劉福泉

摘 要： 計(jì)算機(jī)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(dòng)而直觀，探討了案例+實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。以一次教學(xué)活動(dòng)為例，采用Packet Tracer為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，介紹了案例+實(shí)驗(yàn)教學(xué)法在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的實(shí)踐過(guò)程。實(shí)踐證明，采用案例+實(shí)驗(yàn)教學(xué)法來(lái)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(duì)理論知識(shí)的理解。

關(guān)鍵詞： 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)； 案例； 實(shí)驗(yàn)； Packet Tracer

中圖分類號(hào)：G642.421 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是本科信息類專業(yè)的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課程，對(duì)于大部分學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們雖然有使用各種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的經(jīng)歷，但是還沒(méi)有任何計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程背景，沒(méi)有自己動(dòng)手組建過(guò)網(wǎng)絡(luò)，沒(méi)有自己編寫(xiě)過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)程序，更不知道什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，這門(mén)課程對(duì)他們來(lái)說(shuō)既熟悉又陌生，熟悉的是網(wǎng)絡(luò)無(wú)處不在，陌生的是一大堆抽象而枯燥的技術(shù)概念。對(duì)于很多教師來(lái)說(shuō)，這門(mén)課著實(shí)不好上，因?yàn)檎n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(jì)算機(jī)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(qiáng)[1]提出要重視計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)，建設(shè)優(yōu)良實(shí)用的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室，利用虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，采用真實(shí)實(shí)驗(yàn)和虛擬實(shí)驗(yàn)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(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才的需求，要注重理論教學(xué)與實(shí)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(duì)伍，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)環(huán)境，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)改革方案，采用理論與實(shí)驗(yàn)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(shí)踐能力。安子強(qiáng)[4]提出運(yùn)用類比手段把抽象問(wèn)題具體化的方法，以幫助學(xué)生掌握和理解抽象概念。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的概念之所以抽象，是因?yàn)閷W(xué)生沒(méi)有見(jiàn)過(guò)這些概念所描述的物理實(shí)體，對(duì)這些概念沒(méi)有感觀認(rèn)識(shí)，沒(méi)法在頭腦中對(duì)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(gè)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(guò)程，這些概念也就不再抽象了。本文提出一種案例+實(shí)驗(yàn)教學(xué)法，以Packet Tracer作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，組織計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)活動(dòng)，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(duì)Packet Tracer實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了介紹；第2部分通過(guò)一次具體的教學(xué)活動(dòng)介紹了案例+實(shí)驗(yàn)教學(xué)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的應(yīng)用；第3部分通過(guò)比較分析，表明采用案例+實(shí)驗(yàn)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(duì)理論知識(shí)的理解；第4部分對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié)。

1 背景Packet Tracer實(shí)驗(yàn)平臺(tái)簡(jiǎn)介

Packet Tracer[5]是思科公司發(fā)布的一個(gè)功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，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(gè)設(shè)計(jì)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(tái)有4種界面視圖，分別為L(zhǎng)ogical、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(shí)時(shí)運(yùn)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(guò)程。

Packet Tracer實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具有配置簡(jiǎn)單、實(shí)驗(yàn)設(shè)備豐富、可拖拽等特點(diǎn)，學(xué)生可以很快學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的使用方法，通過(guò)豐富的視圖功能和實(shí)驗(yàn)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(wèn)題。

2 教學(xué)實(shí)踐

2.1 教學(xué)內(nèi)容設(shè)置

這里介紹采用案例+實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法展開(kāi)的一次教學(xué)活動(dòng)，本次教學(xué)活動(dòng)要求學(xué)生了解常用的連網(wǎng)設(shè)備，掌握測(cè)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(guò)程。圍繞這一教學(xué)目標(biāo)設(shè)置了一個(gè)案例，將教學(xué)內(nèi)容預(yù)設(shè)在這個(gè)案例中，并且采用由淺入深、層層深入的問(wèn)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(gè)辦公室，兩個(gè)辦公室相隔1千米，分別屬于不同的部門(mén)，一個(gè)辦公室有3臺(tái)主機(jī)，其中有1臺(tái)是文件服務(wù)器，另一個(gè)辦公室也有3臺(tái)主機(jī)，其中1臺(tái)是Web服務(wù)器。小李是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)工程師，單位將這個(gè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)項(xiàng)目交給了小李，小李圓滿完成了這個(gè)項(xiàng)目。如果你是小李，如何完成這個(gè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)項(xiàng)目呢？

圍繞這個(gè)項(xiàng)目，我們?cè)O(shè)置了5問(wèn)題，問(wèn)題與問(wèn)題之間環(huán)環(huán)相扣，逐步深入。

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

問(wèn)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(shí)現(xiàn)通信？

問(wèn)題3：驗(yàn)證在一個(gè)局域網(wǎng)中，一個(gè)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(guò)程。

問(wèn)題4：驗(yàn)證在一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)中，一個(gè)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(guò)程。

問(wèn)題5：通過(guò)仔細(xì)觀察數(shù)據(jù)在不同設(shè)備上的封裝和解封裝過(guò)程，給出一個(gè)結(jié)論。

2.2 教學(xué)過(guò)程

首先，將學(xué)生分成幾個(gè)小組，每個(gè)小組圍繞案例1展開(kāi)討論并給出一個(gè)解決方案，然后由教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。在這次教學(xué)活動(dòng)中，根據(jù)學(xué)生的討論結(jié)果，我們采用一種最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方案，在辦公室內(nèi)部采用一臺(tái)交換機(jī)，將3臺(tái)主機(jī)互聯(lián)，辦公室之間用一臺(tái)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(guò)程中逐步發(fā)現(xiàn)這種方案存在的問(wèn)題并給出優(yōu)化方案，這樣可以培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

接下來(lái)，讓學(xué)生根據(jù)確定下來(lái)的實(shí)現(xiàn)方案，在Packet tracer實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的Logical視圖中通過(guò)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(wèn)題1。

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

學(xué)生可以通過(guò)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(duì)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(guò)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(diǎn)擊一臺(tái)主機(jī)，就可以查看到這臺(tái)主機(jī)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(wèn)題5是一個(gè)比較和區(qū)分類型的問(wèn)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(jī)、交換機(jī)、路由器分別屬于哪一層設(shè)備，并對(duì)數(shù)據(jù)在不同設(shè)備上的傳遞過(guò)程進(jìn)行總結(jié)。

3 教學(xué)效果

在兩個(gè)平行班中，A班采用了這種實(shí)驗(yàn)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(duì)這次課的學(xué)習(xí)內(nèi)容是否感興趣_____

A. 很感興趣 B. 有點(diǎn)興趣 C. 沒(méi)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(jī)這一互連設(shè)備

C. 由分組交換機(jī)互連的多條點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道

D. 由分組交換機(jī)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(jī)

B. 互連點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的分組交換機(jī)

C.互連多條點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的分組交換機(jī)

D.互聯(lián)多條廣播信道的分組交換機(jī)

4. 計(jì)算機(jī)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(huì)話層 D. 應(yīng)用層

5. 可以采用_____測(cè)試網(wǎng)絡(luò)中兩臺(tái)主機(jī)之間的連通性。

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

6. 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，在主機(jī)上實(shí)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，在路由器上實(shí)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，在二層交換機(jī)上實(shí)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程

10. 數(shù)據(jù)的解封裝過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程

我們對(duì)收上來(lái)的答案作了統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)的內(nèi)容分為兩部分，一部分是統(tǒng)計(jì)兩個(gè)班學(xué)生對(duì)這部分學(xué)習(xí)內(nèi)容的感興趣程度，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖4所示，另一部分是統(tǒng)計(jì)兩個(gè)班回答問(wèn)題的正確率，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖5所示。通過(guò)統(tǒng)計(jì)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(duì)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