知識與能力協同培養的高職《計算機網絡》課程教學改革與實踐

摘 要：從教學實踐中可以體會到傳統的教學方法很難讓學生達到真正“掌握”網絡技術的教學目的。根據職業教育學生的特點，要想提高學生對計算機網絡理論知識的理解與實際動手能力，適應信息化社會對人才需求的變化，應該注重知識與能力的協同培養，在強化學生網絡理論知識的同時，提高網絡軟件編程能力。

關鍵詞：“自頂向下”教學法；應用驅動；互聯網；編程能力

作者簡介：涂風濤（1976-），男，江西南昌人，豫章師范學院信息科學系講師，研究方向為網絡安全和計算機教學。

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1001-7518（2017）32-0067-03

計算機網絡技術的成熟與互聯網應用的普及，已對計算機網絡教學產生了重大的影響。這種影響集中表現在教學體系與內容的變化，以及社會對網絡技術人才需求的變化兩個方面。當今網絡行業發展的變化，要求高職院校計算機網絡工程專業的學生，更是需要具備在網絡環境中開發軟件的能力。因此，筆者以為基于“自頂向下”的教學理念，對計算機網絡課程進行教學改革，把網絡能力和素質的培養落實到教學實踐中顯得尤為需要。

一、“自頂向下”教學方法

“自頂向下”教學方法是以自頂向下的方式來講授網絡，也就是按照OSI模型的順序，從應用層開始向下一直講到物理層。在教學中，教師采用“應用驅動”模式來構建整個教學過程，講授主要網絡概念。通過對互聯網應用系統的相關概念和功能的講解，引出相應的設計任務，按照OSI模型自頂向下，層層解析，探討網絡應用系統設計方法和實現技術[1]。學生按任務要求去學習設計和實現網絡應用系統的相關內容，以此來培養他們遵循問題解決流程，分析網絡工作原理的能力，引導他們掌握分析、設計和實現網絡應用系統技術[2]。在教學內容的整體安排上，把教學的重點放在了以應用層和傳輸層為中心的高層，強調網絡應用層案例與編程，讓學生在使用網絡應用程序環境中進行學習和創新。

二、教學內容設計

在教學內容設計中采用“自頂向下”的教學設計思想，著眼于深入解析互聯網應用系統的設計與實現方法，采用“端系統與核心交換”的結構模型，如圖1所示。這種結構模型將復雜的互聯網結構抽象為“端系統”與“核心交換”的概念，突出網絡應用與應用層協議，配合“網絡應用體系結構”的概念，以實現網絡應用功能所需低層提供的服務為線索。在結合互聯網應用系統工作模型和網絡應用層協議的基礎上，再探討低層網絡提供的相關服務，形成一個完整的思維結構：即“提出問題”——描述網絡應用系統的功能需求；“分析問題”——實現網絡服務功能的工作模型與應用層協議的設計；“解決問題”——編寫實現應用層協議的網絡應用體系結構的代碼。“網絡應用體系結構”指的是學生在設計應用程序時，規定如何在各個端系統上組織網絡應用程序。在選擇網絡應用體系結構時，學生可以選擇現代網絡應用中使用的兩種主流體系結構之一：客戶機/服務器（Client/Server）體系結構或對等（Peer-to-Peer）體系結構。我們在實踐中發現，這種組織方法有利于學生對網絡原理與實現技術的理解。因此，在教學內容安排上，教師在介紹WAN、LAN與MAN等傳輸網技術發展和演變的歷史基礎上，突出對網絡應用層、網絡應用體系結構，以及軟件設計方法的講解[3]。

教學中，從最基本的網絡原理出發，通過總結提煉，讓學生一步步了解網絡技術的發展，理解網絡的基本設計原理。通過對處理網絡問題的基本方法的掌握，也潛移默化地培養了學生接受新知識、研究新知識的鉆研能力，這也是我們在計算機網絡課程教學中以“不變”應“萬變”的基本思路。

此外，基于“自頂向下”的理念，采用“應用驅動”的教學思路，把互聯網應用作為研究對象，從實現設計目的出發，按進程通信的實現，層層推進，直到底層的數據傳輸層的順序來組織相關教學內容。

互聯網作為《計算機網絡》這門課程的教學研究目標是因為互聯網已經變得無所不在，使用互聯網的體系結構和協議，來學習基本的計算機網絡概念。因為我們的關注焦點是互聯網，這反映在圍繞互聯網體系結構的五層模型來組織教學，這五個層次分別是應用層、運輸層、網絡層、鏈路層和物理層。對于發展成熟的互聯網而言，許多關鍵性基礎問題都已分析的相當透徹。像在網絡運輸層上，存在的主要關鍵問題是如何建立可靠通信；網絡層上的主要關鍵問題是如何在Router之間找到“最優”路徑；數據鏈路層上的主要關鍵問題是多路訪問信道的共享。學習這些原理將使學生獲得具有長“保質期”的知識，即使今后的網絡標準和協議不斷發展變化，其中的原理仍然重要。我們發現，在學習互聯網體系結構之后，然后再通過強調網絡中的基礎性問題和解決方案，學生能夠快速理解大部分的網絡技術。

當然，聚焦互聯網還有一個好處是，許多計算機專業的學生都渴望學習互聯網及其技術。學生已經知道互聯網是一種革命性的技術，網絡改變了我們的生活方式。通過對互聯網的了解，激發了學生們對其內部原理的求知欲。因此，一旦用互聯網作為定向焦點，教師就更易于調動學生們學習網絡基本原理的積極性。通過多個學期的學生問卷調查，我們發現采用“自頂向下”方式的教學與傳統的教學相比，學生學習計算機網絡課程持續保持興趣度的人數比例發生了明顯的變化（如圖2所示）。

三、強化網絡應用軟件設計與編程能力培養

為了適應網絡行業對高素質網絡人才的需求，我們必須堅持“理論教學與能力培養并重，強化網絡應用軟件設計與編程能力培養”的教學改革。

在網絡課程的教學過程中，講網絡原理必須講網絡協議，講網絡協議必然涉及一些規定。如果只通過網絡硬件和軟件產品來組織教學，必然會導致學生“只知其表”的狀態，學習也只能停留在技能培訓的水平上。以往的教學經驗告訴我們，僅僅通過書本和課堂學習而掌握的網絡知識，對于學生來說是初淺的。學生們往往是通過大量做題、死記硬背而“掌握”很多的網絡概念，順利通過考試。但要真正理解網絡理論，提高應用能力，是需要通過項目實訓來達到的。

雖然計算機網絡和軟件編程課程是計算機專業中獨立的兩門課程，但是由于當前大多數軟件是運行在網絡環境中，所以網絡課程的教學離不開軟件編程，并且兩者之間還保持了緊密的聯系。通過開發網絡應用軟件，即能強化學生對網絡技術的理解，又能提高他們的網絡軟件編程能力。因此，采用了網絡理論與項目實訓相結合的指導思想，強化學生網絡技術能力的培養。

為了加強學生在計算機網絡和互聯網應用系統設計與軟件編程能力上的訓練，在總結多年科研與教學經驗的基礎上，提煉出與課程內容相適應的網絡編程實訓項目。例如，教師在向學生講授網絡層的相關知識點時，設計了一個“IP數據包捕獲程序設計”的實訓項目。通過這個項目開發，讓學生更加理解了網絡層的基本概念，IP協議的主要特點，IP數據包的結構，以及IP數據包捕獲的工作原理。在項目設計時，我們首先向學生提出相關的設計要求；學生根據需求寫出相應的開發文檔；然后學生按小組一起討論解析項目的關鍵問題，教師參與輔導；最后要求學生以小組的形式完成項目的程序代碼設計，教師評判的標準是看所設計的程序是否滿足設計要求，小組成員分工是否明確，編程是否規范，注釋是否清晰等因素。

在任課和實訓教師的指導下，學生們可以循序漸進地完成網絡編程的課程設計，加深對網絡工作原理和實現方法的理解，加強在計算機網絡與互聯網環境中開發應用系統與軟件的能力，適應社會對具有網絡應用系統設計與開發能力的高水平人才的需要。

四、“自頂向下”教學法的優點

教學實踐反饋證實了在教學中采用的這種“自頂向下”的教學方法有許多好處，并且的確很好實施。

首先，“自頂向下”教學法特別強調應用層，因為它是網絡中最重要的應用領域。許多近期“革命”都發生在網絡的應用層上，像文件共享、互聯網應用和流媒體等。及早強調應用層的教授，不同于傳統教學中所采取的方法。傳統教學中只介紹了少量的網絡應用和需求，應用層范式（Client/Server體系結構和Peer-to-Peer體系結構），以及應用編程接口方面的內容，這已與行業需求存在一定的差距。

其次，作為教師的經驗是，在課程開始后就教授網絡應用的內容，是激勵學生學習積極性的有效工具。學生們從開始學習《計算機網絡》便急切想知道自己每天都在使用的萬維網服務和電子郵箱是如何工作的。學生們一旦理解了這些網絡應用程序的工作原理，便能激發他們學習相關網絡服務，以及探究在低層次中如何提供與實現這些服務的學習興趣。所以，網絡應用程序的講解是保持學生學習該課程積極性的重要手段。

最后，通過“自頂向下”教學，使學生能夠較早的掌握Socket編程、服務模型，以及網絡協議的概念，這些重要概念為進一步的深入學習掃除了障礙。通過提供用語言編寫的套接字編程的例子，我們強調的是主要思想，而不是使學生們陷于復雜代碼的困境，使計算機網絡專業的學生理解這些代碼變得更加容易，提高了他們的應用技能。

五、教改效果

按“自頂向下”方法組織計算機網絡教學內容，并采用“應用驅動”的思路進行課程教學改革后，使學生獲得了較佳的學習體驗，提高了學生的網絡理論知識水平（如圖3所示），強化了網絡應用軟件設計與編程能力（如圖4所示）。

社會對網絡技術人才的需求從初期的主要具備網絡規劃組建知識與技能型，向進一步掌握網絡應用系統設計與軟件編程能力的方向發展。社會對網絡技術人才的需求從早期小批量、建設性人才，向大規模、多層次、能適應社會各行業對具有網絡應用軟件系統設計和開發能力的高水平人才的方向發展。面對新技術與人才需求的變化，職業院校計算機網絡課程教學一定要適應形勢發展的需要。因此，采用“自頂向下”、“應用驅動”思路的教學改革，將成熟的互聯網應用技術、傳輸層協議與網絡技術的最新發展有機地融合起來，很好地處理了網絡教學內容中的“變”與“不變”的關系，從而使學生具備了以“不變”應“萬變”的能力，更好地適應了社會對網絡技術人才需求的變化。

參考文獻：

[1]王濤，吳振強，任平安.自頂向下還是自底向上？——論計算機網絡原理課程教學模式[J].計算機教育，2011（24）：65-68.

[2]胡靜，等.網絡工程專業的網絡編程課程教學與改革[J].計算機教育，2014（18）：35-38.

[3]陳鳴，等.計算機網絡課程教學的思考與創新[J].高等教育研究學報，2008（2）：66-68.

責任編輯 時紅兵