紹PPP協議流程的基礎上，結合學校的實際情況引出PPPoE，現場演示用戶登錄，通過相關分析軟件展示整個交互過程，進而給出任務。要求學生自行分析整個流程，總結具體報文結構、功能，并比較幾種認證方法。
　　（3）分析任務
　　在給出任務之后，對學生進行分組，通過討論、交流、分析任務，提出完成任務需要做哪些事情，解決哪些問題，并結合教師的指導，制定任務實施步驟。比如：通過什么方法來獲取LCP報文，如何體現CHAP“挑戰”認證的優勢等。
　　（4）完成任務
　　教師應該在學生完成任務的過程中，啟發學生提出更深層次的問題，并引導學生聯系相關的已經學過的知識點，給出解決問題的各種可能想法和思路。注重學生的自主發展，培養學生的自學能力，變學生被動地接受知識到主動地尋求知識，改變學生傳統的學習觀。
　　（5）總結評價
　　學生按照制定的計劃完成任務后，教師要組織學生進行討論，分析在完成任務過程中出現的問題及其解決方法，從而不斷積累完成任務過程中的經驗。對任務完成的情況進行點評，并提出改進意見。同時注意評價中評價主體和評價形式的多元化，采用結果評價和過程評價相結合的方式。
　　（6）匯報歸納
　　最后教師還要引導學生對所學知識進行歸納總結，建立新舊知識間的聯系，完成真正意義上的知識建構。同時，教師也要參照對教師的一些評價量規對自己的行為作評價，如在學習資源設計、任務設計、教學引導、最終教學效果等方面做自我反省與改進。
　　三、結語
　　任務驅動教學法強調創新能力的培養與全面素質的提高，是對傳統教學的發展，比較適合計算機類課程的教學。我們通過基于任務驅動方法進行網絡協議分析與應用的教學，使學生增加了感性認識，并在實踐中學會觀察問題、分析問題和解決問題，取得了良好的教學效果。
　　
　　參考文獻:
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　　［2］鄭嘯.協議分析與測試課程的教學探索與實踐［J］.計算機教育，2010，（14）.
　　［3］王宜君.《機械制造技術》課程的任務驅動式教學探索［J］.佳木斯教育學院學報，2011，（1）.
　　注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文