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摘要 根据选修课程学生实践环节少，学生实践能力不足的问题，本文在《计算机网络》选修课程中，重点研究了三个实践性的教学方法：案例教学、实际分析和作业实践。在正常的教学过程中，有选择的增加这三个实践性教学方法的应用，除了能有效提高学生的学习兴趣、增强学生对知识的理解外，还能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
一、引言
自动控制技术的发展，尤其是网络控制和工业以太网技术等的发展，使得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。《计算机网络》课程教学以计算机网络协议为主体，比较抽象，与其它课程相比。难以理解。加上自动化专业大学三年级的学生对前导知识“概率论与数理统计”、“数据结构”、“程序设计”、“操作系统”等没有系统地进行学习，学生对知识的理解比较表面化，更缺乏知识应用能力。而作为选修课程。无法安排一定的实践学习环节，增强对知识的理解。在实际授课过程中，我们发现学生对学到的内容如何应用感到困惑。
因此，在实际授课中，我们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TC/MP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实践性教学方法。培养学生学习兴趣。帮助学生对知识的理解，在课堂教学增加虚拟的实践环节，弥补实践环节不足的缺陷。提高学生对知识的应用能力。
二、案例分析引导学生解决实际问题
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。结合课程所学知识，采用现实中的实际案例分析，对学生而言，实际上就是在课堂上进行实验，通过问题地引入。以及问题的逐步解决，就能够充分地吸引学生的注意力，增强学生对知识的理解，提高学生解决实际问题的能力。
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。下表给出了码元字段的定义：
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，实际教学采用了两个案例：案例1是SYN泛洪攻击。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；案例2是基于IP欺骗的拒绝服务攻击，其含义是攻击者构造TCP数据。伪造大量合法用户IP地址。向服务器发送一带有RST位TCP数据段，服务器接收到数据后，立即清空缓冲区中建立好连接。合法用户发送合法数据，服务器已经没有这样的连接，该用户就必须从新开始建立连接。这两个案例涉及到了码元比特的SYN、ACK和RST位，还涉及到了TCP连接的建立和维护。通过分析这两个案例，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，兴趣促进学习，学生由被动学习变为主动学习，加深了对知识的了解，知道了如何通过所学知识解决实际问题。
采用案例教学，就像带领学生做了虚拟的实验，但是案例教学一定要有的放矢、数量适当、时机恰到好处。首先，采用的案例应该是学生比较关注的领域。同时要是现实中存在的比较突出的问题，又能够和知识要点紧密结合。如上述网络安全的例子，就是学生比较关注的领域，也是学生在日常网络接触过程中经常遇到的问题，这样的案例。既提高了学生兴趣，还能加强对知识的理解；其次，案例数量要合适。案例数量不宜过多，一些比较简单的知识点，就不需要案例的支撑教学。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。在我们的教学中，类似于UDP协议之类的教学就没有采取案例；最后，案例讲授时机要有选择，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。
三、通过实际分析强化学生对知识的理解
案例教学培养学生对知识点的感性认识，给出了如何解决实际问题的方法和思路。但应用所学知识的前提是对所学知识的正确和深入的理解，对学生来说，教材上抽象的知识是如何在实际的网络中表现的?在实际系统中，网络协议是如何实现并运行的?也是需要了解并需要解决的问题。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，在讲述到相应内容时，给学生讲述。下图是ARP协议的分析图片：
从上图可以清楚地看出，协议分析部分能够清楚地看出ARP协议是如何在以太网帧中封装的，从实际数据部分能够看出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。ARP协议是一个请求/响应机制的协议。其请求报文和响应报文在内容上有所不同，因此在授课时也必须分析ARP协议响应报文，如下图：
通过这样的分析，学生既理解了ARP协议的报文格式，也理解了ARP协议的请求，响应工作机制。同时。通过 网络连接建立时ARP协议连续的三次广播请求和主机的响应。学生也了解了ARP协议工作的实际流程。实际分析之后，我们给出了实践性问题。“当一台工作站在启动时想看看网络上是否有机器在模拟它时。应该怎样使用ARP?这种方法缺点是什么?”通过解决这个问题时的师生互动，进一步增强了学生对知识的理解。
在教学上，实际分析占用课堂授课的时间。这一教学方法需要注意对课堂时间的分配。实际授课中。我们面对的是选修课程的学生，因此实际分析占用的时间相对较多。复杂协议占用10-15分钟时间，并通过和学生的互动完成。这样，一方面这一方法强化对当前所学知识的理解：另一方面引导学生对前面所学知识的复习。
四、通过课后作业实践培养学生应用能力
对应用能力的培养，是一个连续的过程，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。我们的选择是设计实践性习题，这样的习题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，(即两支蓝军只能使用一种不可靠的通信方法)。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。前面部分强调了TCP协议的重点和难点部分，通过这些部分的解答。能够增强学生对所学知识本质的了解。同时，这一习题增加了红蓝军的实践环节，让学生利用所学知识解决虚拟的现实问题，解决这一问题，就需要前面部分对TCP协议连接建立和可靠传输知识的理解。并能够举一反三。在实际教学中。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。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。
五、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。这充分说明了上述实践性教学方法对培养学生应用能力的有效性。
关键词 案例教学；实际分析；作业实践
一、引言
自动控制技术的发展，尤其是网络控制和工业以太网技术等的发展，使得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。《计算机网络》课程教学以计算机网络协议为主体，比较抽象，与其它课程相比。难以理解。加上自动化专业大学三年级的学生对前导知识“概率论与数理统计”、“数据结构”、“程序设计”、“操作系统”等没有系统地进行学习，学生对知识的理解比较表面化，更缺乏知识应用能力。而作为选修课程。无法安排一定的实践学习环节，增强对知识的理解。在实际授课过程中，我们发现学生对学到的内容如何应用感到困惑。
因此，在实际授课中，我们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TC/MP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实践性教学方法。培养学生学习兴趣。帮助学生对知识的理解，在课堂教学增加虚拟的实践环节，弥补实践环节不足的缺陷。提高学生对知识的应用能力。
二、案例分析引导学生解决实际问题
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。结合课程所学知识，采用现实中的实际案例分析，对学生而言，实际上就是在课堂上进行实验，通过问题地引入。以及问题的逐步解决，就能够充分地吸引学生的注意力，增强学生对知识的理解，提高学生解决实际问题的能力。
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。下表给出了码元字段的定义：
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，实际教学采用了两个案例：案例1是SYN泛洪攻击。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；案例2是基于IP欺骗的拒绝服务攻击，其含义是攻击者构造TCP数据。伪造大量合法用户IP地址。向服务器发送一带有RST位TCP数据段，服务器接收到数据后，立即清空缓冲区中建立好连接。合法用户发送合法数据，服务器已经没有这样的连接，该用户就必须从新开始建立连接。这两个案例涉及到了码元比特的SYN、ACK和RST位，还涉及到了TCP连接的建立和维护。通过分析这两个案例，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，兴趣促进学习，学生由被动学习变为主动学习，加深了对知识的了解，知道了如何通过所学知识解决实际问题。
采用案例教学，就像带领学生做了虚拟的实验，但是案例教学一定要有的放矢、数量适当、时机恰到好处。首先，采用的案例应该是学生比较关注的领域。同时要是现实中存在的比较突出的问题，又能够和知识要点紧密结合。如上述网络安全的例子，就是学生比较关注的领域，也是学生在日常网络接触过程中经常遇到的问题，这样的案例。既提高了学生兴趣，还能加强对知识的理解；其次，案例数量要合适。案例数量不宜过多，一些比较简单的知识点，就不需要案例的支撑教学。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。在我们的教学中，类似于UDP协议之类的教学就没有采取案例；最后，案例讲授时机要有选择，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。
三、通过实际分析强化学生对知识的理解
案例教学培养学生对知识点的感性认识，给出了如何解决实际问题的方法和思路。但应用所学知识的前提是对所学知识的正确和深入的理解，对学生来说，教材上抽象的知识是如何在实际的网络中表现的?在实际系统中，网络协议是如何实现并运行的?也是需要了解并需要解决的问题。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，在讲述到相应内容时，给学生讲述。下图是ARP协议的分析图片：
从上图可以清楚地看出，协议分析部分能够清楚地看出ARP协议是如何在以太网帧中封装的，从实际数据部分能够看出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。ARP协议是一个请求/响应机制的协议。其请求报文和响应报文在内容上有所不同，因此在授课时也必须分析ARP协议响应报文，如下图：
通过这样的分析，学生既理解了ARP协议的报文格式，也理解了ARP协议的请求，响应工作机制。同时。通过 网络连接建立时ARP协议连续的三次广播请求和主机的响应。学生也了解了ARP协议工作的实际流程。实际分析之后，我们给出了实践性问题。“当一台工作站在启动时想看看网络上是否有机器在模拟它时。应该怎样使用ARP?这种方法缺点是什么?”通过解决这个问题时的师生互动，进一步增强了学生对知识的理解。
在教学上，实际分析占用课堂授课的时间。这一教学方法需要注意对课堂时间的分配。实际授课中。我们面对的是选修课程的学生，因此实际分析占用的时间相对较多。复杂协议占用10-15分钟时间，并通过和学生的互动完成。这样，一方面这一方法强化对当前所学知识的理解：另一方面引导学生对前面所学知识的复习。
四、通过课后作业实践培养学生应用能力
对应用能力的培养，是一个连续的过程，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。我们的选择是设计实践性习题，这样的习题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，(即两支蓝军只能使用一种不可靠的通信方法)。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。前面部分强调了TCP协议的重点和难点部分，通过这些部分的解答。能够增强学生对所学知识本质的了解。同时，这一习题增加了红蓝军的实践环节，让学生利用所学知识解决虚拟的现实问题，解决这一问题，就需要前面部分对TCP协议连接建立和可靠传输知识的理解。并能够举一反三。在实际教学中。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。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。
五、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。这充分说明了上述实践性教学方法对培养学生应用能力的有效性。