案例+实验教学法在计算机网络教学中的应用

刘福泉

摘 要： 计算机网络课程中有很多技术概念，这些概念让很多初学者感到抽象而枯燥。为了提高学生的学习兴趣，将抽象的网络技术概念变得生动而直观，探讨了案例+实验教学方法。以一次教学活动为例，采用Packet Tracer为实验平台，介绍了案例+实验教学法在计算机网络教学中的实践过程。实践证明，采用案例+实验教学法来组织教学，能够充分提高学生学习兴趣，加深学生对理论知识的理解。

关键词： 计算机网络； 案例； 实验； Packet Tracer

中图分类号：G642.421 文献标志码：A 文章编号：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

计算机网络是本科信息类专业的一门专业基础课程，对于大部分学生来说，他们虽然有使用各种计算机网络应用程序的经历，但是还没有任何计算机网络工程背景，没有自己动手组建过网络，没有自己编写过计算机网络程序，更不知道什么是计算机网络协议，这门课程对他们来说既熟悉又陌生，熟悉的是网络无处不在，陌生的是一大堆抽象而枯燥的技术概念。对于很多教师来说，这门课着实不好上，因为课堂上学生的学习热情不高，学习兴趣不足。为了提高学生学习计算机网络课程的学习热情，教师进行了大量的探索和研究工作。王绍强[1]提出要重视计算机网络实验，建设优良实用的计算机网络实验室，利用虚拟网络实验平台，采用真实实验和虚拟实验相结合的方式提高学生的学习效率。李向霞[2]提出要适应社会对计算机网络技术人才的需求，要注重理论教学与实践教学相结合，提高学生的学习积极性。肖衡，龙草芳[3]提出更新教学内容，改进教学方法，优化师资队伍，构建实验环境，加强实验教学的教学改革方案，采用理论与实验相辅相成的五环节教学模式，提高学生学习兴趣和实践能力。安子强[4]提出运用类比手段把抽象问题具体化的方法，以帮助学生掌握和理解抽象概念。

计算机网络中的概念之所以抽象，是因为学生没有见过这些概念所描述的物理实体，对这些概念没有感观认识，没法在头脑中对这些概念产生直观的映象。如果能够让学生亲手组建一个互联网，亲眼看到网络中数据包的结构以及这些数据包的传输过程，这些概念也就不再抽象了。本文提出一种案例+实验教学法，以Packet Tracer作为实验平台，组织计算机网络教学活动，能够将抽象的网络概念变得直观，充分提高了学生的学生热情。

本文第1部分对Packet Tracer实验平台进行了介绍；第2部分通过一次具体的教学活动介绍了案例+实验教学在计算机网络教学中的应用；第3部分通过比较分析，表明采用案例+实验教学法能够充分提高学生学习兴趣，加深学生对理论知识的理解；第4部分对全文进行了总结。

1 背景Packet Tracer实验平台简介

Packet Tracer[5]是思科公司发布的一个功能强大的网络实验平台，其目的是为学习思科网络课程的初学者提供一个设计和配置网络、排除网络故障的模拟网络环境，该平台有4种界面视图，分别为Logical、Physical、Realtime、Simulation。在Logical视图中用户可以使用拖曳方法建立网络拓扑，在Physical视图中可以查看网络的物理形态，在Realtime视图中可以观察网络实时运行情况，而在Simulation视图中可以查看数据包在网络中行进的详细处理过程。

Packet Tracer实验平台具有配置简单、实验设备丰富、可拖拽等特点，学生可以很快学会实验平台的使用方法，通过丰富的视图功能和实验设备，可以帮助学生理解复杂和抽象的网络技术概念，培养和发展学生的创造性和批判性思维、解决网络学习中遇到的问题。

2 教学实践

2.1 教学内容设置

这里介绍采用案例+实验教学方法展开的一次教学活动，本次教学活动要求学生了解常用的连网设备，掌握测试网络连通方法，掌握数据包在网络中的封装和解封装过程。围绕这一教学目标设置了一个案例，将教学内容预设在这个案例中，并且采用由浅入深、层层深入的问题引入方式完成教学内容。

案例1：现有一单位有两个办公室，两个办公室相隔1千米，分别属于不同的部门，一个办公室有3台主机，其中有1台是文件服务器，另一个办公室也有3台主机，其中1台是Web服务器。小李是一个网络工程师，单位将这个网络建设项目交给了小李，小李圆满完成了这个项目。如果你是小李，如何完成这个网络建设项目呢？

围绕这个项目，我们设置了5问题，问题与问题之间环环相扣，逐步深入。

问题1：需要采用哪些物理网络设备实现办公室内部以及办公室之间的连网？

问题2：网络设备之间能够通信了吗？如何才能够让它们之间实现通信？

问题3：验证在一个局域网中，一个FTP数据包在网络传输中不同网络设备上的封装和解封装过程。

问题4：验证在一个互联网中，一个HTTP数据在网络传输中不同网络设备上的封装和解封装过程。

问题5：通过仔细观察数据在不同设备上的封装和解封装过程，给出一个结论。

2.2 教学过程

首先，将学生分成几个小组，每个小组围绕案例1展开讨论并给出一个解决方案，然后由教师进行点评。在这次教学活动中，根据学生的讨论结果，我们采用一种最简单的实现方案，在办公室内部采用一台交换机，将3台主机互联，办公室之间用一台路由器互联。当然这不是一种完美的解决方案，这是为后续学习埋下伏笔，让学生在后续的学习过程中逐步发现这种方案存在的问题并给出优化方案，这样可以培养他们发现问题和解决问题的能力。

接下来，让学生根据确定下来的实现方案，在Packet tracer实验平台的Logical视图中通过拖拽的方式选择所需要的网络设备，并选择合适的链路将这些网络设备互联，如图1所示。这样就解答完了问题1。

图1 网络拓扑结构

学生可以通过Packet tracer的Physical视图观察网络的物理形态，如图2所示。这可以加深学生对网络设备的直观映像，提高学生的学习兴趣。通过单击网络设备还可以查看具体网络设备的物理形态和相关的配置界面，例如，在Logical视图或Physical视图的主窗口上点击一台主机，就可以查看到这台主机的物理形态、配置界面、桌面、软件和服务等信息。如图3所示。

问题5是一个比较和区分类型的问题，目的在于培养学生的观察和总结能力。先由教师给出二层设备、三层设备、四层设备等概念，再由学生回答主机、交换机、路由器分别属于哪一层设备，并对数据在不同设备上的传递过程进行总结。

3 教学效果

在两个平行班中，A班采用了这种实验教学方法，B班采用了传统的PPT+黑板+教师讲述的教学方法，学完这一部分的教学内容以后，分别布置了课堂练习，练习题目如下：

1. 对这次课的学习内容是否感兴趣_____

A. 很感兴趣 B. 有点兴趣 C. 没兴趣

2. 确定是互联网络，而不是单一传输网络的确切依据是_____

A. 存在路由器这一互连设备

B. 存在分组交换机这一互连设备

C. 由分组交换机互连的多条点对点信道

D. 由分组交换机互连的多条广播信道

3. 路由器确切的定义是_____

A. 转发IP分组的分组交换机

B. 互连点对点信道的分组交换机

C.互连多条点对点信道的分组交换机

D.互联多条广播信道的分组交换机

4. 计算机网络体系结构中，以太网的MAC帧属于_____协议数据单元。

A.物理层 B. 数据链路层 C. 会话层 D. 应用层

5. 可以采用_____测试网络中两台主机之间的连通性。

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

6. 在计算机网络中，在主机上实现_____协议。

A 物理层和数据链路层

B. 物理层、数据链路层和网络层

C. 物理层、数据链路层、网络层和传输层

D. 物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层

7. 在计算机网络中，在路由器上实现_____协议。

A 物理层和数据链路层

B. 物理层、数据链路层和网络层

C. 物理层、数据链路层、网络层和传输层

D. 物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层

8. 在计算机网络中，在二层交换机上实现_____协议。

A 物理层和数据链路层

B. 物理层、数据链路层和网络层

C. 物理层、数据链路层、网络层和传输层

D. 物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层

9. 数据的封装过程是指_____

A. 将从物理层接收到的数据一层一层往上传递并加上相应的数据首部信息的过程

B. 将从物理层接收到的数据一层一层往下传递并加上相应的数据首部信息的过程

C. 将从应用层接收到的数据一层一层往下传递并加上相应的数据首部信息的过程

D. 将从应用层接收到的数据一层一层往上传递并去掉相应的数据首部信息的过程

10. 数据的解封装过程是指_____

A. 将从物理层接收到的数据一层一层往上传递并加上相应的数据首部信息的过程

B. 将从物理层接收到的数据一层一层往下传递并加上相应的数据首部信息的过程

C. 将从应用层接收到的数据一层一层往下传递并加上相应的数据首部信息的过程

D. 将从应用层接收到的数据一层一层往上传递并去掉相应的数据首部信息的过程

我们对收上来的答案作了统计，统计的内容分为两部分，一部分是统计两个班学生对这部分学习内容的感兴趣程度，统计结果如图4所示，另一部分是统计两个班回答问题的正确率，统计结果如图5所示。通过统计数据可以看出，A班的学生表现出了较高的学习兴趣，并且对所学内容有较深的理解，答题的正确率比较高。

图4 感兴趣人数比较图