計算機網絡實驗教學中的“雙真”教學模式構建

陳平平，譚定英，耿笑冉，王云天，林育蓓

（1.廣州中醫藥大學 醫學信息工程學院，廣東 廣州 510006；2.華南理工大學 軟件學院，廣東 廣州 510006）

0 引言

計算機網絡課程是計算機專業非常重要的一門必修課，其中涉及的理論、技術和方法來自于多個學科，且教授的內容比較抽象、枯燥。伴隨著網絡科技的持續發展，人們的生活變得便利與高效，使得計算機網絡領域的發展達到空前發展。與此同時，單一化的計算機網絡規模引入了全新的概念、實踐技能、規范標準與服務等理論知識。這些理論的出現一方面使得該規模日益龐大，系統的架構日益復雜化，另一方面也給計算機網絡的教育工作增加了相應的難度[1]。

教授學生計算機網絡課程的教師，須一改以往“滿堂灌”的教學模式，適時地在課堂上提及相關書本理論的實踐材料，結合材料與教授的知識點，拋出思考題，與學生進行分析探討[2]。為達此目標，教師須不斷地研究實踐網絡活動的包追蹤與解析所得的材料，同時，需要總結大量網絡設置和網絡故障的實際案例和解決辦法，將它與各層次的網絡知識教學進行結合，才能獲得顯著的教學效果[3]。因此，在計算機網絡教學中如何進行教學方法的改革，提升學生學習興趣，取得良好的學習效果，是一個非常值得探索和研究的課題。

1 計算機網絡課程教學中存在的問題

計算機網絡課程是計算機專業的基礎課程，無論學生畢業后的發展方向是軟件開發還是網絡管理，都需要牢牢把握住課程的基礎知識[4]。雖然學生對課程學習的主動性和踴躍度都很高，但有時教學實踐卻總達不到理想效果，教師教得吃力，學生聽得抽象，知識點離散，學習起來困難，造成了教與學之間的突出矛盾[5]。計算機網絡課程在教學中存在以下問題。

1）課程本質決定課程研習難度大。

計算機網絡課程內容多樣，根據計算機網絡架構的分層思想進行授課，同時介紹部分重要的網絡設備工作原理，其主要內容涉及TCP/IP 協議，域名系統DNS，文件傳輸協議FTP，開放式系統互聯OSI[6]，交換機、路由器的工作原理以及網絡安全管理等知識點。在教授這些知識點的基礎概念時，學生極容易失去對相關概念的辨識力，落入概念的迷霧中，不得要領，極大地降低了學生學習的活躍性與主動性，使得教學預期目標難以達成。

2）實驗基礎不扎實導致理論轉化技術難。

傳統教學模式注重于理論教學，使得教學內容與課程實踐嚴重脫節，造成了開展計算機網絡理論課程并進的實驗課程的難題[7]，不但受到經濟財力、國家政策等的限制，且實驗的內容也不好進行構造與組織，故針對計算機網絡的課程有很多所高校都不會開設專業實驗課，僅僅只有課堂上的理論教學[8]。而有些開設了實驗課程的高校給學生發布的實驗內容也只是一些簡單的操作，比如IP 地址的設置、制作網線等。這些操作不僅對學生沒有產生實在的幫助，反而導致學生對本門課程的學習熱情直線下降，達不到理想中的教學效果。

在教學過程中，指導教師數量遠不及學生數量，且實驗要求的環境也難以搭建，致使學生在學習興趣與積極性高的情況下，得不到及時的實驗鍛煉。除此之外，在教授時，較大一部分教師側重于計算機網絡的基礎知識，而忽略了培養學生的動手能力，使得學生具體化實踐的過程中處處“碰壁”[9]。

3）以教師為中心的傳統教學模式導致培養的網絡人才不能適應社會需求。

目前以教師為中心的傳統教學模式，不僅使教學模式無法適應計算機網絡課程本身的特點的要求，還從根本上忽略了學生認識的主體作用。經過一段時間的調研，大多數學生一致認為計算機網絡課程枯燥，抽象化的內容僅靠記憶難以掌握課程的全局，畢業后位于網絡工程實踐方面的順應能力差，辦公能力不濟，致使滿足不了社會對互聯網工程師相關職業的需求。

2 “雙真”教學模式實施方法

在教學過程中采用“雙真”教學模式，“一真”為應用網絡管理軟件掌握協議的真實工作過程，“二真”為應用真實的網絡故障案例，加強學生的學習興趣，培養學生解決實際網絡問題的能力。通過這種“雙真”的教學模式，引入網絡管理軟件以及互聯網上的真實案例，使得網絡協議和層次等基本概念的教授直觀而生動形象，填充了教學工作中的不足，解決了傳統課程內容抽象、不易理解與無法操縱、缺少實驗等難題，學生更容易把握關鍵含義，一定程度上增加了學生的學習興趣，并且為后繼的課程奠定了很好的基礎，如網絡工程實踐、網絡安全等課程。教學模式實施流程圖見圖1。

圖1 教學模式實施流程圖

3 實施過程舉例

1）“一真”為應用網絡管理軟件掌握網絡協議的真實工作過程。

通過應用網絡管理軟件剖析協議的真實工作流程，把“內容抽象，難以理解”的網絡協議知識點具體化、真實化。在實施過程中，選取Sniffer Pro 網絡管理軟件，Sniffer Pro 是一款一流的便攜式網管和應用故障診斷解析軟件，網絡不論是處于有線還是無線中，網絡管理人員都能夠通過它來實時地進行網絡監視、數據包的捕抓和網絡故障診斷分析，它的特性決定了將它運用在計算機網絡課程的教學中是非常適宜的。

教學實驗內容以把握使用ping 命令為例：傳統的教學中僅僅要求學生使用ping 命令訪問某個地址，之后查看和觀察結果，關于詳細的運行過程則無法進一步解釋。針對這一問題，在教改模式下的實施步驟如下。

（1）向學生公布學習任務：使用ping 命令ping 同一個局域網的IP 地址和非同一個局域網的域名地址（非IP 地址），然后再使用協議解析軟件抓獲兩個過程的數據包，進行比較并分析。教師首先可對過程理論解析，如ping 同一個局域網內的IP 地址，數據包發送過程為“PC->‘ping的IP 地址’”，中間不需要經過網關，如ping 非同一個局域網的IP 地址，數據包發送過程為“PC->網關->‘ping 的域名地址’”。以ping 外網某域名地址“www.xyz.com”為例，www.xyz.com 是不能用來充當發送的數據包網絡層的IP目的地址的，因此首先要經過訪問DNS 服務器獲得相應的IP 地址，只有獲得了目標域名的IP地址才能將數據包發送成功。當取得了www.xyz.com 所對應的IP 地址后，還需利用ARP 協議發送ARP 請求獲取網關的MAC 地址，然后通過網關，才能把數據包發到外網。但在實驗過程中，絕大部分同學抓獲的數據包并不完整，通常欠缺詢問網關MAC、訪問DNS 詢問域名對應IP的過程，見圖2。

圖2 缺少數據包的結果

（2）針對捕獲結果的不完整，引導學生自行尋找分析原因。將理論知識與實踐結果相結合，剖析原因得到：計算機會對ARP 詢問的結果以及DNS 查詢到的結果進行緩存記錄，假如計算機并非第一次訪問網關和www.xyz.com，那么計算機將不再發送ARP 數據包，同樣也不需要再次訪問DNS 服務器，而是直接從緩存區讀取結果。

（3）分析出原因后，引導學生探討該怎樣做才能獲得完整的記錄。利用所學理論知識，學生們舉一反三，得出首先需要應用ARP -d 命令將ARP 記錄清除，并用DOS 命令ipconfig flushdns清空DNS 緩存，然后再次運行ping www.xyz.com 。查看Sniffer Pro 記錄的整個過程，見圖3。

圖3 完整數據包的結果

本教學案例通過網絡分析軟件，結合“導入式”“問題法”等教學手段，在講解過程中步步設問，讓學生緊跟教師講課思路，不僅練習ping的使用方法，還對之前課堂上講授的ARP 協議、DNS 查詢過程與相關知識等進行簡單的復習，讓各大知識點能被有機地融合，適度提升學生分析解析、處理問題的能力。

2）“二真”為采用真實網絡設置和網絡故障案例，提高學生動手解決實際問題能力。

前面是“一真”的實施，接下來繼續以剛才提到的ping 命令為例，介紹“二真”的實施。通過剛才所說的網絡協議分析工具，學生了解了ping 命令的工作流程和它所利用的協議，接下來，應該引導學生如何利用ping 命令判斷實際網絡的工作狀態和排除簡單的網絡故障。

首先，教師先拋出一個常見的網絡故障，例如ping 命令失敗了，無法連通目的主機，不能上網，可以讓學生根據故障現象進行分析、討論，確定可能引起網絡故障的原因，進行故障排除。

在“define filter”里面選擇ICMP 協議和IP ARP 協議，然后用ping 命令ping 內網一個不存在或者沒有打開的機器IP 地址，用sniffer 抓包，查看得到的結果，問是否都能抓到ICMP 包和ARP 包？ 引導學生解決這種真實存在的故障。接下來ping 外網一個不存在的IP 地址，用sniffer 抓包，查看得到的結果，問是否都能抓到ICMP 包和ARP 包？在完成以上兩種真實存在的故障后，讓學生比較上面兩種情況的不同，并且分析產生不同的原因。還可以讓學生先把網卡禁用，然后ping 默認網關，查看結果，并分析為什么會有這樣的結果。

這種實驗設置能讓學生自己動手排除網絡故障或者分析網絡故障原因并提出自己的解決方案，同時讓學生記錄詳細的操作步驟和相關數據。通過故障現象分析，排除網絡故障，使學生能主動思索、探討，激勵學生的學習熱情，提升教學效率和學生實踐動手能力。

4 效果測評

教學觀念的改變須以學生為主體，促進其主體發展。通過構建“雙真”模式的教學方法，教師在教學過程中充當的角色就似一位導演，而相較于教師，學生就是一部作品中的演員，在導演的一步步指導下，慢慢地逼近目標的過程中，學生與學生之間、學生與教師之間默契配合，便可共同實現教學目標與要求，成就一部無瑕的作品。以這為基礎，教師在授課時應掌握好教學中的樂觀因素與學生學習的活躍性，培養學生的學習興致，從根源上轉變學生被動的學習形式。

教學團隊教師通過問卷、開座談會、試卷分析等方法進行教學效果的評測與總結，并對實施了“雙真”教學模式的教學單元與沒有實施“雙真”教學模式的教學單元進行對比。同時采用效果跟蹤法，加強與畢業后進入工作崗位學生的聯系，特別是網絡公司或者進入網絡部門工作的學生，隨時收集他們在工作中遇到的實際網絡問題，并通過調查問卷等方式對已畢業的學生跟蹤“雙真”教學模式的教學效果，見表1。

表1 教學模式實施前后教學效果對比

5 結語

“雙真”教學模式是探究培養學生實際處理問題能力的教學渠道，目標是使學生牢牢把握計算機網絡課程的基礎概念知識，同時還在此基礎上，使學生掌握解決繁雜問題的思路想法與基本方法，增加了學習機會，培育出擁有發覺問題、處理問題以及著手實踐能力的應用型人才，從而滿足高等院校培養人才的目的和國家高素質網絡應用型人才的培養需求[10]。