摘 要：從教學實踐中可以體會到傳統(tǒng)的教學方法很難讓學生達到真正“掌握”網(wǎng)絡技術(shù)的教學目的。根據(jù)職業(yè)教育學生的特點，要想提高學生對計算機網(wǎng)絡理論知識的理解與實際動手能力，適應信息化社會對人才需求的變化，應該注重知識與能力的協(xié)同培養(yǎng)，在強化學生網(wǎng)絡理論知識的同時，提高網(wǎng)絡軟件編程能力。

關鍵詞：“自頂向下”教學法；應用驅(qū)動；互聯(lián)網(wǎng)；編程能力

作者簡介：涂風濤（1976-），男，江西南昌人，豫章師范學院信息科學系講師，研究方向為網(wǎng)絡安全和計算機教學。

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1001-7518（2017）32-0067-03

計算機網(wǎng)絡技術(shù)的成熟與互聯(lián)網(wǎng)應用的普及，已對計算機網(wǎng)絡教學產(chǎn)生了重大的影響。這種影響集中表現(xiàn)在教學體系與內(nèi)容的變化，以及社會對網(wǎng)絡技術(shù)人才需求的變化兩個方面。當今網(wǎng)絡行業(yè)發(fā)展的變化，要求高職院校計算機網(wǎng)絡工程專業(yè)的學生，更是需要具備在網(wǎng)絡環(huán)境中開發(fā)軟件的能力。因此，筆者以為基于“自頂向下”的教學理念，對計算機網(wǎng)絡課程進行教學改革，把網(wǎng)絡能力和素質(zhì)的培養(yǎng)落實到教學實踐中顯得尤為需要。

一、“自頂向下”教學方法

“自頂向下”教學方法是以自頂向下的方式來講授網(wǎng)絡，也就是按照OSI模型的順序，從應用層開始向下一直講到物理層。在教學中，教師采用“應用驅(qū)動”模式來構(gòu)建整個教學過程，講授主要網(wǎng)絡概念。通過對互聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)的相關概念和功能的講解，引出相應的設計任務，按照OSI模型自頂向下，層層解析，探討網(wǎng)絡應用系統(tǒng)設計方法和實現(xiàn)技術(shù)[1]。學生按任務要求去學習設計和實現(xiàn)網(wǎng)絡應用系統(tǒng)的相關內(nèi)容，以此來培養(yǎng)他們遵循問題解決流程，分析網(wǎng)絡工作原理的能力，引導他們掌握分析、設計和實現(xiàn)網(wǎng)絡應用系統(tǒng)技術(shù)[2]。在教學內(nèi)容的整體安排上，把教學的重點放在了以應用層和傳輸層為中心的高層，強調(diào)網(wǎng)絡應用層案例與編程，讓學生在使用網(wǎng)絡應用程序環(huán)境中進行學習和創(chuàng)新。

二、教學內(nèi)容設計

在教學內(nèi)容設計中采用“自頂向下”的教學設計思想，著眼于深入解析互聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)方法，采用“端系統(tǒng)與核心交換”的結(jié)構(gòu)模型，如圖1所示。這種結(jié)構(gòu)模型將復雜的互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)抽象為“端系統(tǒng)”與“核心交換”的概念，突出網(wǎng)絡應用與應用層協(xié)議，配合“網(wǎng)絡應用體系結(jié)構(gòu)”的概念，以實現(xiàn)網(wǎng)絡應用功能所需低層提供的服務為線索。在結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)工作模型和網(wǎng)絡應用層協(xié)議的基礎上，再探討低層網(wǎng)絡提供的相關服務，形成一個完整的思維結(jié)構(gòu)：即“提出問題”——描述網(wǎng)絡應用系統(tǒng)的功能需求；“分析問題”——實現(xiàn)網(wǎng)絡服務功能的工作模型與應用層協(xié)議的設計；“解決問題”——編寫實現(xiàn)應用層協(xié)議的網(wǎng)絡應用體系結(jié)構(gòu)的代碼?！熬W(wǎng)絡應用體系結(jié)構(gòu)”指的是學生在設計應用程序時，規(guī)定如何在各個端系統(tǒng)上組織網(wǎng)絡應用程序。在選擇網(wǎng)絡應用體系結(jié)構(gòu)時，學生可以選擇現(xiàn)代網(wǎng)絡應用中使用的兩種主流體系結(jié)構(gòu)之一：客戶機/服務器（Client/Server）體系結(jié)構(gòu)或?qū)Φ龋≒eer-to-Peer）體系結(jié)構(gòu)。我們在實踐中發(fā)現(xiàn)，這種組織方法有利于學生對網(wǎng)絡原理與實現(xiàn)技術(shù)的理解。因此，在教學內(nèi)容安排上，教師在介紹WAN、LAN與MAN等傳輸網(wǎng)技術(shù)發(fā)展和演變的歷史基礎上，突出對網(wǎng)絡應用層、網(wǎng)絡應用體系結(jié)構(gòu)，以及軟件設計方法的講解[3]。

教學中，從最基本的網(wǎng)絡原理出發(fā)，通過總結(jié)提煉，讓學生一步步了解網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，理解網(wǎng)絡的基本設計原理。通過對處理網(wǎng)絡問題的基本方法的掌握，也潛移默化地培養(yǎng)了學生接受新知識、研究新知識的鉆研能力，這也是我們在計算機網(wǎng)絡課程教學中以“不變”應“萬變”的基本思路。

此外，基于“自頂向下”的理念，采用“應用驅(qū)動”的教學思路，把互聯(lián)網(wǎng)應用作為研究對象，從實現(xiàn)設計目的出發(fā)，按進程通信的實現(xiàn)，層層推進，直到底層的數(shù)據(jù)傳輸層的順序來組織相關教學內(nèi)容。

互聯(lián)網(wǎng)作為《計算機網(wǎng)絡》這門課程的教學研究目標是因為互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)變得無所不在，使用互聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議，來學習基本的計算機網(wǎng)絡概念。因為我們的關注焦點是互聯(lián)網(wǎng)，這反映在圍繞互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的五層模型來組織教學，這五個層次分別是應用層、運輸層、網(wǎng)絡層、鏈路層和物理層。對于發(fā)展成熟的互聯(lián)網(wǎng)而言，許多關鍵性基礎問題都已分析的相當透徹。像在網(wǎng)絡運輸層上，存在的主要關鍵問題是如何建立可靠通信；網(wǎng)絡層上的主要關鍵問題是如何在Router之間找到“最優(yōu)”路徑；數(shù)據(jù)鏈路層上的主要關鍵問題是多路訪問信道的共享。學習這些原理將使學生獲得具有長“保質(zhì)期”的知識，即使今后的網(wǎng)絡標準和協(xié)議不斷發(fā)展變化，其中的原理仍然重要。我們發(fā)現(xiàn)，在學習互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)之后，然后再通過強調(diào)網(wǎng)絡中的基礎性問題和解決方案，學生能夠快速理解大部分的網(wǎng)絡技術(shù)。

當然，聚焦互聯(lián)網(wǎng)還有一個好處是，許多計算機專業(yè)的學生都渴望學習互聯(lián)網(wǎng)及其技術(shù)。學生已經(jīng)知道互聯(lián)網(wǎng)是一種革命性的技術(shù)，網(wǎng)絡改變了我們的生活方式。通過對互聯(lián)網(wǎng)的了解，激發(fā)了學生們對其內(nèi)部原理的求知欲。因此，一旦用互聯(lián)網(wǎng)作為定向焦點，教師就更易于調(diào)動學生們學習網(wǎng)絡基本原理的積極性。通過多個學期的學生問卷調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)采用“自頂向下”方式的教學與傳統(tǒng)的教學相比，學生學習計算機網(wǎng)絡課程持續(xù)保持興趣度的人數(shù)比例發(fā)生了明顯的變化（如圖2所示）。

三、強化網(wǎng)絡應用軟件設計與編程能力培養(yǎng)

為了適應網(wǎng)絡行業(yè)對高素質(zhì)網(wǎng)絡人才的需求，我們必須堅持“理論教學與能力培養(yǎng)并重，強化網(wǎng)絡應用軟件設計與編程能力培養(yǎng)”的教學改革。

在網(wǎng)絡課程的教學過程中，講網(wǎng)絡原理必須講網(wǎng)絡協(xié)議，講網(wǎng)絡協(xié)議必然涉及一些規(guī)定。如果只通過網(wǎng)絡硬件和軟件產(chǎn)品來組織教學，必然會導致學生“只知其表”的狀態(tài)，學習也只能停留在技能培訓的水平上。以往的教學經(jīng)驗告訴我們，僅僅通過書本和課堂學習而掌握的網(wǎng)絡知識，對于學生來說是初淺的。學生們往往是通過大量做題、死記硬背而“掌握”很多的網(wǎng)絡概念，順利通過考試。但要真正理解網(wǎng)絡理論，提高應用能力，是需要通過項目實訓來達到的。

雖然計算機網(wǎng)絡和軟件編程課程是計算機專業(yè)中獨立的兩門課程，但是由于當前大多數(shù)軟件是運行在網(wǎng)絡環(huán)境中，所以網(wǎng)絡課程的教學離不開軟件編程，并且兩者之間還保持了緊密的聯(lián)系。通過開發(fā)網(wǎng)絡應用軟件，即能強化學生對網(wǎng)絡技術(shù)的理解，又能提高他們的網(wǎng)絡軟件編程能力。因此，采用了網(wǎng)絡理論與項目實訓相結(jié)合的指導思想，強化學生網(wǎng)絡技術(shù)能力的培養(yǎng)。

為了加強學生在計算機網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)設計與軟件編程能力上的訓練，在總結(jié)多年科研與教學經(jīng)驗的基礎上，提煉出與課程內(nèi)容相適應的網(wǎng)絡編程實訓項目。例如，教師在向?qū)W生講授網(wǎng)絡層的相關知識點時，設計了一個“IP數(shù)據(jù)包捕獲程序設計”的實訓項目。通過這個項目開發(fā)，讓學生更加理解了網(wǎng)絡層的基本概念，IP協(xié)議的主要特點，IP數(shù)據(jù)包的結(jié)構(gòu)，以及IP數(shù)據(jù)包捕獲的工作原理。在項目設計時，我們首先向?qū)W生提出相關的設計要求；學生根據(jù)需求寫出相應的開發(fā)文檔；然后學生按小組一起討論解析項目的關鍵問題，教師參與輔導；最后要求學生以小組的形式完成項目的程序代碼設計，教師評判的標準是看所設計的程序是否滿足設計要求，小組成員分工是否明確，編程是否規(guī)范，注釋是否清晰等因素。

在任課和實訓教師的指導下，學生們可以循序漸進地完成網(wǎng)絡編程的課程設計，加深對網(wǎng)絡工作原理和實現(xiàn)方法的理解，加強在計算機網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中開發(fā)應用系統(tǒng)與軟件的能力，適應社會對具有網(wǎng)絡應用系統(tǒng)設計與開發(fā)能力的高水平人才的需要。

四、“自頂向下”教學法的優(yōu)點

教學實踐反饋證實了在教學中采用的這種“自頂向下”的教學方法有許多好處，并且的確很好實施。

首先，“自頂向下”教學法特別強調(diào)應用層，因為它是網(wǎng)絡中最重要的應用領域。許多近期“革命”都發(fā)生在網(wǎng)絡的應用層上，像文件共享、互聯(lián)網(wǎng)應用和流媒體等。及早強調(diào)應用層的教授，不同于傳統(tǒng)教學中所采取的方法。傳統(tǒng)教學中只介紹了少量的網(wǎng)絡應用和需求，應用層范式（Client/Server體系結(jié)構(gòu)和Peer-to-Peer體系結(jié)構(gòu)），以及應用編程接口方面的內(nèi)容，這已與行業(yè)需求存在一定的差距。

其次，作為教師的經(jīng)驗是，在課程開始后就教授網(wǎng)絡應用的內(nèi)容，是激勵學生學習積極性的有效工具。學生們從開始學習《計算機網(wǎng)絡》便急切想知道自己每天都在使用的萬維網(wǎng)服務和電子郵箱是如何工作的。學生們一旦理解了這些網(wǎng)絡應用程序的工作原理，便能激發(fā)他們學習相關網(wǎng)絡服務，以及探究在低層次中如何提供與實現(xiàn)這些服務的學習興趣。所以，網(wǎng)絡應用程序的講解是保持學生學習該課程積極性的重要手段。

最后，通過“自頂向下”教學，使學生能夠較早的掌握Socket編程、服務模型，以及網(wǎng)絡協(xié)議的概念，這些重要概念為進一步的深入學習掃除了障礙。通過提供用語言編寫的套接字編程的例子，我們強調(diào)的是主要思想，而不是使學生們陷于復雜代碼的困境，使計算機網(wǎng)絡專業(yè)的學生理解這些代碼變得更加容易，提高了他們的應用技能。

五、教改效果

按“自頂向下”方法組織計算機網(wǎng)絡教學內(nèi)容，并采用“應用驅(qū)動”的思路進行課程教學改革后，使學生獲得了較佳的學習體驗，提高了學生的網(wǎng)絡理論知識水平（如圖3所示），強化了網(wǎng)絡應用軟件設計與編程能力（如圖4所示）。

社會對網(wǎng)絡技術(shù)人才的需求從初期的主要具備網(wǎng)絡規(guī)劃組建知識與技能型，向進一步掌握網(wǎng)絡應用系統(tǒng)設計與軟件編程能力的方向發(fā)展。社會對網(wǎng)絡技術(shù)人才的需求從早期小批量、建設性人才，向大規(guī)模、多層次、能適應社會各行業(yè)對具有網(wǎng)絡應用軟件系統(tǒng)設計和開發(fā)能力的高水平人才的方向發(fā)展。面對新技術(shù)與人才需求的變化，職業(yè)院校計算機網(wǎng)絡課程教學一定要適應形勢發(fā)展的需要。因此，采用“自頂向下”、“應用驅(qū)動”思路的教學改革，將成熟的互聯(lián)網(wǎng)應用技術(shù)、傳輸層協(xié)議與網(wǎng)絡技術(shù)的最新發(fā)展有機地融合起來，很好地處理了網(wǎng)絡教學內(nèi)容中的“變”與“不變”的關系，從而使學生具備了以“不變”應“萬變”的能力，更好地適應了社會對網(wǎng)絡技術(shù)人才需求的變化。

參考文獻：

[1]王濤，吳振強，任平安.自頂向下還是自底向上？——論計算機網(wǎng)絡原理課程教學模式[J].計算機教育，2011（24）：65-68.

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[3]陳鳴，等.計算機網(wǎng)絡課程教學的思考與創(chuàng)新[J].高等教育研究學報，2008（2）：66-68.

責任編輯 時紅兵