基于任务驱动的网络协议分析与应用教学

　　摘 要： “网络协议分析与应用”课程是计算机网络工程专业的一门主干专业课程。本文分析了传统教学中存在的缺陷，并针对该课程的特点，引入基于任务驱动的教学改进方法，给出了教学设计步骤及实例。
　　关键词： 网络协议分析与应用 任务驱动 教学设计
　　
　　“网络协议分析与应用”课程是针对网络工程专业学生开设的一门专业必修课，是网络工程的核心技术之一。在计算机网络的课程中，网络协议的内容贯穿整个教学的始终，从计算机的网络体系结构、网络的数据通信，一直到互联网上的各项服务的介绍都离不开网络协议这一重要内容。然而在这些课程中提及到网络协议时，也仅仅是从各自课程的角度介绍一些相关协议的概述、作用等。本课程则是系统、深入地讲授TCP/IP协议的体系结构、工作原理和TCP/IP协议在编程方面的应用，对各层所包含的协议格式、工作过程进行详细的分析介绍，主要包括协议概述、链路层协议、网络层协议、传输层协议、路由协议、组播协议、移动IP、应用层协议，WinSock编程等应用。
　　通过本课程的理论学习和实践训练，使学生能够更好地理解计算机网络的体系结构，更清楚地掌握数据通信的整个过程，更透彻地分析网络协议在数据通信的整个过程，培养学生网络程序设计的能力，从而为后续课程的学习打下良好的基础。然而一直以来，由于网络协议本身内容上的复杂性、抽象性和枯燥性，加之在前期课程中协议有一些了解，学生普遍对该课程的兴趣不大，使其成为了网络系列课程教学的难点。本文在分析传统教学方法缺陷的基础上，通过引入任务驱动的方法，对整个教学设计进行了改进，取得了很好的教学效果。
　　一、传统教学方法的缺陷
　　1.教学方法单一，重内容轻分析。
　　目前，网络协议分析与应用的相关教材中对于协议部分的介绍大多比较抽象，在介绍协议原理部分很少用实例来说明问题。而教师在授课过程中主要采用课堂书本的教学模式，最多结合多媒体课件利用一些图表的方式来进行介绍，内容过于偏重协议本身，缺少较好地帮助学生理解、分析协议作用和流程的手段，不能很好地与实际的网络技术相结合，造成学生在学习的过程中，感觉内容太多，前学后忘，而失去对该课程学习的兴趣。比如讲述PPP协议的原理，一般首先通过流程图解（如图1）的方式来描述。然后再去逐一介绍协议的格式。这样讲解虽然整个通信过程比较清晰，但还是过于笼统，学生缺少感性的认识。大多数同学没有兴趣去了解枯燥的协议内容。但是如果我们采用基于任务驱动的教学方法，让学生在任务完成过程中，主动去总结协议的原理和流程，效果将会好很多。
　　2.实验与实际应用相脱节。
　　网络协议分析与应用的相关教材基本都是前部分为协议介绍，后面部分为应用编程。以往在教学过程中也都严格按照教材章节的安排进行教学，讲到每一层的具体协议时，也只是就协议讲协议。协议部分的实验总是采用协议分析软件，按照操作步骤，抓取数据包，结合协议内容对数据包的结构进行验证。诚然这样的实验可以帮助学生加深对协议格式的印象，但是所有的协议分析实验都属于验证性的，且具有完全相同的操作步骤，很难激发学生的实践兴趣和创新思维。如果能够将后部分的应用编程跟前面的协议分析相结合，将编程的内容穿插到协议分析过程中学习，并利用任务驱动，通过学生自己动手编程去实现协议分析部分的一些内容，一方面可以提高学生创新实践的兴趣，另一方面可以使学生对协议有更深入的理解。
　　二、任务驱动在“网络协议分析与应用”教学中的应用
　　1.任务驱动教学法的含义和过程。
　　“任务驱动”是一种建构主义教学理论基础上的教学法。其原理是：学生的学习活动与大的任务或问题相结合，以探索问题来引导和维持学习者的学习兴趣和动机；创建真实的教学环境，让学生带着真实的任务去学习。在这个过程中，学生拥有学习的主动权，教师不断地挑战和激励学生前进，从而使学生真正掌握所学内容，并通过此任务举一反三，得到更好的学习效果。在整个教学过程中教师起到组织者、指导者、帮助者和促进者的作用。
　　“任务驱动”教学法的教学过程归纳起来一般分为两个阶段：一是任务的设计阶段，包括创设环境和确定问题两个环节；二是任务的实施阶段，包括学生自己学习和协助学习的学生活动各环节和效果评价的教师活动环节。整个教学过程采用全新的教学模式和教学方法。
　　2.基于任务驱动的教学设计。
　　“授人以鱼，不如授人以渔”。网络协议分析与应用课程应该在介绍必要协议内容的基础上，重点让学生掌握协议分析的方法，以及协议编程开发的相关原理和技术，培养学生具有独立的分析和开发应用能力。基于任务驱动的教学能够更好地实现这一目标。
　　任务驱动教学过程一般包括六个环节，即设计任务（课前）、呈现任务、分析任务、完成任务、总结评价、汇报归纳（课后）。下面我结合这六个环节给出上述网络接口层协议流程的教学实例。
　　（1）设计任务
　　在设计任务时，教师首先要分析教学所要达到的目标，结合学生的知识及能力水平，将任务合理地分成若干教学子任务，同时教师需要对任务的实施进行必要的准备工作，任务应该紧密联系实际。这样可激发学生的学习积极性，将枯燥的协议原理和流程分析转到学生感兴趣的任务上来。
　　本实例的设计任务：在掌握PPP协议流程基本知识的基础上，结合学校近年来推出的校内用户基于以太网连接ADSL接入设备的场合，详细分析符合ADSL接入要求的PPPoE协议流程，总结所涉及的协议LCP、IPCP、PAP、CHAP报文格式。教师事先准备好相关的实验室环境及相关分析软件，包括为学生集体申请的一组账户，使学生的学习与实际问题紧密联系起来。
　　（2）呈现任务
　　精心设计任务之后，需要巧妙地将任务呈现给学生，同时明确任务要完成的目标。让学生对任务有个整体的了解、认识和把握。可以通过创设情境自然而真实地引出任务。可以给学生看一段文字材料、录像或展示等，然后在适当的时候给出任务，激发学生的学习兴趣和感知、联想等思维活动。
　　在介绍PPP协议流程的基础上，结合学校的实际情况引出PPPoE，现场演示用户登录，通过相关分析软件展示整个交互过程，进而给出任务。要求学生自行分析整个流程，总结具体报文结构、功能，并比较几种认证方法。
　　（3）分析任务
　　在给出任务之后，对学生进行分组，通过讨论、交流、分析任务，提出完成任务需要做哪些事情，解决哪些问题，并结合教师的指导，制定任务实施步骤。比如：通过什么方法来获取LCP报文，如何体现CHAP“挑战”认证的优势等。
　　（4）完成任务
　　教师应该在学生完成任务的过程中，启发学生提出更深层次的问题，并引导学生联系相关的已经学过的知识点，给出解决问题的各种可能想法和思路。注重学生的自主发展，培养学生的自学能力，变学生被动地接受知识到主动地寻求知识，改变学生传统的学习观。
　　（5）总结评价
　　学生按照制定的计划完成任务后，教师要组织学生进行讨论，分析在完成任务过程中出现的问题及其解决方法，从而不断积累完成任务过程中的经验。对任务完成的情况进行点评，并提出改进意见。同时注意评价中评价主体和评价形式的多元化，采用结果评价和过程评价相结合的方式。
　　（6）汇报归纳
　　最后教师还要引导学生对所学知识进行归纳总结，建立新旧知识间的联系，完成真正意义上的知识建构。同时，教师也要参照对教师的一些评价量规对自己的行为作评价，如在学习资源设计、任务设计、教学引导、最终教学效果等方面做自我反省与改进。
　　三、结语
　　任务驱动教学法强调创新能力的培养与全面素质的提高，是对传统教学的发展，比较适合计算机类课程的教学。我们通过基于任务驱动方法进行网络协议分析与应用的教学，使学生增加了感性认识，并在实践中学会观察问题、分析问题和解决问题，取得了良好的教学效果。
　　
　　参考文献:
　　［1］寇晓蕤，罗军勇等.网络协议分析［M］.北京：机械工业出版社，2009.
　　［2］郑啸.协议分析与测试课程的教学探索与实践［J］.计算机教育，2010，（14）.
　　［3］王宜君.《机械制造技术》课程的任务驱动式教学探索［J］.佳木斯教育学院学报，2011，（1）.
　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文