“计算机网络”课程的趣味教学方法探讨

张文哲

摘 要：大学“计算机网络”课程讲述了计算机网络的基本工作原理，内容抽象而且理论性强，很难清楚讲解和透彻理解，是计算机科学与技术大类本科生遇到的难点课程。文章结合大学教学改革需求，充分利用现实生活中常见的事物和现象，设计勒一种趣味教学法，将抽象晦涩的知识点类比作学生熟悉的事物，收到的较好的教学效果，以此作为传统教学方式的有效补充。

关键词：计算机网络；类比；趣味教学；模型

“计算机网络”课程属于计算机科学与技术大类本科生的专业必修课。由于计算机网络的普及，计算机网络技术已成为计算机专业大学生以及从事计算机研究和应用人员必須掌握的重要知识。

本课程讲述计算机网络的基本概念与理论、计算机网络的体系结构、各层网络协议、局域网、网络互联、TCP/IP与Internet等，目的是使学生掌握计算机网络的基本工作原理，培养学生对计算机网络的分析、设计、组网与应用开发能力，并学会各种实用网络技术，为今后开展这方面的工作打下基础[1]。由于该课程理论内容抽象，学生通常很难及时理解接受，教学效果普遍不佳。为了提高“计算机网络”大学课堂的教学效果和教学效率，保证教学质量，适应正在开展的大学教育教学体系改革，本文针对“计算机网络”课程介绍一种趣味教学方法，该方法把抽象理论内容类比为现实生活中常见的事物，让学生茅塞顿开，理解透彻，既方便了教师教学，尤其是抽象内容的讲解，又有利于学生的深入理解与学习，不仅知道怎么做，而且知道为什么这么做，增强了课堂教学效果。

1 总体设计方案

首先，我们梳理“计算机网络”的前导课程，查看学习计算机网络前应该具备的知识。其次，罗列本课程的教学目标，最后通过课程结构和教学内容找到与教学目标的对应关系。

在开始学习“计算机网络”课程之前，需要预先学习过若干专业基础课[2]。前导课程包括：“计算机组成及系统结构”“微型计算机技术”“程序设计和操作系统原理”，学生通过上述课程的学习，应掌握计算机系统的基本硬件（包括接口）和软件知识（包括设备驱动程序等），具备熟练的程序设计能力，了解操作系统中进程之间的通信机制，从而为“计算机网络”课程的学习打下坚实的基础。

通过本课程的学习，要求学生实现两个教学目标[3]：（1）掌握计算机网络的基本概念和基础理论，具有一定的计算机网络组网能力，学会利用各种实用网络技术来解决复杂工程问题。（2）理解计算机网络系统中的各种复杂因素和优化方法，为复杂工程问题设计结构简单和性能较优的解决方案。

本课程的知识内容主要根据计算机网络体系结构划分为五大部分，教学环节包含理论授课和上机实验两部分。课程结构分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。具体的教学内容、教学环节和课程目标的对应关系如表1所示。

2 类比教学法

针对“计算机网络”课程中若干重点知识难于讲解、学生难于理解的问题，我们介绍一种趣味教学方法，一则化难点为容易讲解与理解的内容，再则增加了趣味性，大大增强了学生的兴趣，提高了教学效果。

2.1 体系结构

计算机网络体系结构是整个“计算机网络”课程的纲领与框架，充分理解和掌握体系结构的概念与原理是学好“计算机网络”课程的前提和基础。然而计算机网络体系结构这一知识点很难清楚讲解并透彻理解，是学生学习本课程遇到的第一个拦路虎。

计算机网络体系结构是将网络通信的过程划分成相对独立且按照层次结构排列的各个步骤，目的是便于网络互联和通信过程的标准化。计算机网络体系结构为什么是分层模型？各个层次之间又是什么关系？这是教师学们难于理解的。为了让学生不仅知道怎样设计，而且知道为什么这样设计，我们可以循循善诱，运用类比的方法。计算机网络的实现是一个复杂的工程问题，为了解决好这个问题，我们需要把复杂问题分解为若干简单问题，然后逐个解决它们。若干个简单问题排列成层次结构，相互之间不是完全相互独立的，而是下层向上次提供服务。因此，我们可以将计算机网络体系结构类比成建房子用的设计图，设计图中下层向上层提供受力，上层基于下层的服务并实现自己的功能，支撑了整个房子的功能。

2.2 数据包的封装

按照计算机网络体系结构的设计，数据包为什么在各个层次之间都要加装头部甚至尾部，对于学生来说，这个知识点往往也是难于理解的。针对这个问题，教学过程中采用的方法是用实际生活中的例子来类比，例如把应用层报文的传输看成是一个包裹的运输问题，那么传输层就是要确保包裹能可靠地到达目的地，网络层就是包裹在不同转运点的转发，网络接口层就是把包裹封装在具体的运输工具中进行运输。这样用类比的方法贯穿于教学过程中，学生就能够形象地理解网络体系结构中的若干难点问题，同时也赋予趣味，学习起来比较有兴趣。

2.3 CSMA/CD

数据链路层的难点在于介质访问控制协议CSMA/CD，学生要理解为什么在广播信道的数据链路层中要使用访问控制协议，有哪些控制方法，为什么CSMA/CD协议最有效。我们可以把这个问题类比为师生共享教室这个空间。所有师生使用了教室这个共享信道来讲话，如果同时有多余两个人讲话，那么就会通信失败。因此，遵守教学纪律是正常教学活动的保障。共享广播信道的数据链路层也需要为多个站点设计一种纪律，这就是访问控制协议。CSMA/CD允许大家有话就讲，但前提是无人讲话的时候，一旦冲突则立即停止，等待大家都沉默一段时间。在教学过程中通过这种类比的方法进行讲解，学生就能够豁然开朗，全方位地理解CSMA/CD的原理。

2.4 IP编址与NAT

网络层的难点有两个：（1）IP地址的编址方法，分类法、子网、超网和CIDR等，在教学过程中从不同角度来比较这些方法，分别列出它们的优点和适用范围。（2）路由选择方法，有路由信息协议（Routing Information Protocol，RIP）、开放式最短路径优先（Open Shortest Path First，OSPF）、边界网关（Border Gateway，BG）等，在教学过程中通过图例的方式来说明，抓住路由选择的本质三要素，即将何种路由信息何时发给谁，加深学生对路由选择算法的理解。IP编址为什么要全网唯一，可以类比为现实生活中的快递邮寄包裹，只有地址唯一，才可以将包裹准确地邮寄到目的地。由于IPv4地址枯竭，启用了私有地址，但私有地址访问外网，需要网络地址转换网络地址转换（Network Address Translation，NAT），可以理解为现实生活中换马甲，只有换了马甲才能在外网自由穿行，睡衣是不被允许的。这样的类比学生很容易理解，而且从内心里激发了学生的兴趣和进一步探索奥秘的动力。

2.5 擁塞控制

运输层的难点是流量控制和拥塞控制的理解和掌握，它们的目的和方法是什么，两种控制的差别和联系是什么。在教学过程中首先从全局的角度搞清这两种控制之间的本质差别，然后讨论它们各自采用的策略，最后说明两者之间存在一定的联系。拥塞控制可以类比生活中的堵车现象，当车辆多到超出了城市道路的吞吐能力，就发生了堵车。堵车时，有现行、限牌和交警疏通管制等措施，拥塞控制也可以设计各种相应的抑制方法限制数据流入。

3 结语

“计算机网络”是计算机科学与技术大类本科生的专业必修课，如何教学好这一课程一直是师生面临的难题。本文介绍一种趣味教学方法，把该课程中若干难点问题类比作现实生活中常见的现象，既利于教师讲解清楚，又帮助学生深入理解与掌握，在教学活动中取得了较好的教学效果。希望这一方法在本文中的介绍能抛砖引玉，以飨读者。

[参考文献]

[1]谢希仁.计算机网络[M].北京：电子工业出版社，2017.

[2]ANDREW S，TANENBAUM，DAVID J，et al.计算机网络[M].5版.严伟，潘爱民，译.北京：清华大学出版社，2012.

[3]JAMES F，KUROSE，KEITH W，et al.计算机网络[M].6版.陈鸣，译.北京：机械工业出版社，2014.

Abstract：The computer network course describes the basic working principle of computer network. The content is abstract and theoretical， and it is difficult to explain clearly for teachers and thoroughly understand for students. It is a difficult course for undergraduates majoring in computer science and technology. This paper combines the needs of university teaching reform， makes full use of the common things and phenomena in real life， designs a fun teaching method， compares the abstract knowledge points to the familiar things of students， and receives better teaching effects. The method proposed is an effective complement to traditional teaching methods.

Key words：computer networks； analogy； interesting teaching； model