計算機網絡技術小型課程群教學

張奇支

摘 要：從網絡工程專業學生學習計算機網絡技術的角度入手，分析教學內容設置上遇到的問題，將計算機網絡、計算機網絡實驗課程、互聯網原理與應用、現代通信網概論4門課作為網絡技術課程群展開教學，在此基礎上介紹基于小型課程群方式展開教學的建議，詳細介紹課程群的結構設置、內容分配、教材選擇和教學形式。

關鍵詞：計算機網絡；課程群；實驗課程

文章編號：1672-5913（2017）05-0019-03

中圖分類號：G642

0 引 言

對網絡工程專業的學生來說，計算機網絡技術是本專業最重要的基礎課，其內容比較繁雜[1-2]，直接關系到后續課程，如網絡安全、網絡系統集成與管理、網絡編程和網站開發等課程的學習效果[3-4]。作為網絡工程專業的基礎教學內容，需要安排較多的學習時間，才能將知識點講清楚、講透徹。

在多年的教學實踐中，筆者發現安排兩個學期來學習計算機網絡中從底層到上層的知識較為合適，有利于學生充分理解網絡的理論知識點，并有足夠多的時間參與實驗。當前主流的計算機網絡教材主要圍繞OSI七層模型與TCP/IP協議棧四層模型組合后的五層模型來講述，比如謝希仁教授編寫的《計算機網絡（第六版）》。在使用該教材的過程中，筆者發現了一些問題，其中主要問題是教學內容的選擇與課時的分配。

在教材提出的五層模型中，物理層涉及較多的通信網內容，知識點多且分散，但該部分并非計算機網絡的核心點，可以不作為教學的重點。隨著網絡技術的推陳出新，數據鏈路層和網絡層在內容上有較多變化：舊版教材中數據鏈路層和網絡層包含的一些網絡技術已被逐步淘汰，教材僅以PPP協議和以太網協議作為代表協議進行介紹；網絡層也僅限于與IP協議相關的內容；運輸層內容變化不大；應用層的一些非主流協議（如FTP、TELNET）也逐步減少了篇幅，同時引入了應用進程跨網絡通信內容的介紹。在介紹完整體模型后，教材還引入網絡安全、無線網絡、通信網絡等其他內容。

1 課程群結構

經過幾年的教學嘗試，筆者發現將計算機網絡技術拆成幾門課，以小型課程群的方式進行教學，獲得的教學效果比較好。小型課程群包括計算機網絡、計算機網絡實驗課程、互聯網原理與應用、現代通信網概論。這4門課不僅涵蓋了傳統計算機網絡的內容，還包含了一些主流的網絡技術，同時能實現理論與實踐的緊密結合。其中，計算機網絡、互聯網原理與應用在內容上完整地包含整個TCP/IP協議棧的內容，這部分是整個網絡工程專業知識體系結構的基礎，為學生后續學習網絡編程、網站開發、網絡安全、網絡系統集成或管理奠定了堅實的基礎。在內容分布上，計算機網絡強調底層通信協議，互聯網原理與應用強調對高層應用的理解和開發能力，現代通信網概論從橫向角度對網絡技術進行了擴展。計算機網絡實驗課程是計算機網絡的配套實驗課，將理論知識應用在實驗中，加強了學生的應用能力。課程群的課程內容對培養“具有較強的網絡工程專業知識和工作能力的高級專門人才”起到打基礎、長內功的作用，其基石作用在專業培養中不可欠缺。

1.1 課程學時學分與內容分配

建設網絡工程專業小型課程群的過程中，在學分設置上，計算機網絡、計算機網絡課程實驗、互聯網原理與應用屬于專業核心課程，分別占4學分、0.5學分和3學分；現代通信網概論屬于專業方向課程，占2學分；每個學分分配18個學時。在課程安排上，第4學期開設計算機網絡、計算機網絡課程實驗，第5學期開設互聯網原理與應用，第6學期開設現代通信網概論。

課程的具體內容分配如下：計算機網絡講述五層模型中的物理層、數據鏈路層、網絡層中的IP協議、運輸層；計算機網絡實驗課程在前者的基礎上，完成5個驗證性實驗；互聯網原理與應用除了講述五層模型中的IP路由、應用層協議，還強調基于SOCKET API的網絡編程、基于RPC和RMI的互聯網應用開發，配合3個課程實驗；現代通信網概論作為知識點的銜接課程，介紹當前或曾經出現過的通信網技術，比如通信網中的傳送網、信令網、傳統電話網、IP電話網、移動通信網、ATM、接入網技術等內容。

1.2 教材選定情況

在教材選擇上，謝希仁教授編寫的《計算機網絡（第六版）》雖然對底層協議講解較多，但應用層協議方面不夠深入。Comer D E編寫的《計算機網絡與因特網（第六版）》對應用層協議介紹較多，但在章節安排上沒有完全按自底向上的方式編排。Tanenbaum A S編寫的經典巨著《計算機網絡（第五版）》，對每部分都有詳細介紹，但全書知識點太多，接近800頁，不太適合作為師范院校的教材。

當前的解決方案為：計算機網絡繼續使用謝希仁教授編寫的《計算機網絡（第六版）》，但互聯網原理與應用使用Comer D E編寫的《計算機網絡與因特網（第六版）》。對課本中不夠詳細的內容，應通過教學課件進行補充介紹。主講教師在課堂上給出足夠的解釋，同時標注參考書籍和參考網頁內容，讓學生課后自行查閱。現代通信網概論使用楊武軍副教授編寫的《現代通信網概論》。計算機網絡實驗課程使用學院自行編寫的實驗講義。

1.3 教學新形式

從課程群的內容可以看出，整個課程群其實圍繞著“如何將信息從一臺計算機傳輸到另一臺計算機”這一問題逐步展開。重點內容體現在TCP/IP協議棧中的數據鏈路層、網絡層、運輸層和應用層的協議及相關技術。難點在于學生學完所有內容后，如何將這些知識有機地聯系起來，完整地回答前面那個看似簡單卻十分復雜的問題。

為了讓學生對問題和問題的答案有清晰的理解，在計算機網絡的第一堂課中，任課教師拋出這個問題，然后讓學生帶著問題聽課。教師每講到一處知識點的時候，適時地將問題結合起來，提示學生當前知識點與問題的關系，該知識點解決了問題中哪個細節，從TCP/IP協議的底層一直到應用層，層層強化內容與問題的關系。在講授現代通信網概論的時候，從橫向角度擴展，向學生解釋在不同環境下通信網絡或計算機網絡如何根據不同環境不斷變化技術手段，進而解決這個最基本問題。

通過幾年的教學嘗試筆者發現，采用這種小型課程群組課的方法，結合現代多媒體教學手段和上機實驗操作，學生能夠較牢固地掌握這些課程的關鍵內容，并對網絡工程的全局架構有一個整體認識，為學習其他專業課程打下良好基礎。

2 課程群實驗教學內容

作為理論的實踐部分，計算機網絡實驗課程是網工專業的核心課程之一，其設計初衷是讓學生有更多的動手機會，并在動手過程中提出問題，鼓勵實驗者自行尋找答案并進行理論解釋，從而加深其對理論知識的理解。此門課程共包含5個實驗，覆蓋課程的主要理論知識，分別是以太網抓包實驗及網線制作、小型局域網設計與VLAN配置、靜態路由配置、ARP抓包及ARP欺騙設計、TCP協議的工作原理和分析。

互聯網原理與應用課程中包含3個課程實驗，與前者不同，實驗是課程的一部分，不單獨計學分。3個實驗分別是SOCKET網絡編程設計、應用層TELNET和FTP協議分析、應用層HTTP協議分析，要求學生完成一個網絡編程程序和3個協議的抓包分析實驗。

實驗配備專門的網絡工程實驗室。實驗室共有5個機架，每個機架安裝2臺二層交換機、1臺三層交換機、4臺路由器、4臺電腦。在保證人手一機的前提下，每次能容納20名學生完成一個批次的實驗。

實驗前，教師提供實驗指導供學生預習，一些稍難的內容（比如機柜中網絡環境的搭建、如何用PC機配置網絡設備等）會在實驗前進行簡單講解。實驗過程中，主講教師和2～3名研究生在現場輔助學生，解決學生在實驗過程中遇到的問題。常見問題包括抓包軟件無法捕獲數據包、ARP欺騙實驗無法實現欺騙、添加路由后網絡無法連通等。對于遇到問題無法繼續實驗的學生，指導者會先進行原理分析，啟發學生找到問題的根源，然后找出相應的解決方法。實驗完成后，學生需要提交實驗報告并分享自己的實驗心得，重點分析實驗中遇到的問題以及解決方法。

從實驗過程和實驗報告的結果來看，兩門課程設計的實驗內容對學生理解理論知識、識記關鍵內容效果明顯。這些實驗對學生深入理解報文格式、協議原理有很大的幫助，同時能激發學生的學習興趣，使學生愿意動手“折騰”。

3 結 語

單門課程單打獨斗發展為幾門課程聯合起來形成課程群，是當前教學改革的新形式。在未改革之前，幾門計算機網絡相關課程無論課程內容還是課時安排，都存在一些交叉重疊的問題，使得部分知識點重復講述，但重點內容卻沒有足夠的課時展開。經過小型課程群建設改革后，上述問題得到了解決，整個網絡技術的內容安排也更加科學合理。學生對課程安排的滿意度大大提高，對知識的理解與掌握也更加深刻。整體上，通過幾年的實踐教學，以小型課程群方式講述當前計算機網絡的主要技術有益于學生接受、理解網絡的關鍵技術，能拓展學生的視野，提升其實際動手能力。

參考文獻：

[1]梁正友，秦亮曦，莫林.計算機網絡技術課程群建設初探[J].廣西大學學報（自然科學版），2007，32（增刊1）：201-203.

[2]趙秀梅，馬宏偉.計算機網絡課程群研究性教學改革研究[J].山東建筑大學學報，2013，28（5）：499-502.

[3]盛琳陽.面向能力培養的計算機網絡課程群建設研究[J].計算機教育，2013（14）：5-8.

[4]于明遠，王子仁，熊麗蓉.向慕課發展的計算機網絡課程群建設[J].計算機教育，2014（10）：78-81.

（編輯：孫怡銘）