张明军

[摘 要]计算机网络是网络工程专业的一门重要专业基础课程。针对该专业人才培养方案中培养应用型人才的目标以及计算机网络课程目前学与学的情况，文章分析了本课程存在的问题及其产生的原因，提出了从教学内容、教学方法以及教学模式等方面进行教学改革的思路，并对部分改革进行了实践。经过实践可知，本课程的教学改革是可行的，能够改善教学效果。

[关键词]计算机网络;教学改革;实践;应用性

[中图分类号] TP391 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2022）04-0127-04

计算机网络是将计算机技术与通信技术相互渗透、密切结合而形成的一门交叉学科[1-2]，是我院网络工程专业、信息管理与信息系统专业的必修课程。一般认为，该课程是网络工程专业的专业基础课程，是信息管理与信息系统专业的专业课程。

计算机网络是一个非常复杂的系统，科学家们利用模块化思想来解决这个系统的复杂问题，提出了两类不同的模块构建模型：一类是ISO/OSI模型，另一类是TCP/IP模型。两种模型各有局限性，在当前的教学中，通常综合这两种模型，分成五个模块，称为五层模型[2]，从上至下分别是：应用层、运输层、网络层、数据链路层、物理层。从文献[3-5]的调研情况来看，国内外高校教师在讲解计算机网络时，通常采用两种讲授方法：一种是从下到上（通常称为自底向上）的讲解，即从物理层讲起，层层向上，最终讲到应用层。这种讲授方法合乎人们思维和理解的习惯。下层是基础，上层在下层的基础上构建相应功能。因此，先讲基础性的知识，再讲上层建筑，可以使学生在认知上产生层层递进的清晰感。另一种讲授方法则是从上到下（称之为自顶向下）的讲解。这种讲授方法是一种由表及里的方法，先讲应用，再讲理论，符合认知心理学，即一般来说，人的认识过程，往往是从感性认识到理性认识。这种讲授方法从现象入手（先有感性认识），再引导学生“透过现象看本质”，使学习者容易接受。

综合文献数据与教材[2，6-8]的情况来看，国内的讲授方法主要采取的是第一种讲法。广州大学华软软件学院（以下简称我院）自开设该课程以来，也一直采用从下到上的讲授方法，从人才培养方案中“培养应用型人才”的定位出发，要求学生对计算机网络理论知识的学习达到“了解”“理解”和“掌握”三个层次，同时对学生实践应用能力的要求也比较高。因此，本课程的配置为大课（理论课）和小课（实验课），课时比为1[∶]1。

利用分层模型来讲解计算机网络的知识点，无论是从上到下的讲授方法，还是从下到上的讲授方法，都有以下几个共同的特点：

第一，各层之内，知识点耦合度高;各层之间，知识点关联度低。知识点的这种分布特点，必然导致单独讲授每层时，由于知识点密集、原理性强，学生感到很抽象难懂;而各层之间，因为知识点的关联度低，显得各层的“独立性”比较强，给学生的感觉是结构松散、知识点分散。

第二，每层要解决的问题和涉及的知识领域有显著的不同。物理层、数据链路层侧重于硬件，涉及物理、电子、信号等学科的知识;网络层、运输层、应用层则偏重软件，涉及数据结构、算法等学科的知识。因此，要学好计算机网络这门课，学生储备的知识必须既有广度又有深度。广度，是指知识面要广，因为这门课程涉及很多学科的知识，学生一旦不熟悉某些学科的知识，就很难学好这门课;深度，是指学生在这些相关学科知识的掌握上要学得比较扎实。因此，如果在课程所涉及的学科领域中存在某个或某些弱项学科，学生学习这门课程时就会感到困难。

第三，总的来说，该课程的所有知识点都比较抽象。以我院学生的素质，大部分学生很难理解过于抽象的理论。这是他们学习能力中明显的弱项。因此，课程抽象性的特点，也使很多学生产生畏难情绪。

一、存在的问题

（一）期末考试成绩不理想

基于计算机网络课程的上述特点，该课程是学生公认的高难度课程。历届学生对该课程的反馈也是如此。我们对2020学年学习该课程的451名学生进行了调查，收回有效样本368份。有29.9%的学生认为课程“非常难”，66.3%的学生认为“有点难度”。由此可见，学生在学习该课程时，确实存在很大的困难。能够直接反映这种学习困难的，就是学生期末考试成绩很不理想。我们统计了该课程近5年的期末考试成绩，如表1所示。

多年来，我院系部也特别重视这个问题，为了排除教师的原因，抽调了经验丰富的教师团队，也采取了各种教师搭配和教学形式，考试的结果仍然是大多数学生不及格。因此，可以认为导致这种结果的主要原因并非教师。

（二）理论与实验不同步

根据人才培养方案的定位和要求，计算机网络课程的实验主要设计为“应用性实验”，而计算机网络底层理论难以设计出合适的应用实验，网络高层的知识应用却比较多。因此，自底向上的课程内容安排，必然导致前几周没有与理论相对应的实验可做，而后续则有大量的应用实验。一直以来的做法是把后面的应用性实验往前安排，这会出现理论知识尚未讲解，相应的实验却已经完成的情况。这种理论与实验不同步的情况，必然导致学生完成实验却不懂实验原理，无法分析和理解实验现象与数据，更不可能理解这些知识“为何用”“何时用”，培养学生通过实验能举一反三的目的显然无法达到，实验教学的有效性大打折扣。

（三）课程教学团队不稳定

计算机网络课程是两个专业的必修课程，学生人数较多，一位教师无法完成该门课程的全部教学工作。多年来，该课程的教学工作一直由多位教师担任。该课程开课10多年来，课程负责人已更换数人，课程教学团队成员几乎年年都在调整。课程教学团队不稳定，难以形成教学的共识和默契。众所周知，即使是讲授同一门课程的教师，在认知水平、讲授方法、问题视角等方面也一定存在差异，所以对课程的教学组织、教学内容等方面的认知，也必然会有差异，甚至有比较大的分歧。仅靠少数几次集体备课和教研会议，根本无法对这门课程的教学形成共识和默契。例如，网络子网编址是一个非常重要的知识点，由于课时的限制，一般安排大课对子网编址的概念和原理进行讲解，由于其复杂性，小课需要进一步讲解子网编址的方法，总结出子网编址的步骤，方便学生理解，然后只有结合大量练习和实验，才能使学生掌握。如果这里的大课和小课老师不是同一人，往往会出现两种情况：一种是小课老师把大课讲解的子网编址原理复习一遍，便开始练习和实验;另外一种则是小课老师认为大课老师已经讲解过而直接安排练习和实验。这两种情况都不合适，是缺乏本门课程的教学经验以及教師之间的教学默契导致的。

（四）难以探索符合学情的教学模式

教学团队的不稳定，使任课教师对讲授这门课程抱有一种临时代课的心理，加上教学任务的繁重，使得教师无心也无精力考虑课程的改革问题。教研气氛之淡薄，导致教师没有课程改革的动力;教师精力的限制，也制约了教师对课程教学内容、教学系统的研究，更不可能对教学方法和教学手段的有效性进行探索。凡此种种，使得教师对课程教学缺乏系统性的研究，更难以探索符合学情的有效教学模式。

二、教学内容的改革

对计算机网络课程教学内容进行改革的目的是：尽可能降低课程的难度。我院对此主要从理论和实验两个方面进行改革。

（一）计算机网络理论内容的改革

第一，从应用的角度出发，所有的理论讲授，只要“够用”即可。这就要求尽量裁剪掉所有“不用”或“没用”的理论。

所谓“够用”，一是对后续课程进行分析，要能为后续课程打好基础;二是对就业岗位进行分析，要为学生未来的职业储备打好基础。基于理论内容改革的总体思想，以国内最知名的教材《计算网络》（解放军理工大学谢希仁教授编写，曾获国家级教材奖）为本，在此基础上对教学内容进行梳理，裁剪了部分内容，比如裁剪“SONET/SDH”的全部内容，因为我院网络工程专业并未设置光纤网络方面的后续课程，学生以后的就职岗位，最多能接触光纤熔接，并不会涉及光纤网络的设计与建设。

第二，对底层理论只介绍“是什么”，不深究其“为什么”。从用户应用的角度来看，对底层理论掌握的多寡并不影响高层的应用操作。我院培养的本科生，其定位并不是从事底层通信系统的研发和技术改造的人才，因此完全可以对底层理论大刀阔斧地进行简化，不深究其技术细节或推理过程。例如在学习数据链路层的“CSMA/CD”时，将复杂的算法细节总结成通俗易懂的十六个字“先听后发，边听边发，冲突停止，延迟重发”，而该算法里面的细节，如延迟算法、强化干扰、利用率等仅点到为止，并不深究其为什么。这种简化，既方便学生了解原理的思想，也方便学生记忆。

第三，加强知识之间的逻辑联系。为了把各层之间看似分散的知识点组织起来，我们试图用一个形象的、简单的问题，把各个层的知识串联起来。这个问题是：主机A上的某个应用程序，与主机B上同样的应用程序，如何通信？显然，两台主机上的程序（进程）要通信，前提是两台主机要能通信;两台主机要能通信，主机之间两两相邻的设备之间就要能够通信;相邻的设备要能通信，必然要用网线（传输媒体）把两两相邻的设备连接起来并能传递信号。

这个过程，实际上只是一个非常简单的逻辑常识。哪怕学生还没有学习过计算机网络知识，也很容易理解这个通信过程。如果学生理解了这个通信过程，就能比较容易理解课程各章知识的关联性，因为各章知识的讲解，就是围绕着这个通信过程中各层需要解决的问题而展开的：程序（进程）到底怎样通信，是运输层需要解决的问题;主机之间怎么通信，是网络层需要解决的问题;相邻设备怎么通信，是数据链路层需要解决的问题;而网线如何将数据转化为信号进行传输，是物理层需要解决的问题。

实际上，这个通信问题的逻辑，如果从宏观的角度来理解，就是对计算机网络体系结构的宏观认识。因此，如果学生能够在宏观上掌握这个问题逻辑，对于他们学习和理解计算机网络体系结构中的技术细节必然会有很大的帮助。而我们在课程教学设计中，就应该明确提出这个逻辑，并且在后续课程内容的讲授中根据知识点的需要，反复强调这个逻辑。

（二）计算机网络实验内容的改革

在不改变现有的教学讲授模式的基础上，增加少量的验证性实验，以弥补计算机网络底层实验不足的缺陷，更解决了理论课和实验课不同步的问题。我们立足学生的实际情况，借助各种协议分析軟件或模拟仿真软件设计相关的验证性实验，而不采用其他高校基于电路板编程或协议编程的验证性实验，因为这种实验对于我院学生来说将会有很大难度。

新增了“网络性能测试”“以太网帧的认识与分析”等实验，通过实验验证理论，使学生获得对理论的直观认识，巩固已经学习过的理论知识，同时也使得实验课与理论课同步。

三、教学方法的改革

（一）采用类比法

计算机网络课程的理论性很强，显得非常抽象。可是对这些理论和概念进行认真分析后，我们发现其基本原理和现实生活中的一些现象或事物有相同或相似之处。因此，如果在教学过程中，我们能够找到它们之间的相同点或相似处，就可以运用类比教学法来进行讲授。这使得非常抽象的教学内容，通过学生耳熟能详的日常生活的类比而变得更容易理解。

比如，在讲授共享式局域网时，完全可以与现实中的4人学生宿舍共享一个洗手间的情况进行类比：网络主机如何使用共享媒体，就如哪个学生先用洗手间、怎么用的问题。这两个问题的解决方法是类似的，教师只要引导学生思考共享洗手间怎么用，他们就会迁移到共享媒体怎么用，这样不但训练了学生的思维，也让学生更好地掌握了相关的网络知识。又如在讲授IP地址时，完全可以把IP地址类比成个人身份证号码的问题;讲授域名系统DNS时，可以类比成个人姓名与身份证号码的相关性问题。

此外，我们在授课中还会采用因果类比法、对称类比法等。通过这些类比法，可以使复杂的、抽象的理论变得通俗、形象、易懂，也可以使学生从被动接受变为主动思考。

（二）通过动画解析理论

《计算机网络》这本教材为了使读者容易理解其中的理论，往往配上一些图像加以说明。应该说，图像确实可以帮助学习者更好地理解理论。我们在制作课件时，除了教材中的图像，还设计了大量其他的图像。但是计算机网络通信过程是一个动态的过程，静态的图像只能反映计算机网络通信某个时刻的状态，难以把计算机网络通信的变化过程表述出来。为此，在讲授中使用Powerpoint设计动画，通过动画解析理论，能使理论描述变得更直观，更容易被学生理解。

（三）多做练习

“精讲多练”是我国传统教学的一个重要原则。在讲授计算机网络这种理论性比较强的基础课程时，我们认为应该遵循这个教学原则。学习的最低要求是识记。学生如果连识记的能力都没有，更谈不上理解、掌握和应用知识了。计算机网络课程知识点多、概念多、原理多，因此识记的最好方法就是多做练习。我们根据教学内容编写了计算机网络习题练习册，每章都设计了大量的习题，包括选择题、判断题、填空题和综合题。要求学生每学完一章便完成一章的练习，而且要求上交检查，计入平时分。我们已计划将此练习册进一步扩充和完善，为建设习题库做准备。

四、教学模式的改革计划

如果在课程内容、教师能力和学生素质都无法改变的条件下，要提高该课程教学的有效性，除了上述改革外，教学模式的改革也值得尝试。

（一）实施线上与线下结合的教学模式

2020年的新冠肺炎疫情，使在线教学模式进一步推广开来。我们对学生能否接受在线教学模式进行了调查。在368份有效样本中，有78.8%的学生表示可以适应在线教学;在课堂教学和在线教学的选择中，有42.1%的学生选择在线教学。应该说，当代的学生是和互联网一起成长的，他们不知不觉中就形成了互联网思维。因此，在今后的教学过程中，如果能够使在线教学与课堂教学有机地结合起来，那就有可能产生最佳的教學效果。而如果能够借助本次在线教学所积累的经验和资料，将计算机网络这门课程，打造成为“线上”与“线下”紧密结合的一门课程，采用SPOC（Small Private Online Course，即小规模限制性在线课程）教学模式，应该能够进一步提高该课程的教学有效性。当然，具体的实施方案还有待进一步探索。

（二）采用“自顶向下”的教学方法

在我院网络工程专业的教学计划中，计算机网络作为一门基础课，在学生入学后的第二学期开设。而学生只在第一学期学习了办公软件和程序设计基础两门基础课程，此外再没有学习计算机网络课程所涉及知识的其他先修课。这显然为学生学习计算机网络课程造成了一定的困难。那么，在不能改变开课学期的前提下，是否可以改变教师的课程讲授方法？这显然是可行的，在缺乏必要的先修课的前提下，“自顶向下”的讲授法也许更能提升课程教学的有效性，更适合一年级大学生的接受能力，前文也有分析，在此不再赘述。对此，我们已经组织教学团队展开讨论，也与对该门课程采用自顶向下讲授方法的相关院校进行了调研。

五、总结

计算机网络课程从2007年在我院开设，至今已经进行了14轮的教学，这期间虽然进行过如双语授课等课程建设，但该课程建设依然不够完善，特别是近年来学生反响强烈。因此，计算机网络课程教学改革势在必行。但课程教学改革是一项庞大工程，并非一朝一夕就能促成且取得效果。按照计算机网络课程的教学改革计划，应从2020年开始推进，却因新冠肺炎疫情而改为线上授课，受线上教学限制，落实后的教学效果暂时无法进行全面跟踪。从学生对授课教师的评价，以及对部分学生访谈的情况来看，教学改革取得较好效果，但由于调查不全面，不足以作为结论，后续须继续跟踪。从教学团队以及教学督导的反馈可知，本课程的教学改革是合适的、可行的。

致谢

教学督导徐纪敏教授为计算机网络课程的建设倾注了大量心血，从课程的教学设计、教学课件、教学语言以及教学改革部署都给予了大量的意见和建议，本文的撰写也得到了他的指导。本课程的教学改革实施还得到了教学团队的崔继副教授、凌友良高级工程师、孙勇毅工程师、唐屹教授等老师的支持。在此对上述各位老师表示诚挚的感谢。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 谢钧，谢希仁.计算机网络教程（第5版微课版）[M]. 北京：人民邮电出版社， 2018.

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[责任编辑：刘凤华]