案例+實驗教學法在計算機網絡教學中的應用

劉福泉

摘 要： 計算機網絡課程中有很多技術概念，這些概念讓很多初學者感到抽象而枯燥。為了提高學生的學習興趣，將抽象的網絡技術概念變得生動而直觀，探討了案例+實驗教學方法。以一次教學活動為例，采用Packet Tracer為實驗平臺，介紹了案例+實驗教學法在計算機網絡教學中的實踐過程。實踐證明，采用案例+實驗教學法來組織教學，能夠充分提高學生學習興趣，加深學生對理論知識的理解。

關鍵詞： 計算機網絡； 案例； 實驗； Packet Tracer

中圖分類號：G642.421 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2015）08-57-04

Case+experiment teaching method in computer networking course

——Taking a teaching activity as an example

Liu Fuquan

（Jiyang College of Zhejiang A&F University， Zhuji， Zhejiang 311800， China）

Abstract： There are many technical concepts in computer networking course， which make the beginners feel abstract and boring. In order to improve students' learning interest， the method of case+experiment teaching is proposed， which can make the abstract concept become vivid and intuitive. Taking a teaching activity as an example， this paper introduces the practice process of the case+experiment teaching method in computer network teaching by using Tracer Packet as the experiment platform. Practice has proved that the use of case+experiment teaching method to organize teaching can fully improve students' learning interest， deepen students' understanding of the theoretical knowledge.

Key words： computer networking； case； experiment； Packet Tracer

0 引言

計算機網絡是本科信息類專業的一門專業基礎課程，對于大部分學生來說，他們雖然有使用各種計算機網絡應用程序的經歷，但是還沒有任何計算機網絡工程背景，沒有自己動手組建過網絡，沒有自己編寫過計算機網絡程序，更不知道什么是計算機網絡協議，這門課程對他們來說既熟悉又陌生，熟悉的是網絡無處不在，陌生的是一大堆抽象而枯燥的技術概念。對于很多教師來說，這門課著實不好上，因為課堂上學生的學習熱情不高，學習興趣不足。為了提高學生學習計算機網絡課程的學習熱情，教師進行了大量的探索和研究工作。王紹強[1]提出要重視計算機網絡實驗，建設優良實用的計算機網絡實驗室，利用虛擬網絡實驗平臺，采用真實實驗和虛擬實驗相結合的方式提高學生的學習效率。李向霞[2]提出要適應社會對計算機網絡技術人才的需求，要注重理論教學與實踐教學相結合，提高學生的學習積極性。肖衡，龍草芳[3]提出更新教學內容，改進教學方法，優化師資隊伍，構建實驗環境，加強實驗教學的教學改革方案，采用理論與實驗相輔相成的五環節教學模式，提高學生學習興趣和實踐能力。安子強[4]提出運用類比手段把抽象問題具體化的方法，以幫助學生掌握和理解抽象概念。

計算機網絡中的概念之所以抽象，是因為學生沒有見過這些概念所描述的物理實體，對這些概念沒有感觀認識，沒法在頭腦中對這些概念產生直觀的映象。如果能夠讓學生親手組建一個互聯網，親眼看到網絡中數據包的結構以及這些數據包的傳輸過程，這些概念也就不再抽象了。本文提出一種案例+實驗教學法，以Packet Tracer作為實驗平臺，組織計算機網絡教學活動，能夠將抽象的網絡概念變得直觀，充分提高了學生的學生熱情。

本文第1部分對Packet Tracer實驗平臺進行了介紹；第2部分通過一次具體的教學活動介紹了案例+實驗教學在計算機網絡教學中的應用；第3部分通過比較分析，表明采用案例+實驗教學法能夠充分提高學生學習興趣，加深學生對理論知識的理解；第4部分對全文進行了總結。

1 背景Packet Tracer實驗平臺簡介

Packet Tracer[5]是思科公司發布的一個功能強大的網絡實驗平臺，其目的是為學習思科網絡課程的初學者提供一個設計和配置網絡、排除網絡故障的模擬網絡環境，該平臺有4種界面視圖，分別為Logical、Physical、Realtime、Simulation。在Logical視圖中用戶可以使用拖曳方法建立網絡拓撲，在Physical視圖中可以查看網絡的物理形態，在Realtime視圖中可以觀察網絡實時運行情況，而在Simulation視圖中可以查看數據包在網絡中行進的詳細處理過程。

Packet Tracer實驗平臺具有配置簡單、實驗設備豐富、可拖拽等特點，學生可以很快學會實驗平臺的使用方法，通過豐富的視圖功能和實驗設備，可以幫助學生理解復雜和抽象的網絡技術概念，培養和發展學生的創造性和批判性思維、解決網絡學習中遇到的問題。

2 教學實踐

2.1 教學內容設置

這里介紹采用案例+實驗教學方法展開的一次教學活動，本次教學活動要求學生了解常用的連網設備，掌握測試網絡連通方法，掌握數據包在網絡中的封裝和解封裝過程。圍繞這一教學目標設置了一個案例，將教學內容預設在這個案例中，并且采用由淺入深、層層深入的問題引入方式完成教學內容。

案例1：現有一單位有兩個辦公室，兩個辦公室相隔1千米，分別屬于不同的部門，一個辦公室有3臺主機，其中有1臺是文件服務器，另一個辦公室也有3臺主機，其中1臺是Web服務器。小李是一個網絡工程師，單位將這個網絡建設項目交給了小李，小李圓滿完成了這個項目。如果你是小李，如何完成這個網絡建設項目呢？

圍繞這個項目，我們設置了5問題，問題與問題之間環環相扣，逐步深入。

問題1：需要采用哪些物理網絡設備實現辦公室內部以及辦公室之間的連網？

問題2：網絡設備之間能夠通信了嗎？如何才能夠讓它們之間實現通信？

問題3：驗證在一個局域網中，一個FTP數據包在網絡傳輸中不同網絡設備上的封裝和解封裝過程。

問題4：驗證在一個互聯網中，一個HTTP數據在網絡傳輸中不同網絡設備上的封裝和解封裝過程。

問題5：通過仔細觀察數據在不同設備上的封裝和解封裝過程，給出一個結論。

2.2 教學過程

首先，將學生分成幾個小組，每個小組圍繞案例1展開討論并給出一個解決方案，然后由教師進行點評。在這次教學活動中，根據學生的討論結果，我們采用一種最簡單的實現方案，在辦公室內部采用一臺交換機，將3臺主機互聯，辦公室之間用一臺路由器互聯。當然這不是一種完美的解決方案，這是為后續學習埋下伏筆，讓學生在后續的學習過程中逐步發現這種方案存在的問題并給出優化方案，這樣可以培養他們發現問題和解決問題的能力。

接下來，讓學生根據確定下來的實現方案，在Packet tracer實驗平臺的Logical視圖中通過拖拽的方式選擇所需要的網絡設備，并選擇合適的鏈路將這些網絡設備互聯，如圖1所示。這樣就解答完了問題1。

圖1 網絡拓撲結構

學生可以通過Packet tracer的Physical視圖觀察網絡的物理形態，如圖2所示。這可以加深學生對網絡設備的直觀映像，提高學生的學習興趣。通過單擊網絡設備還可以查看具體網絡設備的物理形態和相關的配置界面，例如，在Logical視圖或Physical視圖的主窗口上點擊一臺主機，就可以查看到這臺主機的物理形態、配置界面、桌面、軟件和服務等信息。如圖3所示。

問題5是一個比較和區分類型的問題，目的在于培養學生的觀察和總結能力。先由教師給出二層設備、三層設備、四層設備等概念，再由學生回答主機、交換機、路由器分別屬于哪一層設備，并對數據在不同設備上的傳遞過程進行總結。

3 教學效果

在兩個平行班中，A班采用了這種實驗教學方法，B班采用了傳統的PPT+黑板+教師講述的教學方法，學完這一部分的教學內容以后，分別布置了課堂練習，練習題目如下：

1. 對這次課的學習內容是否感興趣_____

A. 很感興趣 B. 有點興趣 C. 沒興趣

2. 確定是互聯網絡，而不是單一傳輸網絡的確切依據是_____

A. 存在路由器這一互連設備

B. 存在分組交換機這一互連設備

C. 由分組交換機互連的多條點對點信道

D. 由分組交換機互連的多條廣播信道

3. 路由器確切的定義是_____

A. 轉發IP分組的分組交換機

B. 互連點對點信道的分組交換機

C.互連多條點對點信道的分組交換機

D.互聯多條廣播信道的分組交換機

4. 計算機網絡體系結構中，以太網的MAC幀屬于_____協議數據單元。

A.物理層 B. 數據鏈路層 C. 會話層 D. 應用層

5. 可以采用_____測試網絡中兩臺主機之間的連通性。

A. PING B. ARP C. IPConfig D. IP

6. 在計算機網絡中，在主機上實現_____協議。

A 物理層和數據鏈路層

B. 物理層、數據鏈路層和網絡層

C. 物理層、數據鏈路層、網絡層和傳輸層

D. 物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層

7. 在計算機網絡中，在路由器上實現_____協議。

A 物理層和數據鏈路層

B. 物理層、數據鏈路層和網絡層

C. 物理層、數據鏈路層、網絡層和傳輸層

D. 物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層

8. 在計算機網絡中，在二層交換機上實現_____協議。

A 物理層和數據鏈路層

B. 物理層、數據鏈路層和網絡層

C. 物理層、數據鏈路層、網絡層和傳輸層

D. 物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層

9. 數據的封裝過程是指_____

A. 將從物理層接收到的數據一層一層往上傳遞并加上相應的數據首部信息的過程

B. 將從物理層接收到的數據一層一層往下傳遞并加上相應的數據首部信息的過程

C. 將從應用層接收到的數據一層一層往下傳遞并加上相應的數據首部信息的過程

D. 將從應用層接收到的數據一層一層往上傳遞并去掉相應的數據首部信息的過程

10. 數據的解封裝過程是指_____

A. 將從物理層接收到的數據一層一層往上傳遞并加上相應的數據首部信息的過程

B. 將從物理層接收到的數據一層一層往下傳遞并加上相應的數據首部信息的過程

C. 將從應用層接收到的數據一層一層往下傳遞并加上相應的數據首部信息的過程

D. 將從應用層接收到的數據一層一層往上傳遞并去掉相應的數據首部信息的過程

我們對收上來的答案作了統計，統計的內容分為兩部分，一部分是統計兩個班學生對這部分學習內容的感興趣程度，統計結果如圖4所示，另一部分是統計兩個班回答問題的正確率，統計結果如圖5所示。通過統計數據可以看出，A班的學生表現出了較高的學習興趣，并且對所學內容有較深的理解，答題的正確率比較高。

圖4 感興趣人數比較圖