面向創(chuàng)新人才培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)改革

摘要：針對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程涵蓋面廣、知識(shí)點(diǎn)散等特點(diǎn)，改革教學(xué)模式，在教學(xué)過(guò)程的組織上，可以按照“課前猜想、課堂研討、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、課后思考”四個(gè)步驟進(jìn)行，在課前預(yù)習(xí)中，實(shí)施問(wèn)題驅(qū)動(dòng)；在課堂教學(xué)中，加強(qiáng)師生互動(dòng)；在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)，倡導(dǎo)知行合一，并在課堂上創(chuàng)設(shè)學(xué)生主體、教師主導(dǎo)的教學(xué)氛圍，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；教學(xué)模式；問(wèn)題驅(qū)動(dòng)；師生互動(dòng)；知行合一

文章編號(hào)：1672-5913（2013）01-0049-04

中圖分類號(hào)：G642

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一門(mén)理論與實(shí)踐、軟件和硬件相結(jié)合的課程，它是計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生的必修課，更是網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的主干課程。鑒于該課程的上述地位，當(dāng)前出現(xiàn)了諸多圍繞該課程教學(xué)改革的研究和實(shí)踐，但他們大多圍繞教學(xué)內(nèi)容、方法、手段的改革等方面展開(kāi)。在教育部相關(guān)研究課題的支持下，我們重點(diǎn)梳理了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的目標(biāo)和手段，提出了基于“科學(xué)思維模式”的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)法，以提高學(xué)生創(chuàng)新能力為導(dǎo)向，在教學(xué)內(nèi)容組織和教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)中突出學(xué)生的創(chuàng)新思維訓(xùn)練，強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，在教學(xué)手段上凸顯學(xué)生的主體地位，在實(shí)踐訓(xùn)練上注重知行合一，著重培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用和問(wèn)題分析能力。從而全面提升網(wǎng)絡(luò)課程在提高學(xué)生創(chuàng)新發(fā)展等能力方面的功效，使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)質(zhì)量大為提高。

1 突出創(chuàng)新思維訓(xùn)練的教學(xué)設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的一個(gè)核心基礎(chǔ)課程，其教學(xué)效果對(duì)于學(xué)生的后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)起到至關(guān)重要的作用。然而學(xué)生普遍反映計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)起來(lái)比較困難，通過(guò)分析，我們發(fā)現(xiàn)，其中一個(gè)主要原因在于課程的涵蓋面很廣，且知識(shí)點(diǎn)之間聯(lián)系性相對(duì)較弱。對(duì)此，教師在整個(gè)課程教學(xué)中的內(nèi)容組織和教學(xué)掌控能力就顯得尤為重要，教學(xué)大綱規(guī)定了教學(xué)的基本內(nèi)容，但將這些內(nèi)容以何種方式傳授給學(xué)生則體現(xiàn)了教師的能力和價(jià)值。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)改革中，我們著重從提高學(xué)生的創(chuàng)新能力人手，教學(xué)內(nèi)容的組織上突出系統(tǒng)性和連續(xù)性，使學(xué)生的知識(shí)獲取過(guò)程成為一個(gè)創(chuàng)新思維的訓(xùn)練過(guò)程。

鑒于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)本身的復(fù)雜性，采用分層結(jié)構(gòu)組織教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)成為共識(shí)。采用這一結(jié)構(gòu)進(jìn)行授課的優(yōu)點(diǎn)顯而易見(jiàn)，它能夠有效地幫助學(xué)生理解復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。然而過(guò)分強(qiáng)調(diào)分層結(jié)構(gòu)則容易使學(xué)生忽略網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念，腦海中出現(xiàn)的只是各個(gè)獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)，缺少對(duì)網(wǎng)絡(luò)整體的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而造成學(xué)習(xí)的困難。

其實(shí)，學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程就是在學(xué)生的知識(shí)空間內(nèi)“構(gòu)建”計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的過(guò)程。因此，在授課過(guò)程中，我們將所有知識(shí)點(diǎn)均放在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的大環(huán)境中進(jìn)行討論，理解它們的作用及其相互關(guān)系。如圖1所示，在講授網(wǎng)絡(luò)中每一層時(shí)，首先向?qū)W生概述該層的作用，與其他層次之間的關(guān)聯(lián)，其次圍繞該層的核心概念開(kāi)展具體分析，最后在總結(jié)中進(jìn)一步對(duì)該層在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中處于什么位置，解決了哪些問(wèn)題，為其他層次提供了哪些服務(wù)，在解決這些問(wèn)題時(shí)利用了另外哪些層次為其提供的服務(wù)等。使學(xué)生始終圍繞網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)展開(kāi)學(xué)習(xí)，做到“胸有網(wǎng)絡(luò)”，各個(gè)看似分散的知識(shí)點(diǎn)可以通過(guò)這種方式有機(jī)的串聯(lián)在一起。一方面避免因知識(shí)點(diǎn)太散而影響學(xué)習(xí)效果；同時(shí)又使學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)始終有一個(gè)整體觀和大局觀，避免“一葉障目，不見(jiàn)泰山”現(xiàn)象的產(chǎn)生。培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)思考問(wèn)題的習(xí)慣和能力，為以后的創(chuàng)新發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

針對(duì)每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，我們?cè)谥v授過(guò)程中都要啟發(fā)學(xué)生思考：為什么要這樣做？其設(shè)計(jì)背景是什么？能夠解決什么問(wèn)題？換一種設(shè)計(jì)方法行不行？在網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展史上，為什么一些技術(shù)成功了，而另一些在當(dāng)時(shí)看似非常先進(jìn)的技術(shù)最終卻銷(xiāo)聲匿跡了？對(duì)這些問(wèn)題的思考能夠幫助學(xué)生更好地理解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程，同時(shí)也為學(xué)生以后從事相關(guān)方面的研究提供指導(dǎo)。通過(guò)讓學(xué)生參與到問(wèn)題的解決和協(xié)議的設(shè)計(jì)，將網(wǎng)絡(luò)知識(shí)的傳授過(guò)程變?yōu)椤翱茖W(xué)發(fā)現(xiàn)”和“科技創(chuàng)新”的過(guò)程，將創(chuàng)新能力培養(yǎng)貫穿于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)的始終，讓學(xué)生在發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題的過(guò)程中，潛移默化地學(xué)習(xí)和掌握知識(shí)，從而使學(xué)生變?yōu)閷W(xué)習(xí)的主體，有效地促進(jìn)了學(xué)生分析解決問(wèn)題、動(dòng)手實(shí)踐及創(chuàng)新能力的提高，實(shí)現(xiàn)知識(shí)和能力的有機(jī)統(tǒng)一。

2 強(qiáng)化創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學(xué)手段

在創(chuàng)新能力的培養(yǎng)中，知識(shí)的傳授是基礎(chǔ)，能力的培養(yǎng)是目標(biāo)。也就是說(shuō)沒(méi)有知識(shí)傳授作為基礎(chǔ)，所有的創(chuàng)新之說(shuō)只能是無(wú)本之木。不去有意識(shí)地進(jìn)行學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)，那么知識(shí)的傳授過(guò)程也就無(wú)法體現(xiàn)其價(jià)值所在。為此，我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程的組織上，按照“課前猜想、課堂研討、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、課后思考”四個(gè)步驟進(jìn)行，并在課堂上創(chuàng)設(shè)學(xué)生主體、教師主導(dǎo)的教學(xué)氛圍，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，鼓勵(lì)學(xué)生建言設(shè)問(wèn)，活躍課堂氣氛，提高學(xué)生的課堂參與意識(shí)。

2.1問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的理論課堂教學(xué)

要在授課中達(dá)到既傳授專業(yè)知識(shí)又培養(yǎng)能力的雙重目標(biāo)，首先要從教學(xué)方法改革入手。要改變傳統(tǒng)教學(xué)中教師“一言堂”、“滿堂灌”的現(xiàn)象，真正把課堂還給學(xué)生，將教師從知識(shí)傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)發(fā)現(xiàn)過(guò)程中的引導(dǎo)者。這一教學(xué)模式的基本流程，在每部分的預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，選擇一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中重要而具有啟發(fā)性的問(wèn)題，讓學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)和猜想；在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，結(jié)合猜想組織研討，然后由教師重點(diǎn)講授該知識(shí)點(diǎn)，將被動(dòng)的知識(shí)傳授過(guò)程變?yōu)橹鲃?dòng)的知識(shí)發(fā)現(xiàn)過(guò)程，最后啟發(fā)學(xué)生深入思考，如圖2所示。

例如：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的“協(xié)議”概念，一開(kāi)始學(xué)生往往覺(jué)得太抽象，不好理解。可以舉出生活中兩人約定一起看電影的例子，讓學(xué)生思考制定一套規(guī)則使得兩個(gè)人能夠正常完成這一任務(wù)，并針對(duì)學(xué)生制定的規(guī)則不斷進(jìn)行引導(dǎo)，例如若學(xué)生提出規(guī)則“幾點(diǎn)幾分，在某某電影院門(mén)口不見(jiàn)不散”這樣的規(guī)則，則可以提出“萬(wàn)一某人有事去不了，又沒(méi)有其他辦法告知另一人，這時(shí)該怎么辦”等，一方面激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，另一方面又能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)協(xié)議這個(gè)抽象的內(nèi)容具體化，消除了學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)的神秘感和畏懼感。隨后教師講解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的概念，并隨后根據(jù)課程進(jìn)度介紹HTTP協(xié)議，在實(shí)驗(yàn)課程中，則讓學(xué)生通過(guò)Wireshark分析HTTP協(xié)議的具體格式和交互時(shí)序，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的相互驗(yàn)證。此后在學(xué)習(xí)其他協(xié)議時(shí)可以讓學(xué)生舉一反三，進(jìn)行類似的分析。

再如，在講述可靠數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，在學(xué)生課前預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，我們連續(xù)地通過(guò)以下問(wèn)題啟發(fā)學(xué)生：網(wǎng)絡(luò)中存在哪些不可靠現(xiàn)象？分組傳輸過(guò)程中出錯(cuò)了怎么辦？丟失了怎么辦？數(shù)據(jù)丟失和確認(rèn)丟失效果是否一樣？為什么會(huì)出現(xiàn)分組冗余現(xiàn)象？該如何處理？超時(shí)計(jì)時(shí)器該怎樣設(shè)置比較合理？通過(guò)這一系列問(wèn)題的解決，使學(xué)生在教師的引導(dǎo)下逐步完善其最初猜想的可靠傳輸協(xié)議機(jī)制，最終實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的完美解決。因?yàn)樵谡n堂上重現(xiàn)了整個(gè)協(xié)議的設(shè)計(jì)過(guò)程，并讓學(xué)生全程參與，其效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于簡(jiǎn)單地將概念介紹給學(xué)生。

在這一教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生課前預(yù)習(xí)效果的好壞對(duì)課堂教學(xué)效果有重要影響。因此，在實(shí)踐中我們采取了課堂表?yè)P(yáng)、增加平時(shí)成績(jī)的激勵(lì)措施，并通過(guò)教師的淵博知識(shí)和對(duì)本學(xué)科的熱愛(ài)，潛移默化地影響學(xué)生。從教學(xué)的實(shí)際效果看，學(xué)生對(duì)我們選擇的內(nèi)容很感興趣，在他們提出的方案中，也能看到很多創(chuàng)新性的思想，起到了培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的作用。而且，這種教學(xué)方法能給學(xué)生帶來(lái)很強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)感，激發(fā)了學(xué)生的主體參與意識(shí)，培養(yǎng)了其想象力和創(chuàng)新思維能力，課堂參與度和學(xué)習(xí)主動(dòng)性都有比較顯著的提升。

2.2師生互動(dòng)的專題研討

鑒于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速、與每個(gè)人的生活密切相關(guān)等特點(diǎn)，為進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情，提高課堂學(xué)習(xí)的參與度，我們還設(shè)計(jì)了針對(duì)網(wǎng)絡(luò)中一些重要概念和熱門(mén)應(yīng)用的專題研討課，讓學(xué)生針對(duì)某些概念和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用發(fā)表自己的理解和看法，以得到更多獨(dú)立思考的機(jī)會(huì)，開(kāi)闊學(xué)生眼界，培養(yǎng)學(xué)生思維的廣闊性和深刻性。

在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，針對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運(yùn)輸層、應(yīng)用層各設(shè)置了一個(gè)研討課題，如表1所示。這些研討課題的設(shè)置主要基于如下標(biāo)準(zhǔn)：

1）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)和核心概念，如分組交換、路由選擇等；

2）一些重要但又相對(duì)較難的知識(shí)點(diǎn)，如可靠數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)、TCP擁塞控制等；

3）充分發(fā)揮學(xué)生想象力和創(chuàng)新思維的開(kāi)放性題目，如對(duì)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過(guò)程中的著名應(yīng)用、協(xié)議及其設(shè)計(jì)者的深入剖析等。

在課程開(kāi)始之前，將學(xué)員劃分為4人每組，教師提前兩周將下次課要討論的內(nèi)容布置給各小組。學(xué)生根據(jù)教師提供的材料和思考題做好充分的準(zhǔn)備工作，課下以研討小組為單位進(jìn)行研究討論，提前一周以小組為單位上交一份研討稿，教師幫助學(xué)生修改研討稿，并選擇3個(gè)小組上臺(tái)報(bào)告成果，報(bào)告過(guò)程中，老師和其他同學(xué)隨時(shí)針對(duì)其報(bào)告內(nèi)容進(jìn)行提問(wèn)質(zhì)疑。最后，教師對(duì)所有報(bào)告進(jìn)行點(diǎn)評(píng)總結(jié)。

在組織學(xué)生研討時(shí)，教師要能夠掌控教學(xué)過(guò)程，一方面要對(duì)學(xué)生做好引導(dǎo)，要求他們加入自己對(duì)研討內(nèi)容的思考。另一方面要充分肯定學(xué)生的創(chuàng)新，從而激發(fā)其學(xué)習(xí)和研究的興趣，增強(qiáng)他們的創(chuàng)新思維能力。另外，組織研討的過(guò)程中要關(guān)注到全體學(xué)生，我們采用了平時(shí)成績(jī)加分的方式，激勵(lì)各個(gè)小組積極參與報(bào)告，取得了很好的效果。

3 倡導(dǎo)知行合一的實(shí)踐訓(xùn)練環(huán)節(jié)

就計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)而言，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的交互過(guò)程復(fù)雜且難以觀察理解，網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)是不可或缺的。針對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)，我們?cè)O(shè)計(jì)了9個(gè)實(shí)驗(yàn)，授課時(shí)根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況從中選擇5個(gè)實(shí)驗(yàn)課題。重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，使學(xué)生掌握科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法，并能在實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。為了利用好課堂上有限的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間，我們進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的工作。

首先，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的重要性。我們要求學(xué)生在每次實(shí)驗(yàn)之前必須預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和步驟，并按要求完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告。

其次，注重教師在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的引導(dǎo)作用。例如，通過(guò)報(bào)文結(jié)構(gòu)分析驗(yàn)證理論課堂上學(xué)習(xí)的協(xié)議首部格式等。當(dāng)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生利用原理分析問(wèn)題產(chǎn)生的原因，通過(guò)實(shí)驗(yàn)步驟逐步排除問(wèn)題，而不是越俎代庖?guī)退麄兘鉀Q。

例如，在“配置路由器的路由選擇協(xié)議”實(shí)驗(yàn)中，一些學(xué)生經(jīng)常會(huì)忽略了配置主機(jī)默認(rèn)網(wǎng)關(guān)而導(dǎo)致無(wú)法Ping通其他設(shè)備，此時(shí)可以啟發(fā)學(xué)生思考：默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的作用是什么？主機(jī)為什么需要默認(rèn)網(wǎng)關(guān)？當(dāng)學(xué)生完成協(xié)議配置并測(cè)試成功后，可以進(jìn)一步啟發(fā)他們思考：分組在從PC0到達(dá)PC1的過(guò)程中其IP地址與MAC地址分別是怎么變化的？并讓其在PacketTracer中實(shí)際模擬分析。可以說(shuō)，通過(guò)教師有效的引導(dǎo)，學(xué)生在一次實(shí)驗(yàn)中的收獲要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)驗(yàn)本身。

最后，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中還要做到因材施教，讓優(yōu)秀的學(xué)生有成就感。例如在套接字編程實(shí)驗(yàn)中，有些學(xué)生具有較強(qiáng)的能力素質(zhì)，很快就完成了布置的基本Socket通信程序，此時(shí)可以鼓勵(lì)他們通過(guò)分析HTTP協(xié)議，進(jìn)行Web服務(wù)器和多線程Web服務(wù)器的設(shè)計(jì)和編程實(shí)現(xiàn)。當(dāng)看到自己編寫(xiě)的Web服務(wù)器程序正確響應(yīng)瀏覽器的請(qǐng)求后，不需要教師的任何表?yè)P(yáng)，學(xué)生亦可受到巨大鼓舞。

4 結(jié)語(yǔ)

培養(yǎng)創(chuàng)新能力，提高綜合素質(zhì)是高等教育的一個(gè)基本目標(biāo)。通過(guò)教學(xué)改革手段，我們著重培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新意識(shí)，讓學(xué)生熟悉科學(xué)研究的方法，為繼續(xù)創(chuàng)新實(shí)踐和將來(lái)進(jìn)一步的深造或從事科學(xué)研究工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。教學(xué)實(shí)踐表明，這項(xiàng)改革舉措受到了學(xué)生的歡迎，提高了他們學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，學(xué)生的思維能力和綜合素質(zhì)也有了一定的提升。在未來(lái)工作中，我們將進(jìn)一步梳理優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)手段，深化實(shí)踐教學(xué)改革，以期更好地實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授和能力提升的目標(biāo)。

（編輯：趙廓）