计算机网络实验教学中的“双真”教学模式构建

陈平平，谭定英，耿笑冉，王云天，林育蓓

（1.广州中医药大学 医学信息工程学院，广东 广州 510006；2.华南理工大学 软件学院，广东 广州 510006）

0 引言

计算机网络课程是计算机专业非常重要的一门必修课，其中涉及的理论、技术和方法来自于多个学科，且教授的内容比较抽象、枯燥。伴随着网络科技的持续发展，人们的生活变得便利与高效，使得计算机网络领域的发展达到空前发展。与此同时，单一化的计算机网络规模引入了全新的概念、实践技能、规范标准与服务等理论知识。这些理论的出现一方面使得该规模日益庞大，系统的架构日益复杂化，另一方面也给计算机网络的教育工作增加了相应的难度[1]。

教授学生计算机网络课程的教师，须一改以往“满堂灌”的教学模式，适时地在课堂上提及相关书本理论的实践材料，结合材料与教授的知识点，抛出思考题，与学生进行分析探讨[2]。为达此目标，教师须不断地研究实践网络活动的包追踪与解析所得的材料，同时，需要总结大量网络设置和网络故障的实际案例和解决办法，将它与各层次的网络知识教学进行结合，才能获得显著的教学效果[3]。因此，在计算机网络教学中如何进行教学方法的改革，提升学生学习兴趣，取得良好的学习效果，是一个非常值得探索和研究的课题。

1 计算机网络课程教学中存在的问题

计算机网络课程是计算机专业的基础课程，无论学生毕业后的发展方向是软件开发还是网络管理，都需要牢牢把握住课程的基础知识[4]。虽然学生对课程学习的主动性和踊跃度都很高，但有时教学实践却总达不到理想效果，教师教得吃力，学生听得抽象，知识点离散，学习起来困难，造成了教与学之间的突出矛盾[5]。计算机网络课程在教学中存在以下问题。

1）课程本质决定课程研习难度大。

计算机网络课程内容多样，根据计算机网络架构的分层思想进行授课，同时介绍部分重要的网络设备工作原理，其主要内容涉及TCP/IP 协议，域名系统DNS，文件传输协议FTP，开放式系统互联OSI[6]，交换机、路由器的工作原理以及网络安全管理等知识点。在教授这些知识点的基础概念时，学生极容易失去对相关概念的辨识力，落入概念的迷雾中，不得要领，极大地降低了学生学习的活跃性与主动性，使得教学预期目标难以达成。

2）实验基础不扎实导致理论转化技术难。

传统教学模式注重于理论教学，使得教学内容与课程实践严重脱节，造成了开展计算机网络理论课程并进的实验课程的难题[7]，不但受到经济财力、国家政策等的限制，且实验的内容也不好进行构造与组织，故针对计算机网络的课程有很多所高校都不会开设专业实验课，仅仅只有课堂上的理论教学[8]。而有些开设了实验课程的高校给学生发布的实验内容也只是一些简单的操作，比如IP 地址的设置、制作网线等。这些操作不仅对学生没有产生实在的帮助，反而导致学生对本门课程的学习热情直线下降，达不到理想中的教学效果。

在教学过程中，指导教师数量远不及学生数量，且实验要求的环境也难以搭建，致使学生在学习兴趣与积极性高的情况下，得不到及时的实验锻炼。除此之外，在教授时，较大一部分教师侧重于计算机网络的基础知识，而忽略了培养学生的动手能力，使得学生具体化实践的过程中处处“碰壁”[9]。

3）以教师为中心的传统教学模式导致培养的网络人才不能适应社会需求。

目前以教师为中心的传统教学模式，不仅使教学模式无法适应计算机网络课程本身的特点的要求，还从根本上忽略了学生认识的主体作用。经过一段时间的调研，大多数学生一致认为计算机网络课程枯燥，抽象化的内容仅靠记忆难以掌握课程的全局，毕业后位于网络工程实践方面的顺应能力差，办公能力不济，致使满足不了社会对互联网工程师相关职业的需求。

2 “双真”教学模式实施方法

在教学过程中采用“双真”教学模式，“一真”为应用网络管理软件掌握协议的真实工作过程，“二真”为应用真实的网络故障案例，加强学生的学习兴趣，培养学生解决实际网络问题的能力。通过这种“双真”的教学模式，引入网络管理软件以及互联网上的真实案例，使得网络协议和层次等基本概念的教授直观而生动形象，填充了教学工作中的不足，解决了传统课程内容抽象、不易理解与无法操纵、缺少实验等难题，学生更容易把握关键含义，一定程度上增加了学生的学习兴趣，并且为后继的课程奠定了很好的基础，如网络工程实践、网络安全等课程。教学模式实施流程图见图1。

图1 教学模式实施流程图

3 实施过程举例

1）“一真”为应用网络管理软件掌握网络协议的真实工作过程。

通过应用网络管理软件剖析协议的真实工作流程，把“内容抽象，难以理解”的网络协议知识点具体化、真实化。在实施过程中，选取Sniffer Pro 网络管理软件，Sniffer Pro 是一款一流的便携式网管和应用故障诊断解析软件，网络不论是处于有线还是无线中，网络管理人员都能够通过它来实时地进行网络监视、数据包的捕抓和网络故障诊断分析，它的特性决定了将它运用在计算机网络课程的教学中是非常适宜的。

教学实验内容以把握使用ping 命令为例：传统的教学中仅仅要求学生使用ping 命令访问某个地址，之后查看和观察结果，关于详细的运行过程则无法进一步解释。针对这一问题，在教改模式下的实施步骤如下。

（1）向学生公布学习任务：使用ping 命令ping 同一个局域网的IP 地址和非同一个局域网的域名地址（非IP 地址），然后再使用协议解析软件抓获两个过程的数据包，进行比较并分析。教师首先可对过程理论解析，如ping 同一个局域网内的IP 地址，数据包发送过程为“PC->‘ping的IP 地址’”，中间不需要经过网关，如ping 非同一个局域网的IP 地址，数据包发送过程为“PC->网关->‘ping 的域名地址’”。以ping 外网某域名地址“www.xyz.com”为例，www.xyz.com 是不能用来充当发送的数据包网络层的IP目的地址的，因此首先要经过访问DNS 服务器获得相应的IP 地址，只有获得了目标域名的IP地址才能将数据包发送成功。当取得了www.xyz.com 所对应的IP 地址后，还需利用ARP 协议发送ARP 请求获取网关的MAC 地址，然后通过网关，才能把数据包发到外网。但在实验过程中，绝大部分同学抓获的数据包并不完整，通常欠缺询问网关MAC、访问DNS 询问域名对应IP的过程，见图2。

图2 缺少数据包的结果

（2）针对捕获结果的不完整，引导学生自行寻找分析原因。将理论知识与实践结果相结合，剖析原因得到：计算机会对ARP 询问的结果以及DNS 查询到的结果进行缓存记录，假如计算机并非第一次访问网关和www.xyz.com，那么计算机将不再发送ARP 数据包，同样也不需要再次访问DNS 服务器，而是直接从缓存区读取结果。

（3）分析出原因后，引导学生探讨该怎样做才能获得完整的记录。利用所学理论知识，学生们举一反三，得出首先需要应用ARP -d 命令将ARP 记录清除，并用DOS 命令ipconfig flushdns清空DNS 缓存，然后再次运行ping www.xyz.com 。查看Sniffer Pro 记录的整个过程，见图3。

图3 完整数据包的结果

本教学案例通过网络分析软件，结合“导入式”“问题法”等教学手段，在讲解过程中步步设问，让学生紧跟教师讲课思路，不仅练习ping的使用方法，还对之前课堂上讲授的ARP 协议、DNS 查询过程与相关知识等进行简单的复习，让各大知识点能被有机地融合，适度提升学生分析解析、处理问题的能力。

2）“二真”为采用真实网络设置和网络故障案例，提高学生动手解决实际问题能力。

前面是“一真”的实施，接下来继续以刚才提到的ping 命令为例，介绍“二真”的实施。通过刚才所说的网络协议分析工具，学生了解了ping 命令的工作流程和它所利用的协议，接下来，应该引导学生如何利用ping 命令判断实际网络的工作状态和排除简单的网络故障。

首先，教师先抛出一个常见的网络故障，例如ping 命令失败了，无法连通目的主机，不能上网，可以让学生根据故障现象进行分析、讨论，确定可能引起网络故障的原因，进行故障排除。

在“define filter”里面选择ICMP 协议和IP ARP 协议，然后用ping 命令ping 内网一个不存在或者没有打开的机器IP 地址，用sniffer 抓包，查看得到的结果，问是否都能抓到ICMP 包和ARP 包？ 引导学生解决这种真实存在的故障。接下来ping 外网一个不存在的IP 地址，用sniffer 抓包，查看得到的结果，问是否都能抓到ICMP 包和ARP 包？在完成以上两种真实存在的故障后，让学生比较上面两种情况的不同，并且分析产生不同的原因。还可以让学生先把网卡禁用，然后ping 默认网关，查看结果，并分析为什么会有这样的结果。

这种实验设置能让学生自己动手排除网络故障或者分析网络故障原因并提出自己的解决方案，同时让学生记录详细的操作步骤和相关数据。通过故障现象分析，排除网络故障，使学生能主动思索、探讨，激励学生的学习热情，提升教学效率和学生实践动手能力。

4 效果测评

教学观念的改变须以学生为主体，促进其主体发展。通过构建“双真”模式的教学方法，教师在教学过程中充当的角色就似一位导演，而相较于教师，学生就是一部作品中的演员，在导演的一步步指导下，慢慢地逼近目标的过程中，学生与学生之间、学生与教师之间默契配合，便可共同实现教学目标与要求，成就一部无瑕的作品。以这为基础，教师在授课时应掌握好教学中的乐观因素与学生学习的活跃性，培养学生的学习兴致，从根源上转变学生被动的学习形式。

教学团队教师通过问卷、开座谈会、试卷分析等方法进行教学效果的评测与总结，并对实施了“双真”教学模式的教学单元与没有实施“双真”教学模式的教学单元进行对比。同时采用效果跟踪法，加强与毕业后进入工作岗位学生的联系，特别是网络公司或者进入网络部门工作的学生，随时收集他们在工作中遇到的实际网络问题，并通过调查问卷等方式对已毕业的学生跟踪“双真”教学模式的教学效果，见表1。

表1 教学模式实施前后教学效果对比

5 结语

“双真”教学模式是探究培养学生实际处理问题能力的教学渠道，目标是使学生牢牢把握计算机网络课程的基础概念知识，同时还在此基础上，使学生掌握解决繁杂问题的思路想法与基本方法，增加了学习机会，培育出拥有发觉问题、处理问题以及着手实践能力的应用型人才，从而满足高等院校培养人才的目的和国家高素质网络应用型人才的培养需求[10]。