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[摘要]根据《计算机网络》选修课程的特点，针对选修课程学生在学习中遇到的问题，本文重点研究了三个典型的教学方法：案例教学、实际分析和作业实践。在正常的教学过程中，有选择地增加这三个教学方法的应用，能有效提高学生的学习兴趣、增强学生对知识的理解和提高学生对所学知识的应用能力。
[关键词]案例教学 实际分析 作业实践
引言
微电子技术、网络通信技术和计算机控制技术的不断发展，促进了控制系统的不断变革，网络传输方式被不断地应用到自动化和控制领域中，出现了网络控制系统以及工业以太网等工业控制网络技术。计算机网络知识对自动化和自动控制专业的学生就成了应当理解并掌握的基础知识，我校针对自动化专业学生开设了48个学时的《计算机网络》选修课程，开设对象是大学三年级学生，在秋季学期授课。开设的目的是通过本课程的学习使学生了解和掌握计算机网络的基本概念、原理、组成、协议和设计方法，重点掌握计算机网络通信协议以及层次设计原则的基本思想和方法，使学生具有较强的计算机网络系统的应用能力。
但是，《计算机网络》课程需要“概率论与数理统计”、“数据结构”、“程序设计”、“操作系统”等方面的前导知识，对刚步入大学三年级的学生，这些知识虽然都有基础，但是有些知识并没有系统地进行学习，没有计算机或网络工程专业的学生掌握的系统、全面。加上《计算机网络》课程，尤其是计算机网络协议部分比较抽象，因此在实际授课过程中，发现学生学习存在几个典型问题：
(1)从感觉上感到课程内容枯燥，引不起学习兴趣；
(2)知识点比较抽象，难以理解；
(3)对学到的内容如何应用感到困惑。
因此，在实际授课中，授课教员针对学生面临的问题，采取了相应的措施，如补充前导知识点，加强多媒体课件的设计，关键知识点板书强调等。在教材上，选择了对协议原理讲述非常清楚的著名教程《用TCP/IP进行网际互连第一卷：原理、协议与结构》，并指定其英文原版作为参考教材，课堂教授尽可能按照教材的结构进行。除此之外，根据上述三个问题，还采取了三个典型的教学方法，培养学生学习兴趣，帮助学生对知识的理解，强化学生对知识的应用。
采取案例引导学生学习兴趣
学生感觉上认为计算机网络知识枯燥，学习没有兴趣，是因为学生对相应的知识只理解表面，没有深入理解本质。年轻大学生求知欲望强烈、主动探索能力强，只要在教学上引导学生，就可以有效提高学生的学习兴趣。教员在授课过程中，根据不同的内容，选用了相应的案例，在每个知识点的学习开始之前，就通过这些案例分析来引导学生，提高学生的学习兴趣。TCP协议是《计算机网络》课程中非常重要的协议，是TCP/IP网络协议族的基础协议，要求学生必须重点理解和掌握，掌握不好，就不能正确的理解TCP/IP网络协议的本质，也对后续计算机网络应用的学习带来困难。但是TCP协议相当复杂，由于提供的是可靠的数据流传输服务这样的应用，因此需要建立并管理连接、实现端到端的拥塞控制、完成确认重传以及处理乱序和重复，并需要实时测试网络性能来确定多个定时器值。对这样复杂的学习内容，如果不培养学生的学习兴趣，就很难使得学生能够正确地掌握知识要点。采取案例教学是一个比较有效的提高学生学习兴趣的方法。
例如，在TCP协议中，协议格式首部的码元字段对协议非常关键，但其含义又比较难以理解，是个教学难点。在教学上，根据大学生对网络安全比较感兴趣的情况，教员在正式讲述这一部分内容之前，采取了和码元比特相关的网络安全案例给学生介绍，实际教学采用了SYN泛洪攻击案例，其含义是恶意用户利用服务器TCP/IP堆栈有限，在短时间内向大量向服务器发送SYN报文，但不响应服务器发出SYN+ACK应答，使得服务器堆栈溢出崩溃或忙于处理TCP连接请求而无暇响应客户正常请求，造成拒绝服务攻击。通过分析这个案例，将学生比较关注的网络安全内容和学习的要点有机的结合起来，有效地提高了学生学习的兴趣，从课堂实际教学效果看，这样的案例将学生的积极性有效的调动起来，学生由被动学习变为主动学习，提高了学习效率。
采用案例教学，有三点比较关键：其一是案例的设计，采用的案例应该是学生比较关注的领域，同时又能够和知识要点紧密结合，这样才能既提高学生兴趣，又能加强对知识的理解；其二是案例数量要合适，案例数量不宜过多，本科教学不同于职业培训，过多的案例会分散学生对重要知识点兴趣，不利于基础知识的教学，应当遵循“够用就好”的原则；其三是案例讲授时机，在实际授课中，应当根据内容的不同，可以采取在教授知识之前、之中和之后分析案例。在上述案例授课中，教员采取在讲授知识之前进行案例分析，是考虑到这一部分内容比较复杂，先给学生一个感官印象，提高兴趣，在讲述内容之中，又把这一案例进行分析，使得学生能够理解这一案例体现的知识内涵，从而加强了对知识点的理解。
通过实际分析强化理解
案例教学培养学生对知识点的感性认识，教材知识讲授使得学生对知识点有了抽象的认知，但这还不能使得学生对知识点有充分的理解。对学生来说，一个具体的问题是这些抽象的知识点是如何在实际的网络中表现的？如果不解决这一问题，知识点对学生而言总是一知半解。解决这一问题，对《计算机网络》课程来讲，有一个可以充分利用的特点，即有众多的网络协议分析工具可用，这些协议分析工具可以实时捕获网络数据，并能够自动对协议进行分析。
在课堂上实际构造网络环境并不方便，而且会占用较多的课堂时间，因此，我们的方法是课前构造环境，采用Sniffer pro协议分析工具进行数据捕获与分析，然后制造成图片并设计在课间中，让学生从图中可以清楚地看出ARP协议是如何在以太网帧中封装以及每个字段的具体数据。学生根据所学以太网和ARP协议知识，能够判定相应字段的含义，并将抽象的定义和实际的数据联系起来，增加其对知识的理解。
采用实际分析辅助教学，除了帮助学生理解所学知识，还有两个作用：第一，TCP/IP协议族是一个五层的分层协议结构，分层的网络设计思想是需要学生重点掌握的内容，通过在不同阶段对协议进行这样的分析，展现不同协议的层层封装关系和封装结构，能够强化学生对分层协议结构的记忆和理解。第二，这样的实际分析，鲜明的体现了所分析协议在整个协议族中的位置，以及和其它协议之间的相互关系，能够帮助学生从整体上把握协议的本质作用，从而能够在实际工作中正确应用所学知识。
通过课后作业实践引导应用
通过上述几个环节，学生可以正确的理解所学的知识，但是还不能够做到在适当的环境下进行正确的应用。达到正确的应用要求，还需要通过实践环节，如课后作业或者试验。对自动化专业的大学三年级学生，其学习任务非常重，作为选修课程，不可能安排大量的实践课程，而单纯的习题，也不能充分的让学生掌握所学知识，因此在实践环节就需要其它方式。在这种情况下，一种比较好的解决方式是设计实践性习题，这样的习题概括面广，需要通过综合分析和讨论才能有正确的理解和解答，如在TCP协议学习后，我们设计了一个综合习题，如下：
TCP协议是互联网中主要的协议，讨论：
(1)假定A、B两主机采用TCP协议，请用图示说明主机A、B之间建立连接的过程。(2)TCP中确认报文的丢失是否一定会导致重？请说明原因。
(3)若TCP协议采用两次握手方法建立连接，是否会产生死锁，请说明原因。
(4)考虑两军问题：设想一支白军被困于山谷，山谷两侧是蓝军，白军在人数上比山谷两侧任何一支蓝军都多，但少于两支蓝军和在一起的人数。如果单独一支蓝军对白军发动进攻，则必败无疑，但如果两支蓝军同时发动进攻，便可取胜。两支蓝军欲同时发动进攻，然而，他们唯一的通信方法是派遣使者步行过山谷传递信息。在山谷中，信使有可能被俘虏而丢失信件。采用TCP建立连接的方法能使蓝军获胜吗？请说明原因。
这一综合习题，强调了TCP协议的重点和难点部分，并增加了红蓝军的实践环节，增强学生对实际应用的理解。这一习题要求学生分组讨论，并以分组方式递交作业，学生在课堂上按组进行解释，并在课堂上讨论，教员进行总结，并根据这一习题，对如何应用知识进行进一步的阐述，这样，既强化了学生对所学知识的理解，更能增加学生对所学知识的应用能力。
结论
通过上述教学方法，在实际授课中显示了比较好的教学效果。2008年春季，在以大学三、四年级学生为主体的ROBOCON2008机器人电视大赛中，有两名大四学生基于USARSim（Simulation of Urban Search And Rescue）开发系统建立Robocon2008赛题环境相应的比赛仿真环境，制作参赛方案的机器人模型，建立仿真服务器，提供虚拟机器人各种试验的仿真环境，通过仿真手段验证比赛策略。在此仿真系统中控制端和机器人模型之间就采用了TCP/IP协议。这一仿真系统的成功开发，证明学生比较好地掌握了计算机网络知识，并能正确应用，这充分说明了上述教学方法的有效性。
作者单位：国防科学技术大学机电工程与自动化学院湖南长沙
[关键词]案例教学 实际分析 作业实践
引言
微电子技术、网络通信技术和计算机控制技术的不断发展，促进了控制系统的不断变革，网络传输方式被不断地应用到自动化和控制领域中，出现了网络控制系统以及工业以太网等工业控制网络技术。计算机网络知识对自动化和自动控制专业的学生就成了应当理解并掌握的基础知识，我校针对自动化专业学生开设了48个学时的《计算机网络》选修课程，开设对象是大学三年级学生，在秋季学期授课。开设的目的是通过本课程的学习使学生了解和掌握计算机网络的基本概念、原理、组成、协议和设计方法，重点掌握计算机网络通信协议以及层次设计原则的基本思想和方法，使学生具有较强的计算机网络系统的应用能力。
但是，《计算机网络》课程需要“概率论与数理统计”、“数据结构”、“程序设计”、“操作系统”等方面的前导知识，对刚步入大学三年级的学生，这些知识虽然都有基础，但是有些知识并没有系统地进行学习，没有计算机或网络工程专业的学生掌握的系统、全面。加上《计算机网络》课程，尤其是计算机网络协议部分比较抽象，因此在实际授课过程中，发现学生学习存在几个典型问题：
(1)从感觉上感到课程内容枯燥，引不起学习兴趣；
(2)知识点比较抽象，难以理解；
(3)对学到的内容如何应用感到困惑。
因此，在实际授课中，授课教员针对学生面临的问题，采取了相应的措施，如补充前导知识点，加强多媒体课件的设计，关键知识点板书强调等。在教材上，选择了对协议原理讲述非常清楚的著名教程《用TCP/IP进行网际互连第一卷：原理、协议与结构》，并指定其英文原版作为参考教材，课堂教授尽可能按照教材的结构进行。除此之外，根据上述三个问题，还采取了三个典型的教学方法，培养学生学习兴趣，帮助学生对知识的理解，强化学生对知识的应用。
采取案例引导学生学习兴趣
学生感觉上认为计算机网络知识枯燥，学习没有兴趣，是因为学生对相应的知识只理解表面，没有深入理解本质。年轻大学生求知欲望强烈、主动探索能力强，只要在教学上引导学生，就可以有效提高学生的学习兴趣。教员在授课过程中，根据不同的内容，选用了相应的案例，在每个知识点的学习开始之前，就通过这些案例分析来引导学生，提高学生的学习兴趣。TCP协议是《计算机网络》课程中非常重要的协议，是TCP/IP网络协议族的基础协议，要求学生必须重点理解和掌握，掌握不好，就不能正确的理解TCP/IP网络协议的本质，也对后续计算机网络应用的学习带来困难。但是TCP协议相当复杂，由于提供的是可靠的数据流传输服务这样的应用，因此需要建立并管理连接、实现端到端的拥塞控制、完成确认重传以及处理乱序和重复，并需要实时测试网络性能来确定多个定时器值。对这样复杂的学习内容，如果不培养学生的学习兴趣，就很难使得学生能够正确地掌握知识要点。采取案例教学是一个比较有效的提高学生学习兴趣的方法。
例如，在TCP协议中，协议格式首部的码元字段对协议非常关键，但其含义又比较难以理解，是个教学难点。在教学上，根据大学生对网络安全比较感兴趣的情况，教员在正式讲述这一部分内容之前，采取了和码元比特相关的网络安全案例给学生介绍，实际教学采用了SYN泛洪攻击案例，其含义是恶意用户利用服务器TCP/IP堆栈有限，在短时间内向大量向服务器发送SYN报文，但不响应服务器发出SYN+ACK应答，使得服务器堆栈溢出崩溃或忙于处理TCP连接请求而无暇响应客户正常请求，造成拒绝服务攻击。通过分析这个案例，将学生比较关注的网络安全内容和学习的要点有机的结合起来，有效地提高了学生学习的兴趣，从课堂实际教学效果看，这样的案例将学生的积极性有效的调动起来，学生由被动学习变为主动学习，提高了学习效率。
采用案例教学，有三点比较关键：其一是案例的设计，采用的案例应该是学生比较关注的领域，同时又能够和知识要点紧密结合，这样才能既提高学生兴趣，又能加强对知识的理解；其二是案例数量要合适，案例数量不宜过多，本科教学不同于职业培训，过多的案例会分散学生对重要知识点兴趣，不利于基础知识的教学，应当遵循“够用就好”的原则；其三是案例讲授时机，在实际授课中，应当根据内容的不同，可以采取在教授知识之前、之中和之后分析案例。在上述案例授课中，教员采取在讲授知识之前进行案例分析，是考虑到这一部分内容比较复杂，先给学生一个感官印象，提高兴趣，在讲述内容之中，又把这一案例进行分析，使得学生能够理解这一案例体现的知识内涵，从而加强了对知识点的理解。
通过实际分析强化理解
案例教学培养学生对知识点的感性认识，教材知识讲授使得学生对知识点有了抽象的认知，但这还不能使得学生对知识点有充分的理解。对学生来说，一个具体的问题是这些抽象的知识点是如何在实际的网络中表现的？如果不解决这一问题，知识点对学生而言总是一知半解。解决这一问题，对《计算机网络》课程来讲，有一个可以充分利用的特点，即有众多的网络协议分析工具可用，这些协议分析工具可以实时捕获网络数据，并能够自动对协议进行分析。
在课堂上实际构造网络环境并不方便，而且会占用较多的课堂时间，因此，我们的方法是课前构造环境，采用Sniffer pro协议分析工具进行数据捕获与分析，然后制造成图片并设计在课间中，让学生从图中可以清楚地看出ARP协议是如何在以太网帧中封装以及每个字段的具体数据。学生根据所学以太网和ARP协议知识，能够判定相应字段的含义，并将抽象的定义和实际的数据联系起来，增加其对知识的理解。
采用实际分析辅助教学，除了帮助学生理解所学知识，还有两个作用：第一，TCP/IP协议族是一个五层的分层协议结构，分层的网络设计思想是需要学生重点掌握的内容，通过在不同阶段对协议进行这样的分析，展现不同协议的层层封装关系和封装结构，能够强化学生对分层协议结构的记忆和理解。第二，这样的实际分析，鲜明的体现了所分析协议在整个协议族中的位置，以及和其它协议之间的相互关系，能够帮助学生从整体上把握协议的本质作用，从而能够在实际工作中正确应用所学知识。
通过课后作业实践引导应用
通过上述几个环节，学生可以正确的理解所学的知识，但是还不能够做到在适当的环境下进行正确的应用。达到正确的应用要求，还需要通过实践环节，如课后作业或者试验。对自动化专业的大学三年级学生，其学习任务非常重，作为选修课程，不可能安排大量的实践课程，而单纯的习题，也不能充分的让学生掌握所学知识，因此在实践环节就需要其它方式。在这种情况下，一种比较好的解决方式是设计实践性习题，这样的习题概括面广，需要通过综合分析和讨论才能有正确的理解和解答，如在TCP协议学习后，我们设计了一个综合习题，如下：
TCP协议是互联网中主要的协议，讨论：
(1)假定A、B两主机采用TCP协议，请用图示说明主机A、B之间建立连接的过程。(2)TCP中确认报文的丢失是否一定会导致重？请说明原因。
(3)若TCP协议采用两次握手方法建立连接，是否会产生死锁，请说明原因。
(4)考虑两军问题：设想一支白军被困于山谷，山谷两侧是蓝军，白军在人数上比山谷两侧任何一支蓝军都多，但少于两支蓝军和在一起的人数。如果单独一支蓝军对白军发动进攻，则必败无疑，但如果两支蓝军同时发动进攻，便可取胜。两支蓝军欲同时发动进攻，然而，他们唯一的通信方法是派遣使者步行过山谷传递信息。在山谷中，信使有可能被俘虏而丢失信件。采用TCP建立连接的方法能使蓝军获胜吗？请说明原因。
这一综合习题，强调了TCP协议的重点和难点部分，并增加了红蓝军的实践环节，增强学生对实际应用的理解。这一习题要求学生分组讨论，并以分组方式递交作业，学生在课堂上按组进行解释，并在课堂上讨论，教员进行总结，并根据这一习题，对如何应用知识进行进一步的阐述，这样，既强化了学生对所学知识的理解，更能增加学生对所学知识的应用能力。
结论
通过上述教学方法，在实际授课中显示了比较好的教学效果。2008年春季，在以大学三、四年级学生为主体的ROBOCON2008机器人电视大赛中，有两名大四学生基于USARSim（Simulation of Urban Search And Rescue）开发系统建立Robocon2008赛题环境相应的比赛仿真环境，制作参赛方案的机器人模型，建立仿真服务器，提供虚拟机器人各种试验的仿真环境，通过仿真手段验证比赛策略。在此仿真系统中控制端和机器人模型之间就采用了TCP/IP协议。这一仿真系统的成功开发，证明学生比较好地掌握了计算机网络知识，并能正确应用，这充分说明了上述教学方法的有效性。
作者单位：国防科学技术大学机电工程与自动化学院湖南长沙