物聯網時代計算機網絡教學改革初探

盧先領， 毛 力

（江南大學a.信息與控制實驗教學中心；b.物聯網工程學院，江蘇 無錫 214122）

計算機網絡的應用遍及政治、經濟、軍事和社會生活各個領域，對人們日常生活、工作以及社會產生了深刻的影響。隨著物聯網［1，2］時代的到來，社會各行各業對網絡人才的需求量進一步增加、質量要求也越來越高。計算機網絡是通信技術、計算機技術、電子信息技術等多個學科交叉的信息科學領域，是一門理論性、實踐性、綜合性很強的專業課程［3］。該課程是很多工科專業本科生的必修課，更是物聯網時代信息類各專業的核心基礎課程，其教學效果對后續的專業課學習、物聯網人才的培養起到至關重要的作用。然而，物聯網時代計算機網絡技術日新月異，新理論、新應用層出不窮。在目前的計算機網絡教學過程中，課程包含眾多的理論和方法，知識比較抽象，教師在短時間的教學過程中很難兼顧網絡知識的前瞻性和實踐性。因此，如何適應物聯網時代對網絡人才的需求，進一步提高計算機網絡課程的教學質量，培養出更多理論基礎扎實、具有實踐動手能力和創新能力的高素質物聯網應用型本科人才是擺在高校計算機網絡教師面前的重要課題。

本文從分析普通高校計算機網絡課程教學中存在的問題出發，在明確物聯網時代計算機網絡教學目標的基礎上，對計算機網絡課程的教學方法進行深入分析和研究。

1 計算機網絡教學現狀分析

物聯網時代對高校計算機網絡的教學提出了更高的要求。然而，調查表明目前計算機網絡課程的教學內容相對滯后，飛速發展的網絡技術與單一的教學方式矛盾日益突出，制約了教育質量的提升。此外，一些高校的實驗室建設緩慢，設備更新不及時，學生實驗教學往往無法正常進行，從而對教學效果起到消極影響。目前，普通高校的計算機網絡課程教學普遍存在的弊端主要表現在：

1.1 教學學時偏少，教學方式單一

隨著教學改革的深入，高校的教學總學時在縮減，作為物聯網技術核心課程的計算機網絡也難以幸免。大部分教師為了完成教學計劃，僅僅采用單一的傳統講授方式，進行快速的填鴨式的教學，希望通過向學生灌輸教學內容，實現知識的傳授。在這種傳統的教學方式下，學生在教學過程中始終處于被動受灌輸的地位，不容易引發興趣，且難以在頭腦中建立完整的網絡體系結構和物聯網框架體系，因而這種教學方法難以滿足實用型、研究型物聯網人才培養的需求。

1.2 教材更新緩慢，教學內容滯后

物聯網的發展使得計算機網絡技術迅速發展，新應用、新技術不斷涌現，同時也要求技術人員能動態更新網絡知識。雖然現有的網絡教材不斷推陳出新，但是其更新的速度遠不及網絡技術的發展。許多與物聯網相關的網絡新技術如Ad hoc網絡、傳感器網絡、體域網知識等都未能及時補充到教材里，造成計算機網絡教材在內容上的滯后性與局限性，如果教師在授課過程中不及時調整補充教學內容，教學內容的前瞻性、系統性與實踐性必定無法得以保證。

1.3 實驗條件受限，教學理論與實踐脫節

網絡設備成本高而且更新換代快，受高校辦學經費的限制，普通高校一般無法建立與時代相適應的、功能完善的網絡實驗室。已有的網絡實驗室的設備也無法及時更新和補充，調查表明，實驗室設備的更新改造往往很難及時跟上網絡技術的發展。這種狀況下教師在授課過程中往往只能側重理論知識的講解，很少將理論和實踐相結合，學生更難有機會從事網絡技術驗證和實踐活動。這勢必導致高校網絡教學出現理論與實踐嚴重脫節，學生缺少解決實際問題能力的狀況。此外，物聯網對國內不少高校來說還是比較新鮮的事物，實驗設備手段更為缺乏，學生難以在實驗室建立物聯網的原型系統和應用實例，這也必將導致學生覺得課程內容抽象空洞，理解與掌握比較困難。

上述問題直接影響計算機網絡課程的教學質量。因此，在明確計算機網絡教學目標的基礎上，探索科學的教學方法，有效激發學生的學習興趣，培養學生的創新性思維，改進實驗方式，提高教學的成效勢在必行。

2 物聯網時代計算機網絡的教學目標

計算機網絡是物聯網的基礎，物聯網是網絡的拓展應用和延伸［4］。物聯網是在計算機網絡的基礎上，利用智能感知、自動識別等技術，通過網絡互聯，進行處理和知識挖掘，實現人與物、物與物的信息交互和無縫連接，達到對物理世界實時控制、精確管理和科學決策目的［3］。物聯網是目前的一項熱門技術，它給人們的生產和生活方式帶來深刻的變革，給整個信息技術領域帶來了前所未有的挑戰，同時給高校計算機網絡的教學提出了新的目標與要求。普通高校的計算機網絡教學，要緊扣時代的脈搏，確立與時代相適應的教學目標：1）要求能熟練掌握計算機網絡的基礎理論知識和網絡操作，能高效使用各種網絡資源為生活、學習和工作服務，例如能自如的運用百度、常青藤和google等搜索引擎，快速定位各種服務資源；2）掌握網絡管理、網絡系統集成、網絡安全等知識和技能，基本勝任網絡設計、網絡管理與維護等工作，能進行移動web等網絡系統開發；3）初步具備從事物聯網工程領域的系統設計、系統分析、科技開發及研究的理論基礎和實踐能力。

3 解決思路

要達到上述的教學目標，我們認為可以從以下幾點進行改進：

3.1 互動教學提高學生的學習興趣

興趣是最好的老師，在計算機網絡教學過程中激發學生學習的興趣可以極大活躍課堂氣氛，增強教學雙方的互動性，這是教學取得成功的關鍵。首先，師生要共同努力創造新型的互動教學環境。教學是師生交互、共同發展的過程，師生之間的平等交流、互相尊重是取得教學成功的前提，師生間相互作用與影響是師生互動教學的關鍵。教師在課堂上積極引導學生思考問題，要善于激發學生的學習興趣，讓學生感受到自己在教學過程中的主體地位。其次，教師在課堂上要從知識傳授者轉變為科學發現過程中的引導者，同時將創新能力培養貫穿于計算機網絡課程教學的始終，在引導學生發現和解決問題的過程中，讓學生潛移默化地理解和掌握計算機網絡知識，從而激發學生的學習潛能，增強自主學習和研究能力，讓學生在業余時間能自覺練習各種Telnet、FTP等網絡應用，提高網絡的使用水平，同時探索各種網絡應用的背后的技術細節。最后，要重視課后師生間的及時溝通、交流。眾多教育實踐證實，課后交流能對提高教學效果有很大的推動作用。總之，和諧的師生互動，能有效帶動學生主動鉆研，從根本上提高教學效果。

3.2 綜合運用多種教學法提高教學效率

計算機網絡是一個復雜的系統，要在有限的學時內完成教學過程，教學內容的取舍和安排至為關鍵。教師在教學過程中應根據教學目標精選教學內容，并對課程內容進行優化，合理保留經典的網絡常識和原理，如TCP／IP的五層教學結構與工作原理，刪去一些過時的網絡技術，把重點放在目前流行的網絡技術和發展方向上，并及時將最新的sensor network等物聯網技術和相關內容引入到教學中；教師在授課中既要傳授專業知識又要培養能力，重點應從教學方法改革入手，提高學生課堂學習的參與度。要根據教學內容，選擇多種教學方法，把抽象的內容具體化，授課過程中盡量使用多媒體教學手段，設計好教學課件或CAI課件，便于學生的理解。同時也可以在課堂上適當融入網絡新產品介紹，使學生能感覺到學到了真正的應用知識。

在實際的教學過程中可以綜合以下多個教學方法：

（1）案例教學法。理論、工程與應用緊密結合是計算機網絡課的一大特點。因此在課堂上，不僅僅要重視網絡基礎理論的講解，同時也要重視網絡系統工程構建和網絡應用問題的分析，使理論與實際密切地結合。在教學中有意識地選擇一些典型網絡案例進行剖析，比如讓學生通過對本校的校園案例的調查、思考、分析、討論和交流等活動，逐漸獲得一定的實際校園網建設經驗，反過來加深對局域網、網絡設備等基本概念和基本原理的理解，有利于激起學生的求知欲、調動學生學習的主動性和自覺性，培養學生的自主創新能力和團隊合作能力，從而有效提高學生獨立分析問題和解決問題的能力。

（2）項目導向法。選擇部分學有余力、對科研有熱情的同學加入教師的科研課題組，并為其分配一定的科研任務。教師在項目教學過程中，只起到指引和輔導的作用。讓學生在任務的驅動下，分工協作完成項目的部分工作。在項目開展的過程中，可以給學生有更多的發揮空間，督促學生積極參與，培養鍛煉學生的實踐能力和團隊合作精神，提高學生的綜合素質。如：針對網絡的數據流控的學習，可安排學生合作完成IP包流量分析系統，讓學生實現捕獲IP數據包、統計數據包的功能，要求該系統能對特定端口、特定應用程序如Telnet、Pop3、SMTP等進行數據觀察。

（3）研討教學法。由于計算機網絡技術發展迅速，其新技術層出不窮，為此，可采用研討教學法拓展學生的知識面。可針對網絡中一些重要概念、新技術專題和物聯網應用的專題制定研究課題，供學生選擇如表1所示。研討課前在教師指導下由學生通過自學、查閱文獻資料，讓學生針對某些網絡概念和專題發表自己的理解和看法，以得到更多獨立思考的機會。同時，可針對重點題目和學生感興趣的主題組織開展課堂討論，開闊學生視野，培養學生思維的廣度和深度。研討教學法能提高學生主動獲取知識的能力，同時培養學生接受新知識與繼續學習的能力，適應網絡技術的快速發展，節約有限的課堂教學時間。

表1 計算機網絡研討專題

3.3 積極開展實驗教學

計算機網絡是一門應用性很強的課程，需要通過實驗教學深化和補充理論教學的不足，使學生加深對網絡理論知識的理解，同時提高應用實踐能力［5］。然而高校的實驗室狀況制約了學生的實踐活動。有條件的高校最好能建立完善的網絡實驗室，讓學生在真實的網絡環境下進行訓練。對于條件受限的高校，也可以使用Netsim等軟件代替。該軟件支持大量的交換機、路由器、無線網絡等設備仿真模型，模型的配置命令和界面同真實設備幾乎完全一樣，這樣可以增加學生對網絡配置的感性認識。此外，可以借助NS2、OPNET等現在常用的網絡仿真工具，專門針對特定網絡環境進行仿真實驗，測試網絡協議算法性能，模擬現有常用的網絡協議。甚至可以利用這些軟件對網絡的數據包進行模擬，通過仿真實驗，使學生對網絡的數據傳輸協議等方面的內容有直觀的了解，加深學生對網絡環境的數據分組、傳輸和轉發等概念的理解，也為今后學生進行網絡的研究打下基礎。

4 結 論

計算機網絡課程是信息類專業的一門重要基礎課，實踐性較強，隨著物聯網時代的到來，計算機網絡的教學需要不斷的變革。本文從多年教學實踐出發提出了幾點看法，通過互動教學，注重多種教學法相結合，優化教學內容，加強實驗教學環節，探討了更加切合實際情況的教學方法，為培養高水平物聯網人才提供可靠的途徑。

［1］錢志鴻，王義君.面向物聯網的無線傳感器網絡綜述［J］.電子與信息學報，2013，35（1）：215-227.

［2］張毅，唐紅.物聯網綜述［J］.數字通信，2010，40（4）：24-27.

［3］謝希仁.計算機網絡［M］.5版.北京：電子工業出版社，2008.

［4］孫其博，劉杰，黎羴，等.物聯網：概念、架構與關鍵技術研究綜述 ［J］.北京郵電大學學報，2010，33（3）：105-106.

［5］徐明偉.計算機網絡原理實驗教程［M］.北京：機械工業出版社，2008.