“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程的趣味教學(xué)方法探討

張文哲

摘 要：大學(xué)“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程講述了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本工作原理，內(nèi)容抽象而且理論性強(qiáng)，很難清楚講解和透徹理解，是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)大類本科生遇到的難點(diǎn)課程。文章結(jié)合大學(xué)教學(xué)改革需求，充分利用現(xiàn)實(shí)生活中常見的事物和現(xiàn)象，設(shè)計(jì)勒一種趣味教學(xué)法，將抽象晦澀的知識(shí)點(diǎn)類比作學(xué)生熟悉的事物，收到的較好的教學(xué)效果，以此作為傳統(tǒng)教學(xué)方式的有效補(bǔ)充。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；類比；趣味教學(xué)；模型

“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)大類本科生的專業(yè)必修課。由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已成為計(jì)算機(jī)專業(yè)大學(xué)生以及從事計(jì)算機(jī)研究和應(yīng)用人員必須掌握的重要知識(shí)。

本課程講述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念與理論、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、各層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、局域網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、TCP/IP與Internet等，目的是使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本工作原理，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分析、設(shè)計(jì)、組網(wǎng)與應(yīng)用開發(fā)能力，并學(xué)會(huì)各種實(shí)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為今后開展這方面的工作打下基礎(chǔ)[1]。由于該課程理論內(nèi)容抽象，學(xué)生通常很難及時(shí)理解接受，教學(xué)效果普遍不佳。為了提高“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”大學(xué)課堂的教學(xué)效果和教學(xué)效率，保證教學(xué)質(zhì)量，適應(yīng)正在開展的大學(xué)教育教學(xué)體系改革，本文針對(duì)“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程介紹一種趣味教學(xué)方法，該方法把抽象理論內(nèi)容類比為現(xiàn)實(shí)生活中常見的事物，讓學(xué)生茅塞頓開，理解透徹，既方便了教師教學(xué)，尤其是抽象內(nèi)容的講解，又有利于學(xué)生的深入理解與學(xué)習(xí)，不僅知道怎么做，而且知道為什么這么做，增強(qiáng)了課堂教學(xué)效果。

1 總體設(shè)計(jì)方案

首先，我們梳理“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”的前導(dǎo)課程，查看學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)前應(yīng)該具備的知識(shí)。其次，羅列本課程的教學(xué)目標(biāo)，最后通過課程結(jié)構(gòu)和教學(xué)內(nèi)容找到與教學(xué)目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

在開始學(xué)習(xí)“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程之前，需要預(yù)先學(xué)習(xí)過若干專業(yè)基礎(chǔ)課[2]。前導(dǎo)課程包括：“計(jì)算機(jī)組成及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”“微型計(jì)算機(jī)技術(shù)”“程序設(shè)計(jì)和操作系統(tǒng)原理”，學(xué)生通過上述課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本硬件（包括接口）和軟件知識(shí)（包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序等），具備熟練的程序設(shè)計(jì)能力，了解操作系統(tǒng)中進(jìn)程之間的通信機(jī)制，從而為“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生實(shí)現(xiàn)兩個(gè)教學(xué)目標(biāo)[3]：（1）掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念和基礎(chǔ)理論，具有一定的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)能力，學(xué)會(huì)利用各種實(shí)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來解決復(fù)雜工程問題。（2）理解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的各種復(fù)雜因素和優(yōu)化方法，為復(fù)雜工程問題設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單和性能較優(yōu)的解決方案。

本課程的知識(shí)內(nèi)容主要根據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)劃分為五大部分，教學(xué)環(huán)節(jié)包含理論授課和上機(jī)實(shí)驗(yàn)兩部分。課程結(jié)構(gòu)分別是：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。具體的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)和課程目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

2 類比教學(xué)法

針對(duì)“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程中若干重點(diǎn)知識(shí)難于講解、學(xué)生難于理解的問題，我們介紹一種趣味教學(xué)方法，一則化難點(diǎn)為容易講解與理解的內(nèi)容，再則增加了趣味性，大大增強(qiáng)了學(xué)生的興趣，提高了教學(xué)效果。

2.1 體系結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是整個(gè)“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程的綱領(lǐng)與框架，充分理解和掌握體系結(jié)構(gòu)的概念與原理是學(xué)好“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程的前提和基礎(chǔ)。然而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)這一知識(shí)點(diǎn)很難清楚講解并透徹理解，是學(xué)生學(xué)習(xí)本課程遇到的第一個(gè)攔路虎。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是將網(wǎng)絡(luò)通信的過程劃分成相對(duì)獨(dú)立且按照層次結(jié)構(gòu)排列的各個(gè)步驟，目的是便于網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和通信過程的標(biāo)準(zhǔn)化。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)為什么是分層模型？各個(gè)層次之間又是什么關(guān)系？這是教師學(xué)們難于理解的。為了讓學(xué)生不僅知道怎樣設(shè)計(jì)，而且知道為什么這樣設(shè)計(jì)，我們可以循循善誘，運(yùn)用類比的方法。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)復(fù)雜的工程問題，為了解決好這個(gè)問題，我們需要把復(fù)雜問題分解為若干簡單問題，然后逐個(gè)解決它們。若干個(gè)簡單問題排列成層次結(jié)構(gòu)，相互之間不是完全相互獨(dú)立的，而是下層向上次提供服務(wù)。因此，我們可以將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)類比成建房子用的設(shè)計(jì)圖，設(shè)計(jì)圖中下層向上層提供受力，上層基于下層的服務(wù)并實(shí)現(xiàn)自己的功能，支撐了整個(gè)房子的功能。

2.2 數(shù)據(jù)包的封裝

按照計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)包為什么在各個(gè)層次之間都要加裝頭部甚至尾部，對(duì)于學(xué)生來說，這個(gè)知識(shí)點(diǎn)往往也是難于理解的。針對(duì)這個(gè)問題，教學(xué)過程中采用的方法是用實(shí)際生活中的例子來類比，例如把應(yīng)用層報(bào)文的傳輸看成是一個(gè)包裹的運(yùn)輸問題，那么傳輸層就是要確保包裹能可靠地到達(dá)目的地，網(wǎng)絡(luò)層就是包裹在不同轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)，網(wǎng)絡(luò)接口層就是把包裹封裝在具體的運(yùn)輸工具中進(jìn)行運(yùn)輸。這樣用類比的方法貫穿于教學(xué)過程中，學(xué)生就能夠形象地理解網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的若干難點(diǎn)問題，同時(shí)也賦予趣味，學(xué)習(xí)起來比較有興趣。

2.3 CSMA/CD

數(shù)據(jù)鏈路層的難點(diǎn)在于介質(zhì)訪問控制協(xié)議CSMA/CD，學(xué)生要理解為什么在廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層中要使用訪問控制協(xié)議，有哪些控制方法，為什么CSMA/CD協(xié)議最有效。我們可以把這個(gè)問題類比為師生共享教室這個(gè)空間。所有師生使用了教室這個(gè)共享信道來講話，如果同時(shí)有多余兩個(gè)人講話，那么就會(huì)通信失敗。因此，遵守教學(xué)紀(jì)律是正常教學(xué)活動(dòng)的保障。共享廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層也需要為多個(gè)站點(diǎn)設(shè)計(jì)一種紀(jì)律，這就是訪問控制協(xié)議。CSMA/CD允許大家有話就講，但前提是無人講話的時(shí)候，一旦沖突則立即停止，等待大家都沉默一段時(shí)間。在教學(xué)過程中通過這種類比的方法進(jìn)行講解，學(xué)生就能夠豁然開朗，全方位地理解CSMA/CD的原理。

2.4 IP編址與NAT

網(wǎng)絡(luò)層的難點(diǎn)有兩個(gè)：（1）IP地址的編址方法，分類法、子網(wǎng)、超網(wǎng)和CIDR等，在教學(xué)過程中從不同角度來比較這些方法，分別列出它們的優(yōu)點(diǎn)和適用范圍。（2）路由選擇方法，有路由信息協(xié)議（Routing Information Protocol，RIP）、開放式最短路徑優(yōu)先（Open Shortest Path First，OSPF）、邊界網(wǎng)關(guān)（Border Gateway，BG）等，在教學(xué)過程中通過圖例的方式來說明，抓住路由選擇的本質(zhì)三要素，即將何種路由信息何時(shí)發(fā)給誰，加深學(xué)生對(duì)路由選擇算法的理解。IP編址為什么要全網(wǎng)唯一，可以類比為現(xiàn)實(shí)生活中的快遞郵寄包裹，只有地址唯一，才可以將包裹準(zhǔn)確地郵寄到目的地。由于IPv4地址枯竭，啟用了私有地址，但私有地址訪問外網(wǎng)，需要網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（Network Address Translation，NAT），可以理解為現(xiàn)實(shí)生活中換馬甲，只有換了馬甲才能在外網(wǎng)自由穿行，睡衣是不被允許的。這樣的類比學(xué)生很容易理解，而且從內(nèi)心里激發(fā)了學(xué)生的興趣和進(jìn)一步探索奧秘的動(dòng)力。

2.5 擁塞控制

運(yùn)輸層的難點(diǎn)是流量控制和擁塞控制的理解和掌握，它們的目的和方法是什么，兩種控制的差別和聯(lián)系是什么。在教學(xué)過程中首先從全局的角度搞清這兩種控制之間的本質(zhì)差別，然后討論它們各自采用的策略，最后說明兩者之間存在一定的聯(lián)系。擁塞控制可以類比生活中的堵車現(xiàn)象，當(dāng)車輛多到超出了城市道路的吞吐能力，就發(fā)生了堵車。堵車時(shí)，有現(xiàn)行、限牌和交警疏通管制等措施，擁塞控制也可以設(shè)計(jì)各種相應(yīng)的抑制方法限制數(shù)據(jù)流入。

3 結(jié)語

“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)大類本科生的專業(yè)必修課，如何教學(xué)好這一課程一直是師生面臨的難題。本文介紹一種趣味教學(xué)方法，把該課程中若干難點(diǎn)問題類比作現(xiàn)實(shí)生活中常見的現(xiàn)象，既利于教師講解清楚，又幫助學(xué)生深入理解與掌握，在教學(xué)活動(dòng)中取得了較好的教學(xué)效果。希望這一方法在本文中的介紹能拋磚引玉，以饗讀者。

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Abstract：The computer network course describes the basic working principle of computer network. The content is abstract and theoretical， and it is difficult to explain clearly for teachers and thoroughly understand for students. It is a difficult course for undergraduates majoring in computer science and technology. This paper combines the needs of university teaching reform， makes full use of the common things and phenomena in real life， designs a fun teaching method， compares the abstract knowledge points to the familiar things of students， and receives better teaching effects. The method proposed is an effective complement to traditional teaching methods.

Key words：computer networks； analogy； interesting teaching； model