計算機網絡課程的分級分專業教學模式

2019-12-04 15:52:20薛文生王明明

計算機教育 2019年4期

薛文生，薛濤，王明明，王偉

（西安工程大學計算機科學學院，陜西西安 710048）

0 引言

計算機網絡技術已經成為當代大學生必須掌握的一門基本技能，為了保證大學生對計算機網絡知識和技能的掌握，開設計算機網絡課程就成了必然的選擇。然而，面對眾多學科和專業怎樣設置計算機網絡課程呢？經過多年摸索、實踐、思考和總結發現，計算機網絡課程的教學可以分為兩級N類：針對非計算機學科的計算機網絡公共基礎課和針對計算機學科的計算機網絡學科平臺課；針對不同的專業，又可以把計算機網絡學科平臺課分為N類。

具體執行時按兩級分為2門課程：全校非計算機學科開設計算機網絡公共基礎課；計算機學科開設計算機網絡學科平臺課。計算機網絡學科平臺課的N類體現在課程教學大綱的制定上，可以把計算機網絡學科平臺課的教學大綱分為3個部分：第一部分是網絡基本概念、基礎理論和通用技術；第二部分是分專業擴展和提高；第三部分是專業技術實踐。第一部分屬于計算機學科的基礎內容，所有專業必修；第二、三部分針對不同專業選修。授課方式上，第一部分以課堂講授為主；第二部分以學生擴展閱讀和課堂討論為主；第三部分以課程設計的方式進行，讓學生根據自己的專業方向和興趣選擇不同的設計題目。

1 計算機網絡教學現狀

隨著社會的普遍需要，各個高校基本上都開設了計算機網絡相關課程，并將其作為全校的公共基礎課程，而對于計算機網絡課程的教學，基本上都是采用統一的教學大綱授課。由于不同專業方向對計算機網絡知識的需求差異較大，采用統一標準的授課方式，導致課程教學缺乏針對性，不能對各專業方向起到良好的支撐作用。同時，計算機網絡又是一門多學科交叉、知識點多且更新快、理論聯系實際強且較難學習的課程。為了滿足多個專業方向的需要，教學中需要面面俱到，在課程學時有限的情況下，課堂教學只能蜻蜓點水、點到為止，致使學生只能了解基本概念，難以深入理解計算機網絡相關理論，更難在各自的專業領域中很好地應用網絡技術。如果不能很好地解決這個問題，計算機網絡在學生專業知識和技能的培養中所起的作用將大打折扣[1]。

為了針對性地解決以上問題，一些高校對計算機網絡課程進行了教學改革嘗試，比較典型的教學模式主要有兩種：一種模式是將計算機網絡教學分為非計算機類（或者是文科、藝術類）和計算機類（或者是理工類）兩級教學模式，這種模式只是簡單地分為兩級，隨著非計算機類專業開設的網絡課程不斷增多和計算機類專業的進一步細化，這種簡單的兩級教學模式與學生的需要越來越不適應了；另一種模式是將計算機網絡的教學內容劃分為計算機網絡原理、網絡設備開發、網絡安全技術、網絡管理、互聯網應用與維護、網絡應用程序設計與開發、網絡規劃設計與系統集成等多門課程，再根據不同專業需求進行包含計算機網絡原理在內的課程模塊組合，這種模式在一定程度上提高了針對性，但就計算機網絡課程而言，仍然不能實現不同專業區分對待[2]。

為了更好地解決計算機網絡教學的針對性問題，需要探索一種更加有效的教學模式。

2 計算機網絡教學改革思路

兩級教學模式在一定程度上解決了計算機網絡教學的針對性問題，但各自存在的缺點也是很明顯的：第一種模式，只是簡單把計算機網絡教學分成了兩級，而在實際教學當中，簡單把學生分為兩級是不恰當的，也不好區分，這種兩級教學模式的效果也很有限；第二種模式，把計算機網絡知識分成多個模塊，針對不同的學生進行不同模塊的“積木式”搭配，本身是一種不錯的方法，但在實際教學當中很難實現：在有限的學時內，開設多門計算機網絡課程是不現實的。

針對以上模式的優點和缺點，綜合分析后，筆者提出一種兩級N類的教學模式。把計算機網絡教學分為兩級：第一級是作為非計算機學科公共基礎課的“計算機網絡技術基礎”課程；第二級是作為計算機學科平臺課的“計算機網絡原理”課程。每一級在實際教學當中又可以分為N類，具體N類體現在教學大綱和教學實踐當中。

第一級的教學環節分為計算機網絡基本應用和計算機網絡行業應用兩部分。計算機網絡基本應用部分包括計算機網絡基本概念、基礎理論、通用網絡技術等教學內容，這部分是必修內容，教學方法主要以課堂講授和實驗為主；計算機網絡行業應用部分，根據學生的專業和興趣選擇教學內容，采用教師引導、學生自學、課堂討論等教學形式。

第二級的教學環節分為計算機網絡基本技術及原理、計算機網絡分專業方向研究、計算機網絡分專業方向實踐等3個部分。計算機網絡基本技術及原理部分包括計算機網絡基本概念、基本原理、基本技術、基本應用等教學內容，這部分是必修內容，教學方法主要以課堂講授和實驗教學為主；計算機網絡分專業方向研究部分，根據學生所學專業對學生提出不同的要求，引導學生通過自學掌握和專業結合緊密的計算機網絡知識；計算機網絡分專業方向實踐部分，以課程設計的形式進行教學，在實際教學當中，針對不同專業學生選題不同。

這里從教學內容和教學方法兩個方面重點討論第二級教學模式。

（1）在教學內容上，針對不同專業實行專業級的分類教學，滿足不同專業學生多樣性和個性化學習的需求。

計算機科學與技術專業，課堂理論教學主要包括計算機網絡的基本概念、網絡體系結構、網絡協議的基本概念、網絡設備的工作原理、重要的計算機網絡理論；實踐環節主要包括計算機網絡的應用、網絡設備的開發、存儲網絡的實現等。

軟件工程專業，課堂理論教學主要包括網絡基本概念、網絡協議結構、網絡協議分析與設計、網絡應用程序開發；實踐環節主要包括網絡協議的設計與實現、網絡操作系統的分析、網絡應用程序開發等。

網絡工程專業，課堂理論教學主要包括計算機網絡的基本概念、網絡層次結構、網絡建設和維護、網絡安全管理、網絡設備集成；實踐環節主要包括局域網的規劃與建設、網絡維護與管理、網絡設備集成等。

數字媒體專業，課堂理論教學主要包括網絡基本概念、數據傳輸過程、數據封裝方法與技術、多媒體數據傳輸安全和傳輸性能；實踐環節主要包括大數據存儲技術實現、多媒體數據傳輸方法及性能提升、流媒體服務實現等。

（2）在教學方法上，可以分為兩種：對必修的計算機網絡基礎知識采用案例教學法；對分專業方向的內容采用教師引導、學生自學的自主研究式教學法。

案例教學法，為了加強學生對計算機網絡實際工作過程的理解，提高學生對網絡結構和網絡設備的認識，在課堂教學中將雙絞線、光纖等傳輸介質和交換機、路由器等網絡設備搬到課堂上，對照實物進行現場講解。同時，在課堂上給學生現場演示制作雙絞線接頭、設計和制作網頁、配置路由器和交換機，幫助學生更直觀、更有效地了解和掌握計算機網絡原理及網絡實用技術。另外，引導學生做一些簡單的網絡應用開發和研究工作，提高學生對計算機網絡課程的興趣[3]。

自主研究式教學法，為了培養學生的研究型學習能力，在統一講授完計算機網絡基礎知識后，針對不同專業方向的學生指定自主學習專題，要求學生組成研究小組，充分利用學校圖書館資源及互聯網查閱相關資料，結合自己所學的網絡知識和專業知識，展開某個專題的自主性學習。然后，在課堂上報告研究成果，授課老師對學生的理解能力、分析能力和研究能力進行評估。這樣可以充分調動學生的主動性和積極性，既提高了學生獨立分析問題、解決問題的能力，又培養了學生的團隊合作精神，最終提高學生的綜合素質[4]。

3 作為公共基礎課的計算機網絡技術基礎課程教學改革措施

對于全校非計算機類專業，筆者選擇第一級教學模式，即作為公共基礎課開設計算機網絡技術基礎課程。教學內容分為兩部分：第一部分是必修的計算機網絡基本概念和基礎理論；第二部分是針對不同專業的擴展知識。

在教學方法上，考慮到非計算機類專業學生的特點（如主要是紡織、服裝、文學、藝術等專業的學生，計算機基礎知識和通信方面的知識薄弱），過多講授抽象的計算機網絡理論，學生很難理解和掌握。另外，相對專業課程，計算機網絡課程的學時有限，而計算機網絡本身內容多、更新快。基于學生的情況和課程的特點，教師對課程體系結構作了調整——按照“用網、建網、管網、懂網”的順序組織教學。首先引導學生使用互聯網，在使用過程中逐步掌握網絡基本操作；然后依次學習組建小型局域網和中等規模的局域網；進而掌握網絡維護和管理的基本技術；最后再講授計算機網絡體系結構、技術原理、網絡協議等理論[5]。

在教學內容上，為了使學生對紛繁復雜的計算機網絡有一個整體的認識，同時又能在有限的時間內掌握基本的網絡技術，教師對課程內容精心組織，精講基本內容，簡要介紹計算機網絡整體概念及最新發展，既保證課程內容的整體邏輯結構，又輕重有度。經過大量實踐，在五層網絡體系結構的基礎上，對教學內容進行組織和調整：①計算機網絡基礎，包括計算機網絡的定義和分類、計算機網絡的功能和應用、計算機網絡分層體系結構、計算機網絡的組成和結構；②數據通信基礎，包括數據通信的基本概念、數據通信的基本理論、數據傳輸和交換技術；③OSI參考模型，包括計算機網絡分層思想、OSI參考模型的分層及各層的功能、數據封裝和傳輸基本理論；④局域網基礎，包括局域網的特點和功能、以太網的結構和應用、虛擬局域網的劃分及應用、無線局域網的特點及應用、局域網操作系統的安裝及使用；⑤網絡互聯技術及設備，包括網絡互聯的必要性及存在問題、網絡互聯技術及應用、網絡互聯設備的配置和使用；⑥TCP/IP參考模型，包括TCP/IP參考模型的層次及各層的功能、TCP/IP參考模型各層的主要協議及協議工作原理、TCP/IP協議的應用；⑦因特網技術及應用，包括因特網的基本概念、因特網的接入、因特網的服務、因特網的應用；⑧網絡安全技術，包括網絡安全基礎、計算機病毒及木馬防范技術、數據加密技術、網絡安全設備、網絡安全管理。

在掌握基本內容的基礎上，教師引導學生根據自己的專業和興趣進行擴展閱讀和課外自學，如可以通過實地考察了解校園網的拓撲結構，觀察雙絞線、同軸電纜、光纖的內部結構等，可以通過查閱資料學習自己感興趣的網絡知識，也可以利用開放實驗室進行相關的網絡實驗。

4 作為計算機類專業學科平臺課的計算機網絡原理課程教學改革措施

對于計算機類專業，筆者選擇第二級教學模式，即作為學科平臺課開設計算機網絡原理課程。教學內容分為3個部分：第一部分是必修的計算機網絡基本概念、基礎理論、基本技術；第二部分是分專業的自學和課堂討論；第三部分是分專業的課程設計實踐。

第一部分必修的課堂理論教學內容主要包括：①計算機網絡概述，計算機網絡在信息時代的作用、互聯網概述、互聯網組成、計算機網絡在我國的發展、計算機網絡的類別、計算機網絡的性能、計算機網絡體系結構；②物理層，物理層的基本概念、數據通信的基礎知識、物理層下面的傳輸媒體、信道復用技術、數字傳輸系統、寬帶接入技術；③數據鏈路層，使用點對點信道的數據鏈路層、點對點協議PPP、使用廣播信道的數據鏈路層、擴展的以太網、高速以太網；④網絡層，網絡層提供的服務、網際協議IP、劃分子網和構造超網、網際控制報文協議ICMP、互聯網的路由選擇協議、IPv6、IP多播、虛擬專網VPN和網絡地址轉換NAT、多協議標簽交換MPLS；⑤傳輸層，傳輸層協議概述、用戶數據報協議UDP、傳輸控制協議TCP概述、可靠傳輸原理、TCP報文段的首部格式、TCP可靠傳輸的實現、TCP的流量控制、TCP的擁塞控制、TCP的傳輸連接管理；⑥應用層，域名系統DNS、文件傳送協議FTP、遠程終端協議TELNET、萬維網WWW、電子郵件、動態主機配置協議DHCP、簡單網絡管理協議SNMP、應用進程跨越網絡的通信、P2P應用。

第一部分必修的實驗教學內容包括：①LAN組網及系統配置，局域網拓撲結構及組網設備的認識、計算機網卡的參數配置、IP地址及網絡掩碼的規劃與使用、網絡測試工具的使用；②網絡協議分析，下載安裝網絡協議分析軟件Wireshark、熟悉網絡協議分析軟件Wireshark的功能及使用方法、用Wireshark工具捕獲數據包、借助Wireshark分析工具對捕獲的協議數據單元進行分析；③路由器配置，路由器端口的認識、路由器連接及配置方法實踐、路由器不同配置模式下的配置命令的掌握、路由器基本參數的配置、靜態路由配置及連通性測試、動態路由協議配置及網絡連通性測試；④網絡服務配置，Web服務器軟件的下載和安裝、Web服務器軟件的配置、創建測試網站并制作測試網頁對Web服務器進行測試、FTP服務器軟件的下載和安裝、FTP服務器軟件的配置、使用FTP命令對FTP服務器進行測試。

第二部分，針對不同專業的分專業方向研究部分，根據學生所學專業對學生提出不同的要求，引導學生通過自學掌握和自己專業結合緊密的計算機網絡知識，如計算機科學與技術專業，要求學生掌握計算機網絡的基本原理及網絡設備的開發；軟件工程專業，要求學生掌握計算機網絡協議原理、協議分析方法及協議分析軟件的開發；網絡工程專業，要求學生掌握企業網絡的規劃、設計、實施和維護；數字媒體專業，要求學生掌握計算機網絡的基本原理，同時可以用多媒體展示各種網絡原理及數據傳輸過程。

第三部分，計算機網絡分專業方向實踐部分，以課程設計的形式進行教學，在實際教學當中，針對不同專業學生選題不同，如計算機科學與技術專業，要求學生選擇“路由算法設計及路由器模擬軟件開發”；軟件工程專業，要求學生選擇“協議分析軟件開發及網絡協議分析”；網絡工程專業，要求學生選擇“企業網絡規劃設計及網絡模擬實現”；數字媒體專業，要求學生選擇“網絡原理多媒體學習網站設計開發”。具體而言：①路由算法設計及路由器模擬軟件開發，教學內容包括計算機網絡體系結構、網絡設備工作原理、路由算法、路由協議、路由器模擬軟件開發。教學要求理解計算機網絡系統結構及網絡設備工作原理、掌握計算機網絡應用及網絡設備開發。②協議分析軟件開發及網絡協議分析，教學內容包括網絡協議分層結構、網絡協議工作過程、協議數據單元結構、協議分析、協議設計，協議分析軟件開發。教學要求理解網絡協議的層次結構及網絡協議的工作過程、掌握網絡協議的分析方法及網絡協議的設計與應用。③企業網絡規劃設計及網絡模擬實現，教學內容包括網絡工程設計三層層次模型、網絡拓撲結構、網絡地址規劃、綜合布線，設備安裝、連接、配置，大型網絡規劃、設計、組建。教學要求深入理解網絡工程的三層層次設計模型，掌握網絡拓撲結構設計、網絡地址規劃與設計、綜合布線設計等技術，可以對各種網絡設備進行規劃、設計、安裝、連接與配置，掌握大型企業網絡設計和組建方法。④網絡原理多媒體學習網站設計開發，教學內容包括計算機網絡工作原理、網絡協議結構、網絡協議數據單元、數據傳輸過程、多媒體數據存儲、多媒體數據傳輸、多媒體網絡。教學要求理解計算機網絡工作原理、網絡協議及數據傳輸機制，掌握多媒體數據存儲及傳輸技術，掌握計算機網絡應用。

在教學方法上，充分利用因特網擴展知識面，培養學生的自學能力。

一方面，計算機網絡的發展日新月異，而網絡教材趕不上網絡的發展速度；另一方面，計算機網絡課程的教學核心是TCP/IP體系結構，而TCP/IP體系結構是因特網所遵循的標準，因此學生應該充分掌握因特網知識，學會熟練使用因特網。另外，培養學生的自學能力是大學教育階段的一個核心任務。