计算机网络基础课程教学改革的探索与实践.doc

1、计算机网络基础课程教学改革的探索与实践摘要：本文以培养创新型人才为目标，探讨了新形势下计算机网络基础课程改革的思路，提出了“边学边干”的教学理念，阐述了在课程设置与教材建设、多元化教学手段、师资队伍建设等方面的探索与实践。 关键词本文来自：计算机毕业网 ：计算机网络基础；网络实验；教学改革 近十年来，网络的应用越来越普及，根据网络建设的需要，各种网络设备随时可能用到。因此，计算机网络基础课程的教学就需要理论联系实际，结合最新技术发展及各种常用产品、网络需求来讲解，以此加强理论学习的效果。以目前常用的一些网络仿真软件、协议分析工具、结合网络实验室中各种网络设备的配置、调试已经成为大学生尤其是研究

2、型大学学生学习、研究计算机基础网络基础课程的首选。这为大学计算机网络基础课程教学提供了更好的实验平台，但也提出了更高的要求。本文将主要讨论浙江大学计算机学院计算机网络基础课程教学改革的探索与实践。 1 课程的培养目标 围绕着浙江大学以“知识、能力、素质”(KAQ 模式) 为目标的办学理念，浙江大学计算机学院计算机网络基础课程在专业培养目标中的定位与课程目标是： (1) 以培养学生实际动手能力为宗旨，走“边学边干”的教学路线； (2) 针对本学院学生理论基础扎实、英文功底强的优势，采用国外优秀的原版教材，旨在培养学生掌握最先进的计算机网络原理、协议及技术； (3) 培养学生的“主动学习”兴趣与能

3、力，在要求学生完成基本实验的基础上，鼓励、吸引学生积极参与与计算机网络相关的科研项目，激发他们的研究创新能力。 2 课程内容与教材建设 2.1 课程内容 在确定计算机网络基础课程授课内容时，我们积极跟踪国外最新的计算机网络相关教材，摒弃了传统网络课程中那些过时的知识，取而代之的是现代网络技术中越来越广泛使用的网络协议与实现技术。譬如，我们摒弃了传统网络课程中的IEEE802.4，IEEE802.5 和 ATM 等内容，加强了 IEEE802.11 系列协议、MPLS、IPv6、网络安全等内容的介绍。这样，一方面可以充分利用有限的授课课时，向学生介绍最新的计算机网络原理与技术，另一方面可以提高学

4、生学习计算机网络基础课程的积极性和主动性，从而达到良好的教学效果。 为了充分贯彻“边学边干”的教学理念，我们围绕网络基础课程中的重要概念、协议与相关技术，在基础课程中，设计了基于仿真环境为主的9 个主题实验，内容基础实验主要涵盖：Windows 和 Linux 环境下的网络命令的使用和分析、基于协议分析软件 Ethereal 进行数据帧(Ethernet)的获取与分析、路由器/交换机各种网络接口的配置、交换机和 VLAN 的设置、静态路由设置、动态路由协议 RIP 设置、动态路由协议 OSPF 设置、使用 SOCKET 编程实现 mini FTP client/Server 或聊天程序等的网络

5、编程、使用协议分析软件 Ethereal 分析网络高层协议等实验。要求学生至少选择其中 5 个实验，完成实验报告。实验时，学生可以完成，也可以分小组进行，每个小组人数一般不超过 3 人，实验后要求学生安组提交实验报告及相应的代码。如果时间允许，还可以有选择性地安排部分小组在课堂上进行实践经验交流。 这些实验内容涵盖了计算机网络基础课程中的主要知识点。通过实验，一方面激发了学生学习网络技术的兴趣和主动性，另一方面又训练了学生分析问题、解决问题的综合能力，起到了非常好的效果。 为了达到最佳的教学效果，我们在计算机网络基础课程中将实验重点放在基于Windows、Linux 和各种网络仿真软件上进行实

6、验。在学生们熟悉了网络技术的基本原理和各种使用方法后，另外又开设了两门网络专业选修课：网络系统设计与工程、网络程序设计，分别为 2.5 学分和 2 学分。 “网络系统设计与工程”课程注重学生在网络硬件设备(交换机、路由器、防火墙、无线设备等)上的动手能力培养，学院网络实验室配置了 8 组Cisco 设备、8 组华为 3Com(现 H3C)设备，每组实验配置 4 台路由器，2 台交换机(其中 1台 3 层交换机)、1 台防火墙、 1 个无线 AP 及 2 块无线网卡。要求学生能掌握 2 种主流品牌网络设备的配置及组网技术。实验内容主要涵盖了 Cisco CCNA 和 CCNP 相关内容。 “网络

7、程序设计”注重培养学生网络编程的能力。课程主要讲解了网络程序设计的标准、实现和技术，重点介绍套接字接口，包括 TCP、UDP 和其他有关内容，通过实例使学生知道如何建立健壮的、高性能的网络系统。通过学习，使学生初步掌握网络程序设计的标准、实现和技术，能够使用套接字接口独立编写完成网络应用程序。 为了让学生真正能“边学边干” ，在课程安排上，我们将“计算机网络基础”安排在春、夏两学期(浙江大学已对全校本科生、研究生全面实行四学期制)，将“网络系统设计与工程” 安排在夏学期，“网络程序设计”安排在秋学期。这样，学生在春夏学期有充裕的时间系统地学习计算机网络基础的基本原理，而在夏学期和秋学期，就可以

8、根据个人爱好“边学边干”了，很好地贯彻了“理论知道实践，实践强化理论”的教学思想。 为了提高学生对上述课程的掌握程度，计算机网络基础课和网络系统设计与工程课全部实行双语教学。教材、课件、试卷、答卷全部要求用英语。 2.2 教材建设 我们在不断跟踪国内外优秀计算机网络相关教材的基础上，确定了采用国外的影印版教材的思路。目前，本科生采用的是 Andrew S. Tanenbaum 的Computer Networks4th Edition (英文影印版) 。我们认为，这是一套非常优秀的计算机网络基础教材，较好地跟踪了网络技术的发展现状。同时，我们也根据最新网络技术的现状，不断补充讲解相关新技术，以

9、适应飞速发展的计算机网络及通信技术的演变。 由于目前国内尚缺乏适合我院教学特点的实验教材，本组教师在总结多年教学实验经验的基础上，编写了计算机网络基础实践教程 、 计算机网络工程实践教程 、 网络实验指南和计算机网络实用教程等多部教材，并把它们介绍给学生，作为计算机网络基础课程的参考书，扩大学生的知识面，并使学生对网络实验的重要性有更深的认识。以此丰富了课程内容，达到了很好的教学和实验效果。 3 多元化的教学手段 围绕计算机网络基础课程的教学目的，我们开展了教学方式的大胆尝试，采用多元化的教学手段。 3.1 灵活运用多种教学方法，培养和提高学生的学习能力 教学中强调个性化教学，开放式课堂。将师

10、生的交流，从传统的课堂，拓展到课堂、网络讨论、电子邮件、实验室、机房。注重讨论式教学、启发式教学。在研究生(高级计算机网络 )课程中，安排超过三分之一的课时组织讨论班。 教学方法和手段不拘形式，只要有利于教学目的，全部充分利用。目前采用的教学手段包括：多媒体教室、多媒体课件、网络课件、Internet、电子邮件、原版英文教材、双语教学、网上作业、网上答疑、BBS 论坛、计算机网络资源网站等。另外，学生利用自备电脑查资料、做实验。推荐学生去公司实习、参加网络相关产品发布会、技术培训等，扩大学生的知识面。 网络教学环境方面，我们开发了适合网上学习的网络课件，已在校园网内部运行数年，提供课程资料、网

11、络分析和仿真实验工具、学习资料下载、通知发布等服务。通过网络教学这一先进手段，大大提高了教学效率，营造了教师与学生之间良好的沟通氛围。 3.2 教学中强调理论联系实际，强调教研结合 主讲老师都是学院的科研骨干。在完成计算机网络基础课程教学和实验的同时，带领学生参加到相关科研项目中去。这些项目包括网络编程、网络工程、嵌入式系统、集群计算等的研究和开发工作。这些学以致用的实践活动，不仅为学生学习网络技术创造了难得的机会，而且也提高了浙大计算机专业学生在研发能力方面的竞争力。 4 教师队伍的建设 在保持高水平的教师队伍方面，我们采取的重要举措包括： 4.1“边教边研” ，提高教师业务水平 担任计算机

12、网络基础课程教学的教师是学院的科研一线队伍，基本上都承担了网络研究与应用、嵌入式系统、网络与集群计算、应用服务器等方向的科研项目。这些科研项目与网络技术紧密相关。通过这些项目的开发与研究，教师“边教边研” ，在网络技术方面始终站在技术的前沿。 4.2 加强教学经验交流，提高教学水平 课程组经常派教师参加全国高校计算机网络课程相关的研讨会、Cisco、华为等网络公司的技术研讨会等各类教学研讨会，学习、吸收同行的先进教学方法。 4.3 竞争机制的引入 早在 1996 年，计算机网络基础课程教师就进行了较大的变动，以目前的课程负责人为主，通过公开试讲并由教学委员会表决的方式，成立了由充满活力、业务能

13、力强的中青年骨干教师组成的课程教师队伍。10 多年来，教师队伍的建设始终坚持这样的竞争机制，适时地吸收在计算机网络领域业务能力强、学历高、教学认真负责的青年教师。 近几年，又引入了学生自由选择任课教师的机制，选课人数少的教师将暂停开课，这给任课教师带来了直接的压力。任课教师都投入了大量的精力，提升自己的业务水平。每个学期所在教学班上的学生和学院督导组将对教师进行打分，以评定教师的教学质量。 5 结束语 经过十多年的探索与实践，计算机网络基础课程已成为浙江大学计算机学院的特色专业课。然而，计算机网络是一门实用性很强的课程，掌握最新计算机网络原理、提高对各种网络技术的实践能力，依赖于教、学双方的不

14、懈努力和教学方法的不断创新。为适应新形式下我国信息技术加速发展的需要，计算机科学中的核心课程的教学必须大胆创新、敢于实践，开创创新性人才培养的新局面。 参考文献 1 陆魁军 . 计算机网络基础实践教程M. 北京: 清华大学出版社,摘 要：多媒体教学手段的引入，极大地增加了课堂的信息量，丰富了课堂教学的表现形式，但是同样也暴露了教材信息量不足、多媒体教学素材匮乏等问题。本文结合作者的教学实践介绍了在备课过程中利用 Internet 搜索引擎拓展多媒体教学内容、丰富多媒体课件素材的方法。经过 32 学时的“人工智能”本科生课程实践，验证了该方法的可行性和有效性。 关键词本文来自：计算机毕业网 ：搜

15、索引擎；多媒体教学；备课 图文声像并茂、形象生动直观是多媒体教学最基本的特点。多媒体可以在较短时间内提供较传统教学模式更多的信息，提高教学效率，这是多媒体教学最突出的优点。此外，多媒体教学能够充分发挥计算机网络的辅助教学功能，学生可以从网络上查阅教师的电子邮件和教辅资料，最大限度地节约教育资源，把教师从传统的教学模式中解放出来，从而有更多的时间和精力应用到科研、教研等创造性工作中去。但是在多媒体教学备课中也暴露出一些新的问题，比如信息来自哪里？多媒体课件的素材来自哪里？ Internet 是一个巨大的信息资源宝库，充分利用 Internet资源可以对多媒体教学的信息和素材形成有益的补充。但是

16、Internet 信息过载和资源迷向问题又使我们面对浩如烟海的信息资源无所适从。Internet 搜索引擎的诞生为我们提供了信息获取的强有力工具，只需要输入关键词本文来自：计算机毕业网 或关键词本文来自：计算机毕业网 的组合进行搜索即可，高级搜索技巧也可以通过阅读网站上的帮助信息来很快掌握。 下面从四个方面介绍多媒体教学在备课过程中如何利用 Internet搜索引擎拓展教学内容、丰富课件素材。 1 利用 Internet 搜索引擎对教学内容追根溯源 2005 年全国高等学校教学督导工作研讨会上，哈尔滨工程大学总督学杨曜根教授在报告让新的教学理念进课堂中指出，目前在课堂教学内容上往往是重“结论”

17、 、轻“过程” ，只是注重传授前人已解决的定理、概念、知识的现成结论，不注重揭示前人对这些知识的艰辛探索过程。其实，这不单纯是理念问题，往往不是教师不想讲过程，而是不会讲，这都受着教材内容和教师知识面的制约。 正如杨教授所言， “每门学科的发展过程，每门学科中新观点、新原理的建立，科学技术的发现、发明和发展，无不是前人向传统、敢于向权威挑战、大胆想象、不断创新的结果，充满了前人大胆求异、创新的事例，展示这些在学生面前，正可以大大启发学生的好奇心、兴趣，培养学生逆向思维，引导学生不断发问为什么 ，培养学生的求索精神” 。但这些过程事例很少编入现行教材中，传统的教学手段课堂信息量有限，作为教师当年

18、也没有在课堂上听过这些过程事例，事实上这是一个盲区，需要另辟蹊径来扫除这个盲区，而 Internet 搜索引擎则是“扫盲”的有力工具之一。 举例来说明这个问题。人工智能的教材中对人工智能本身的发展历程介绍的较多，但是逻辑演算作为人工智能课程的重要内容，逻辑学本身的来龙去脉在教材中却鲜有提及。备课时，当然可以跳过逻辑学的历史，也可以去图书馆查阅逻辑学专业书籍，但是利用 Internet 搜索引擎不失为一种便捷的方式。我们只需要在 Google 等搜索引擎中输入“逻辑学” 、 “起源” 、 “发展” 、 “分支”等关键词本文来自：计算机毕业网 的简单组合，就可以很容易地找到“逻辑学传统上可分为古希

19、腊的逻辑学、中国的名辩、古印度的因明学三个分支” 、 “现代逻辑学已从单一学科逐步发展成为理论严密、分支众多、应用广泛的学科群”等，再顺藤摸瓜，搜索“古希腊 逻辑” 、 “名辩 逻辑” 、 “因明学 逻辑” 、 “现代逻辑学 分支”等关键词本文来自：计算机毕业网 ，便可向前把 2000 多年前印度的正理派、中国的墨子、古希腊的亚里士多德都追溯出来，向后把量子逻辑、控制论逻辑、概率逻辑、价值逻辑、法律逻辑、科学逻辑等信手拈来，经过进一步加工提炼，融入到课堂教学中，对拓展学生知识面、激发学生的探究欲望能起到良好的作用。 2 利用 Internet 搜索引擎为课堂讲解旁征博引 在课堂上旁征博引，能够

20、丰富教学内容，提升知识的吸引力，增强教师的表现力，激发学生学习兴趣，同时，对同一个问题换个角度、换个说法来阐述，也易于学生理解和掌握，提高课堂教学实效。但是旁征博引对任课教师的知识面要求非常高，尤其对于青年教师，因此在备课时有针对性地利用 Internet 搜索引擎拓展自己的知识面是非常必要的。 还是举例来说明这个问题。Agent 是人工智能领域研究的热点问题，Stanford 著名人工智能学者 Hayes-Roth 讲过“Agent 是人工智能最初的目标，也是人工智能最终的目标 ”，而我校现行人工智能课程教学大纲中并不包含这部分内容，为了引领学生走到学科前沿，我准备了 2 个课时补充讲授 A

21、gent。但目前国内的人工智能教材中，仅有蔡自兴教授的人工智能及其应用一书将 Agent 作为一章来讲解。Agent 理论部分的几个概念非常抽象，且学术界观点不一，如果仅将一家之言介绍给学生，不但学生难于理解，而且容易片面认识问题，因此广泛引用和介绍学术界的观点是非常必要的。在准备这部分内容时，Internet 搜索引擎发挥了重要作用。用“agent definition ”等关键词本文来自：计算机毕业网 在Google 中搜索，并根据搜索结果不断追溯和拓展，就可以查到 Agent 一词的拉丁语起源agere。Agent 作为人工智能术语首见于 Minsky 的Society of Mind一

22、书，以及 Agent在美国传统词典中的定义，Jiming Liu z = double pow( x, y ); z = double pow( double x, double y ); 等等。导致这些错误的原因是学生还没有函数原型的概念，老师只要将这些错误的调用形式纠正过一两次，学生就能举一反三，正确地使用数学函数。 2.2 从二重循环过渡到函数设计 我们在“算法及控制结构”这一节内容的教学中，是以二重循环的使用作为结尾的，如输出 100200 之内的所有素数、输出 610000 之间的完数等等。这些程序的 main 函数代码比较长，这样，当我们在讲解函数时，就很自然地引入函数对 main

23、 函数的功能进行分解。 例如，要输出100200 之内的素数，可以用一个 2 重循环实现。但如果有一个函数 prime，能够实现判断一个正整数 m 是否为素数。其调用形式是： prime(m)。调用该函数后返回值如果为 1，则 m 为素数；如果为 0，则 m 为合数。因此我们只需要用如下的代码就可以输出100200 之内的所有素数： for( int m =100; m if( prime(m) ) printf( “%dn“, m ); 在这个例子中，我们把“输出100200 之内所有素数”的功能需求进行分解，把“判断一个整数是否为素数”的功能用prime 函数去实现。这就是函数的功能所在。

24、 通过这样的讲解，学生能较自然地理解函数的功能，也更容易接受函数的概念。 3 循序渐进地讲解函数设计(基础篇) 从二重循环过渡到函数的功能和概念后，我们采取以下教学方法，使得学生能在较短的时间里掌握函数的设计方法。 3.1 循序渐进，步步深入在讲解函数的定义和调用时，对其中的知识点，我们采取以下顺序进行讲解：函数的定义、函数的参数、函数的返回值、函数的调用。 我们认为，按照这样的顺序进行讲解是合理的，因为学生已经掌握了数学函数的使用，已经能初步理解函数的相关概念了，我们按照这样的顺序讲解可以循序渐进地进入到自定义函数的定义和调用上。在这个过程中，我们将教学的重点放在函数形参、实参和函数返回值上

25、。 3.2 切中要害，见招拆招 很多初学者对函数比较头疼，不知道该如何设计函数。具体体现在：(1) 不知道函数是否有参数，有几个参数，是否有返回值，随意地设置函数的参数和返回值。 (2) 不明确函数要处理的数据是哪些，不明白函数形参的作用是什么，形参的值是在什么时候被“赋予”的。初学者经常在函数里通过输入语句给形参输入数据。例如，初学者可能在定义上述 prime 函数时输入数据到形参 x 中： int prime( int x ) printf( “%d“, 对于第 1个问题，我们的解释是：程序设计者希望采用怎样的形式去调用函数，这种函数调用形式里有几个参数，分别是什么类型，是以此来确定函数的

26、形参个数和类型；程序设计者希望函数执行以后是否得到一个结果，这个结果是什么类型的，是什么含义，是否需要返回到主调函数中，以此来确定函数的返回值及其类型、含义等。 对于第 2 个问题，我们的解释是：函数形参是在函数调用时，通过实参与形参之间的数据传递，从而“被赋予”了值。只要没有函数调用发生，就不会给形参分配存储空间；当函数调用发生时，为形参分配存储空间，并把实参的值赋值给形参。 对于上述解释，我们以前面讲过的二重循环例子来进一步阐述。即输出 100200 之内所有素数，要求：1)定义一个函数 prime，用于判断 x 是否为素数，如果为素数，返回 1，否则返回 0；2) 在主函数中调用 pri

27、me 函数，用于判断 100200 之间的每个数是否为素数。 根据题目的意思，主调函数中调用 prime 函数的形式是 prime(199)，即判断 199 是否为素数，如果为素数则返回 1，否则返回 0。因此，prime 函数的原型为： int prime( int x ); 另外，在 prime 函数里，是要判断形参 x 是否为素数，这个 x 的值不是在 prime 函数里通过输入语句输进去的，也不是采用赋值的方式“赋予”给它的，而是在主调函数中调用prime 函数时，如 prime(199)，把实参 199 的值传递给形参 x 的，因此这时执行 prime 函数，形参 x 的值就是 19

28、9，调用 prime 函数就是要判断 199 是否为素数。 讲解并演示这些过程后，我们在课堂上可以通过一些练习题进一步考查学生对利用函数进行功能分解、函数设计、函数调用的理解。 3.3 精选例题，事半功倍 我们所设计的第 1部分教学内容是以数值型数据的处理为线索，以简单数学计算或数学应用题为例子来讲解的，函数的设计也不例外。例如，我们通过以下例子来讲解函数的嵌套调用。 抛物线 y = x2/(2*p)绕它的对称轴 x = 0 旋转所成的曲面就是旋转抛物面。放在焦点 F(0, p/2)处的光源所发出的光，经过抛物面各点反射之后就成为平行光束，如图 1。可以利用这一性质制造需要发射平行光的灯具，例

29、如：探照灯，汽车的车前灯等。请编写程序验证这个性质。 题目的意思是，如图 1 所示，从焦点 F 发射的任意光线，比如图中的两条光线 L 和 L，经过抛物面反射后，反射光线 R 和 R都平行 y 轴。 要证明反射光线 R 平行 y 轴，只要证明 1 = 3，而1 和2 是相等的，所以只要证明2=3即可，即只要证明 FC = FT，这里点 C 是光线 L 与抛物线的交点，点 T 是抛物线在 C 点的切线与 y 轴的交点。 以下编写程序，实现：任意给定抛物线参数 p 和发射光线斜率 k，输出线段 FC 和 FT 的长度。 在本题中，我们设计以下 3 个函数来实现程序的全部功能： (1) main 函数：在 main 函数中输入抛物线参数 p 和直线参数 k，接下来所有工作都是通过