案例+實驗教學(xué)法在計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的應(yīng)用

劉福泉

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

關(guān)鍵詞： 計算機網(wǎng)絡(luò)； 案例； 實驗； Packet Tracer

中圖分類號：G642.421 文獻(xiàn)標(biāo)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(wǎng)絡(luò)是本科信息類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，對于大部分學(xué)生來說，他們雖然有使用各種計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的經(jīng)歷，但是還沒有任何計算機網(wǎng)絡(luò)工程背景，沒有自己動手組建過網(wǎng)絡(luò)，沒有自己編寫過計算機網(wǎng)絡(luò)程序，更不知道什么是計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，這門課程對他們來說既熟悉又陌生，熟悉的是網(wǎng)絡(luò)無處不在，陌生的是一大堆抽象而枯燥的技術(shù)概念。對于很多教師來說，這門課著實不好上，因為課堂上學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情不高，學(xué)習(xí)興趣不足。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)計算機網(wǎng)絡(luò)課程的學(xué)習(xí)熱情，教師進(jìn)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(wǎng)絡(luò)實驗，建設(shè)優(yōu)良實用的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗室，利用虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗平臺，采用真實實驗和虛擬實驗相結(jié)合的方式提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。李向霞[2]提出要適應(yīng)社會對計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才的需求，要注重理論教學(xué)與實踐教學(xué)相結(jié)合，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。肖衡，龍草芳[3]提出更新教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，優(yōu)化師資隊伍，構(gòu)建實驗環(huán)境，加強實驗教學(xué)的教學(xué)改革方案，采用理論與實驗相輔相成的五環(huán)節(jié)教學(xué)模式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)生掌握和理解抽象概念。

計算機網(wǎng)絡(luò)中的概念之所以抽象，是因為學(xué)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(rèn)識，沒法在頭腦中對這些概念產(chǎn)生直觀的映象。如果能夠讓學(xué)生親手組建一個互聯(lián)網(wǎng)，親眼看到網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包的結(jié)構(gòu)以及這些數(shù)據(jù)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(xué)法，以Packet Tracer作為實驗平臺，組織計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)活動，能夠?qū)⒊橄蟮木W(wǎng)絡(luò)概念變得直觀，充分提高了學(xué)生的學(xué)生熱情。

本文第1部分對Packet Tracer實驗平臺進(jìn)行了介紹；第2部分通過一次具體的教學(xué)活動介紹了案例+實驗教學(xué)在計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的應(yīng)用；第3部分通過比較分析，表明采用案例+實驗教學(xué)法能夠充分提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對理論知識的理解；第4部分對全文進(jìn)行了總結(jié)。

1 背景Packet Tracer實驗平臺簡介

Packet Tracer[5]是思科公司發(fā)布的一個功能強大的網(wǎng)絡(luò)實驗平臺，其目的是為學(xué)習(xí)思科網(wǎng)絡(luò)課程的初學(xué)者提供一個設(shè)計和配置網(wǎng)絡(luò)、排除網(wǎng)絡(luò)故障的模擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)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(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，在Physical視圖中可以查看網(wǎng)絡(luò)的物理形態(tài)，在Realtime視圖中可以觀察網(wǎng)絡(luò)實時運行情況，而在Simulation視圖中可以查看數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中行進(jìn)的詳細(xì)處理過程。

Packet Tracer實驗平臺具有配置簡單、實驗設(shè)備豐富、可拖拽等特點，學(xué)生可以很快學(xué)會實驗平臺的使用方法，通過豐富的視圖功能和實驗設(shè)備，可以幫助學(xué)生理解復(fù)雜和抽象的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概念，培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性和批判性思維、解決網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中遇到的問題。

2 教學(xué)實踐

2.1 教學(xué)內(nèi)容設(shè)置

這里介紹采用案例+實驗教學(xué)方法展開的一次教學(xué)活動，本次教學(xué)活動要求學(xué)生了解常用的連網(wǎng)設(shè)備，掌握測試網(wǎng)絡(luò)連通方法，掌握數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的封裝和解封裝過程。圍繞這一教學(xué)目標(biāo)設(shè)置了一個案例，將教學(xué)內(nèi)容預(yù)設(shè)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(xué)內(nèi)容。

案例1：現(xiàn)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(wù)器，另一個辦公室也有3臺主機，其中1臺是Web服務(wù)器。小李是一個網(wǎng)絡(luò)工程師，單位將這個網(wǎng)絡(luò)建設(shè)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(wǎng)絡(luò)建設(shè)項目呢？

圍繞這個項目，我們設(shè)置了5問題，問題與問題之間環(huán)環(huán)相扣，逐步深入。

問題1：需要采用哪些物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實現(xiàn)辦公室內(nèi)部以及辦公室之間的連網(wǎng)？

問題2：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間能夠通信了嗎？如何才能夠讓它們之間實現(xiàn)通信？

問題3：驗證在一個局域網(wǎng)中，一個FTP數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)傳輸中不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上的封裝和解封裝過程。

問題4：驗證在一個互聯(lián)網(wǎng)中，一個HTTP數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)傳輸中不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上的封裝和解封裝過程。

問題5：通過仔細(xì)觀察數(shù)據(jù)在不同設(shè)備上的封裝和解封裝過程，給出一個結(jié)論。

2.2 教學(xué)過程

首先，將學(xué)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(jìn)行點評。在這次教學(xué)活動中，根據(jù)學(xué)生的討論結(jié)果，我們采用一種最簡單的實現(xiàn)方案，在辦公室內(nèi)部采用一臺交換機，將3臺主機互聯(lián)，辦公室之間用一臺路由器互聯(lián)。當(dāng)然這不是一種完美的解決方案，這是為后續(xù)學(xué)習(xí)埋下伏筆，讓學(xué)生在后續(xù)的學(xué)習(xí)過程中逐步發(fā)現(xiàn)這種方案存在的問題并給出優(yōu)化方案，這樣可以培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。

接下來，讓學(xué)生根據(jù)確定下來的實現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并選擇合適的鏈路將這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互聯(lián)，如圖1所示。這樣就解答完了問題1。

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

學(xué)生可以通過Packet tracer的Physical視圖觀察網(wǎng)絡(luò)的物理形態(tài)，如圖2所示。這可以加深學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的直觀映像，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過單擊網(wǎng)絡(luò)設(shè)備還可以查看具體網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的物理形態(tài)和相關(guān)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(tài)、配置界面、桌面、軟件和服務(wù)等信息。如圖3所示。

問題5是一個比較和區(qū)分類型的問題，目的在于培養(yǎng)學(xué)生的觀察和總結(jié)能力。先由教師給出二層設(shè)備、三層設(shè)備、四層設(shè)備等概念，再由學(xué)生回答主機、交換機、路由器分別屬于哪一層設(shè)備，并對數(shù)據(jù)在不同設(shè)備上的傳遞過程進(jìn)行總結(jié)。

3 教學(xué)效果

在兩個平行班中，A班采用了這種實驗教學(xué)方法，B班采用了傳統(tǒng)的PPT+黑板+教師講述的教學(xué)方法，學(xué)完這一部分的教學(xué)內(nèi)容以后，分別布置了課堂練習(xí)，練習(xí)題目如下：

1. 對這次課的學(xué)習(xí)內(nèi)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(lián)網(wǎng)絡(luò)，而不是單一傳輸網(wǎng)絡(luò)的確切依據(jù)是_____

A. 存在路由器這一互連設(shè)備

B. 存在分組交換機這一互連設(shè)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(zhuǎn)發(fā)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(lián)多條廣播信道的分組交換機

4. 計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，以太網(wǎng)的MAC幀屬于_____協(xié)議數(shù)據(jù)單元。

A.物理層 B. 數(shù)據(jù)鏈路層 C. 會話層 D. 應(yīng)用層

5. 可以采用_____測試網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)中，在主機上實現(xiàn)_____協(xié)議。

A 物理層和數(shù)據(jù)鏈路層

B. 物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層

C. 物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層

D. 物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層

7. 在計算機網(wǎng)絡(luò)中，在路由器上實現(xiàn)_____協(xié)議。

A 物理層和數(shù)據(jù)鏈路層

B. 物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層

C. 物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層

D. 物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層

8. 在計算機網(wǎng)絡(luò)中，在二層交換機上實現(xiàn)_____協(xié)議。

A 物理層和數(shù)據(jù)鏈路層

B. 物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層

C. 物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層

D. 物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層

9. 數(shù)據(jù)的封裝過程是指_____

A. 將從物理層接收到的數(shù)據(jù)一層一層往上傳遞并加上相應(yīng)的數(shù)據(jù)首部信息的過程

B. 將從物理層接收到的數(shù)據(jù)一層一層往下傳遞并加上相應(yīng)的數(shù)據(jù)首部信息的過程

C. 將從應(yīng)用層接收到的數(shù)據(jù)一層一層往下傳遞并加上相應(yīng)的數(shù)據(jù)首部信息的過程

D. 將從應(yīng)用層接收到的數(shù)據(jù)一層一層往上傳遞并去掉相應(yīng)的數(shù)據(jù)首部信息的過程

10. 數(shù)據(jù)的解封裝過程是指_____

A. 將從物理層接收到的數(shù)據(jù)一層一層往上傳遞并加上相應(yīng)的數(shù)據(jù)首部信息的過程

B. 將從物理層接收到的數(shù)據(jù)一層一層往下傳遞并加上相應(yīng)的數(shù)據(jù)首部信息的過程

C. 將從應(yīng)用層接收到的數(shù)據(jù)一層一層往下傳遞并加上相應(yīng)的數(shù)據(jù)首部信息的過程

D. 將從應(yīng)用層接收到的數(shù)據(jù)一層一層往上傳遞并去掉相應(yīng)的數(shù)據(jù)首部信息的過程

我們對收上來的答案作了統(tǒng)計，統(tǒng)計的內(nèi)容分為兩部分，一部分是統(tǒng)計兩個班學(xué)生對這部分學(xué)習(xí)內(nèi)容的感興趣程度，統(tǒng)計結(jié)果如圖4所示，另一部分是統(tǒng)計兩個班回答問題的正確率，統(tǒng)計結(jié)果如圖5所示。通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，A班的學(xué)生表現(xiàn)出了較高的學(xué)習(xí)興趣，并且對所學(xué)內(nèi)容有較深的理解，答題的正確率比較高。

圖4 感興趣人數(shù)比較圖