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网络课程的概念范文1
中图分类号:G642 文献标识码:B
1引言
网络课程是在网络环境下构建的课程体系,具有丰富的学习资源,多向互动和协作交流的人际互动平台,自主学习的支持环境,多媒体化呈现的教学内容等特点,是远程教育领域不可或缺的重要组成部分。网络课程已作为远程教育应用领域的一种核心资源,其建设日益受到人们的广泛关注,有关网络课程的研究已成为当前课程研究领域中的一个热点问题。不少学者都在积极地从各个层次探讨着支撑网络课程设计的理论基础及其价值取向。
本文重点关注网络课程领域的学习资源的知识建模问题。长期以来,人们把网络课程内容简单理解为教材的扩展,顺理成章地把网络课程内容按照符合学科内在逻辑顺序的知识结构来构建学习资源库。其中,最为典型的就是树型结构。采用这种结构的优势很明显。实现简单,结构清晰,适合顺序渐进的学习者学习。如果仔细分析人的学习要求,又会发现这种结构存在明显的缺陷。例如,以笔者所讲授的“网络操作系统高级管理”课程为例,学生要在网络课程中学习活动目录的知识,那么学习者只能严格按照网络课程预先指定的逻辑结构从概念的定义开始,然后是实际安装,最后才是具体的应用。其实,学生学习活动目录的内容的需求是多方面的。例如,有的学生想学习安装步骤,有的学生想学习和了解与活动目录有关联的学习内容,还有的学生想了解企业具体应用案例等等,那么,这种树形结构就无法满足自主学习为主的学习者多方面的学习要求了。如果学生对活动目录知识不是很熟悉,他就更难以在树形结构下,顺利找到自己要学习的相关内容了。其根本原因在于网络课程资源在树形结构下只有结构分明的具体内容,而缺乏具体资源之间的语义知识,语义网相关技术为解决网络课程资源的知识结构问题提供了有效的解决方案。
文献总结了语义网相关技术。本文采用其中本体建模的理论与方法来构建网络课程资源的语义知识库。文献均针对“数据结构”课程开发了一个智能化网络教学系统。虽然也采用了本体建模技术,但实现的还是树形结构。其实,树形结构只是一种最简单的语义结构,其实现的方式有多种,菜单或表格就是最常用的技术。本文首先从一般语义网络模型出发,介绍了本体模型的基本要素,然后,以“网络操作系统高级管理”网络课程为例,研究如何用本体建模技术构建网络课程资源的语义网络。论文给出了具体的建模过程与步骤。本文研究工作在基于网络课程的远程教育领域具有较好的实际应用价值。
2语义网络建模技术
语义网的思想就是利用元数据(Metadata)语言对信息资源的内容进行语义上的描述,从而使计算机能够利用这些语义信息对信息资源的内容进行理解和处理,并在此基础上实现更高级的、基于知识的智能应用。本体是语义网的核心层,用来定义应用领域中的共享知识,从而对各种资源之间的语义关系进行描述,揭示资源本身以及资源之间更为复杂和丰富的语义信息。
本体又称为实体,源自于形而上学的哲学分支,它对客观世界的事物进行分解,发现其基本的组成部分,进而研究客观事物的抽象本质。近年来,本体己经被广泛应用于知识工程、自然语言处理、数字图书馆、信息检索和Web异构信息的处理等领域。目前获得大多数学者公认的T. R. Gruber关于本体的定义概括为“本体是概念模型的明确的规范说明”。
在知识工程中,一般认为本体的认知观就是从概念、 关系、函数、公理和实例这五个维度来观察事物,进而用计算机形式化的将事物表示出来。因此,本体包含上述五个基本的要素。它们也称为本体模型的建模元语(Modeling Primitives):
(1) 概念(Concepts)
指任何事务,如工作描述、功能、行为、策略和推理过程。从语义上讲,它表示是对象的集合。本文指的是网络课程中所要学习的知识点。
(2) 关系(Relations)
领域中概念之间的关联或交互作用。强调这里的关系限于两个概念之间的关联。常用的关系有part-of(表达概念之间部分与整体的关系)、kind-of(表达概之间的继承关系)、instance-of(表达概念的实例与概念之间的关系)、attribute-of(表达某个概念是另一个概念的属性)等。正是这个“关系”成为构建知识领域复杂的语义网络的关键因素。
(3) 函数(Functions)
表示多个概念之间的一类特殊的关系。该关系的前n-1个元素可以唯一决定第n个元素。形式化的义为: 。例如,在Windows 2003 Server中,概念“域”、“域树”就决定了概念“活动目录林”。
(4) 公理(Axioms)
用于表示永真断言。例如,IP地址若采用点分十进制表示方式,则每部分的值不小于0且不大于255。
(5) 实例(Instance)
实例是指属于某概念类的基本元素,即某概念所指的具体实体。
一个本体的形式化定义为如下五元组:
3网络课程资源的本体建模
3.1网络课程资源的知识结构
根据传统教材内容所编排的章、节关系,可以得到如图1所示的知识结构。显然,这是一种典型的树形结构。目前,网络课程建设者一般常采用这种树形结构。具体来说,他们要么采用树形结构菜单,要么就是用表格的方式来组织和管理网络课程资源的知识内容。那么,基于这种结构的网络课程与传统的基于教材的课程的优势在于内容的多媒体化,知识内容的选择方便快捷,而且实现方便。
对于相同的课程领域知识,其实有多种组织与管理的结构。领域知识不同的结构决定了学习者不同的自主学习模式。图2给出了一种网状的课程领域知识结构。其中圆形表示知识结点,箭头表示知识结点间关系。这种结构更符合人们联想自主学习的需要,但实现相对复杂。本文的目标就是用本体建模技术实现这种复杂的网状领域知识结构。
3.2网络课程领域知识本体建模技术
本文提出采用螺旋式进化过程技术来进行网络课程领域知识的本体建模。
(1) 需求分析
这个阶段要明确本体构建的目的、范围、用途和使用者。本文选择网络课程领域知识作为建立本体的研究对象。根据网络课程领域知识的语义关系,用本体模型建立领域知识库的网状结构,为学生开展网络课程自主学习时,提供一种一定语义级别的智能学习模式。明确本体模型的目标用户主要有两类。一类是本体的使用者;一类是本体维护人员。
(2) 本体模型设计
① 领域信息的收集和分析
首先通过收集网络课程领域信息,以充分了解领域知识。信息来源包括专家、教材,参考书籍、网络、甚至是其它的本体。获得这些信息的方法可以是:头脑风暴法、访谈、文本的形式化或非形式化的分析和一些知识获取工具。
② 概念和关系的确定
根据收集整理的网络课程领域知识的具体语义,设计出如图2所示的网络课程领域知识库的网状结构。图2中的圆圈在本体模型中就是概念。箭头就是表示本体概念间的关系。概念之间的不同“关系”就是网络课程领域知识间语义的具体表现。一般为简单起见,很多学者只是利用了父子关系(Part_of)、种属关系(Is_a)以及实例关系(Instance_of)。因为,利用这三种关系,就可以方便用本体模型来构件领域知识的树形结构。显然,这三种基本关系难以表达网络课程领域知识中所存在的复杂语义关系。为此,本文提出了多种概念之间的关系,例如因果、支持、引用、组成、父子、例、引入、推广、类比、相关等。
③ 确定本体的其它三个要素
根据所确定的概念集,根据领域知识库的实际需要,确定本体的函数与公理要素。如果没有,可空缺。对于本体模型中的实例要素,本文设计为概念所对应的具体内容,也就是具体的知识内容。本文明确所有概念的知识都用Web页面表示,因此该要素属性的赋值为具体概念的Web页面的地址,即URL地址。
(3) 本体模型的实现
① 概念的Web页面实现
网络课程的巨大优势之一就是内容的多媒体表示。因此,要把所收集到的概念的具体知识内容利用计算机多媒体技术,科学且严谨的表示出来。这部分工作也是传统的网络课程建设的重要内容。只不过,采用本体模型建模时,知识的表示比较细致。原来一堂课的PPT的内容需要根据知识间的语义关系拆成多个知识点。虽然增加了工作量,但这些知识点可适合多种学习模式的需要。因此,所得到的本体模型更能体现其知识共享和重用的优越性。
② 运用工具创建本体
为提高效率,必须采用具体的本体建模工具来创建网络课程的本体。目前常用的本体建模工具首选Protégé。因为采用Protégé工具来构建本体,可由其自动生成本体的OWL代码。该工具可以根据需要,手动添加上述的多种“关系”要素。
下面就是用Protégé3.1创建“活动目录”本体转换成OWL描述的片段。
在得到本体的OWL文件后,应用系统可以通过Jena1.6.1对OWL文档进行处理,Jena平台提供了对OWL推理的多方面的支持,它允许应用系统解析、创建和查询OWL模型。限于篇幅,有关Protégé和Jena1.6.1不做详细的介绍。
(4) 确认与评价
对己经建立的一个本体模型进行测试,从而对网络课程领域知识的本体模型进行确认与评价,看是否满足应用需求,本体中的概念是否被清晰的定义了,本体中的概念及其关系是否完整等。
(5) 螺旋式进化过程
本体模型的建设应该是一个反复进化的过程,这样才符合本体模型开发的特征。经过确认和评价的本体模型总的发展过程趋势是螺旋式上升,每个阶段的本体模型是螺旋式发展模型中一个阶段的成果,这就是本体模型中进化属性的具体表现。
3.3网络课程领域知识本体模型的应用
图3给出了网络课程领域知识本体模型应用的实现原理图。以“网络操作系统高级管理”课程为例,学生想在网络课程中学习有关“活动目录”的知识。那么,“活动目录”在该课程中既是一个概念,也是Windows 2003 Server中核心的管理工具,需要安装和配置;同时Windows 2003 Server中有多个网络服务需要得到该工具的支持。如果按照树形结构,一次就只能学习到一个知识点。那么,基于本体模型的学习过程就显示出了优势。采用Jena1 6.1实现的推理和搜索引擎功能,推理和搜索Protégé得到的本体知识库,学习者可方便得到所有所要学习的相关知识。例如,用户想要学习受“活动目录”支持的网络服务器功能,以了解活动目录的具体应用领域,那么,系统就会列出所有受“活动目录”支持的本体,例如组策略,用户帐户的管理等工具,以及FTP和DHCP和CA等服务,从而得到多个概念序列,通过排序,呈现给学习者,学习者选择具体的概念,系统立即就从Web页面库中显示具体的知识内容。
4结语
本文采用本体建模技术,为网络课程的学习资源构造了符合知识点间语义的体系结构;为建设一个具有初步智能的网络学习系统提供了一般性解决方案;为网络课程理论与应用技术的发展探索了一条新的路径。未来的工作将集中在网络课程领域知识本体模型的评估与改进的标准与方法。
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网络课程的概念范文2
关键词:大网概念;计算机网络;高等教育;人才培养
随着国内电信运营商网络的重新整合和3G/4G无线通信时代的到来,网络通信技术正在发生广泛而深刻的变化,呈现出很多新技术、新应用和新模式,这对高等教育计算机网络课程的教学工作提出了新的要求。为此,近年来众多高校对计算机网络课程的教学工作进行了大量地探索、改革与实践[1-6],并取得了较为显著的效果和成绩。现有教学模式培养出来的学生能够掌握基本的计算机网络通信原理、TCP/IP协议栈,能够组建基于交换机/路由器的小型网络,也能够进行常见的网络配置、应用及维护,但他们普遍缺乏全局网络的意识,即大网的概念。随着互联网络技术和应用的发展,各种网络技术层出不穷,各种类型的网络及业务不断融合、重构,这使得大网概念在电信级网络运行中更加重要,因此,在计算机网络教学中培养学生建立大网的概念具有重要的意义。
1建立大网概念的意义
计算机网络是计算机技术和通信技术的交叉学科,涉及大量错综复杂的概念和新技术,对刚接触计算机网络的学生来说,这是一门比较难学的课程。在现有教学模式下,学生对教学效果的普遍反映是:入门难,术语、概念多,理论复杂;课堂上可以理解,但很难留下深刻印象,理论和实践都没学好。虽然现
在的计算机网络教学已经非常重视理论与实践结合,但在真正的实践中,实验内容只是实际网络复杂情况冰山的一角。另外,学生已习惯平时从应用层面使用网络的简单感觉,一旦进入理论学习就觉得和自己想象的网络差异太大,不学还明白点,学了更糊涂,从而失去学习的兴趣,其问题在于没有把理论和实际紧密、有机结合,缺乏大网的概念。
所谓大网概念,就是要让人们了解其每天都在使用的互联网络是一张实实在在的网络,而不是一张虚拟的网络,它是由各种类型和规模的小网从小到大组成的,任何两点之间的通信都由这张网络上的一条实实在在的物理连接承载,由构成这条物理连接的网络设备和链路实现数据的转发和传送。从提供网络服务看,它是单一的虚拟大网;从解决网络问题看,它是庞大而复杂的物理真实网络。
建立大网概念是计算机网络教学的切入点。网络无处不在,大家每天都在使用互联网络,学生在没有接触本课程之前已形成了对网络的模糊概念,如果本课程教学一开始就从理论出发,学生自然会迷糊,并产生学习混乱和抵触情绪。因此,教学应从学生身边最熟悉的网络谈起,之后,再引申到学生熟悉的互联网络Internet,告诉学生网络的电子邮件、QQ聊天等正是基于身边最小的网络,并开始不断互联、延伸形
作者简介:邵鹏飞(1978-),男,讲师,硕士,研究方向为无线宽带网络与网络控制。
成大网――Internet,正是因为大网的存在,电子邮件、QQ信息才能从一个地方传到另一个地方。然后,老师要告诉学生计算机网络课程就是要研究这张大网是怎么工作的,比如构成大网的小网是怎么工作的,一个个小网是怎样组成大网的,数据在大网上是怎样传递的;在搞懂网络怎么工作后,就要了解怎么管理这张网、怎么用这张网。通过让学生建立大网概念的方式,淡化理论与现实的差距,使学生头脑中模糊的网络概念变得清晰,同时,让学生明确网络到底研究什么,本课程学什么,应该掌握什么,学了之后有什么用。总之,建立大网概念可以让学生在实际网络和计算机网络原理之间建立一种联系,从而激发学生了解计算机网络原理是如何解决实际问题的兴趣。
建立大网概念是全局把握网络技术的需要。互联网络有两个层面:物理网络和逻辑网络。物理网络指构成互联网络的网络设备和线路,它是逻辑网络的基础。逻辑网络架构在物理网络之上,包括基于网络层次体系结构的网络互联方法和为网络应用提供服务的网络云的概念。大家都熟悉的是逻辑网络为网络应用提供服务的概念,比如基于网络的电子商务,基于网络的网络游戏等,这些网络主要指逻辑网络。而物理网络和网络层次体系结构是计算机网络研究和课程教学的重点。在计算机网络教学中,从熟知的为网络应用提供服务的逻辑网络概念出发,提出网络云内部到底是什么样的,网络云是怎样形成的,从网络云引出物理网络,从而建立大网的概念。有了大网的概念,逻辑网络和物理网络也就成为一体,学生就会对网络形成深刻的印象,整个学习过程就有了一个理论基点。
简单地看,网络技术又可分为两个部分:局域网技术和网络互联技术。这两部分也正是计算机网络教学的核心。整个互联网络正是由一个个小型局域网和接入网通过网络互联技术互联而组成的。建立大网的概念,明确实际中的大网和理论中的局域网、网络互联的关系,就能让学生比较容易地把握网络技术的全局,明白计算机网络课程的主要学习目标就是先要学好局域网的技术,然后学好将局域网互联组成更大网络的网络互联技术。从教学内容看,计算机网络教学主要包括:计算机网络的基础理论和知识、网络系统集成实践(基于交换机和路由器的企业组网、局域组网、企业信息网络配置等)和进阶的高级路由与交换技术等。大网的概念在这些内容的学习中都是站在制高点,并贯穿始终。
建立大网概念是服务型网络人才培养的基本要求。从就业形势来看,我们正面临巨大就业压力。大学生的就业面临两个方面压力:一方面是高等教育大众化产生的学生数量方面的压力;另一方面表现为大学生能力缺失,其知识、能力、素质不能满足企业对人才的要求。从全球就业市场看,以构建面向社会,服务经济社会为宗旨的服务型人才培养模式越来越成为高等教育发展的重要方面。服务型网络人才培养应以社会对网络人才的需求为导向,强调“就业―可雇佣性”[7],以应用教育为特征,强调“有用教育”,主动服务经济社会,为电信运营商、网络公司、企事业单位培养各种有用的网络人才。大网概念在整个互联网络的运行维护中是非常重要的,此时网络中的设备、小型网络、企事业网络不再是一个独立的个体,而是大网中的一份子,它们的网络行为也就成了整个大网运行状况的一部分,同样,大网中其他部分的运行状况也就会直接或间接地影响它们的运行结果。架构在网络上面的各种网络应用更是与大网密不可分,在应用中,从通信源端到目的端的双向数据传输,完全是建立在大网中各个被选中的中间节点的双向路由选择上面,而且,基于网络的变化这些选择完全是动态的。只有建立大网概念,才能全面正确地处理这些问题。因此,在计算机网络课程教学中,重视建立大网概念,才有利于培养社会所需的具有“就业―可雇佣性”的服务型网络人才。
2建立大网概念的方法
在计算机网络课程教学开始时,如果既想给学生很好的入门知识,又想让学生建立大网的概念,教师就要在实际网络和理论网络之间建立一种联系,将学生从熟知的实际网络带到理论网络,因此,选用学生熟知的网络应用引出大网概念比较合适。描述大网概念要注意两点:一是切忌泛泛而谈,而要给学生塑造实实在在的大网形象,建立大网概念,比如可以选用电信经营的ChinaNet网络作为案例;二是切忌过多过深地谈论其技术,重点是让学生形成对大网的感觉和印象,对大网工作机制有初步了解。下面以网络QQ聊天为例,以电信ChinaNet网络为背景介绍建立大网概念的方法(以下的各个级别电信网仅指电信的数据网络)。
案例:大网概念――笔者在浙江万里学院4号楼213办公室与在美国的朋友通过QQ聊天,信息是怎样通过网络传过去的。
(1) 从身边的网络谈起。首先,我们给出4号楼办公网的网络拓扑图(如图1所示),由此表明“我”的位置,其次,交代清楚主要的网络设备、网络结构和连线方法,指明这是用户接入层的网络,属于最低级的物理网络,同时,可说明这个网络的网速、容量等基本情况,这些内容同学们都很熟悉,讲解的目的是让学生明确身边网络的概念。最后,我们向学生展示4号楼办公网通过大楼出换机接到校园网的情况,并提出问题:它的上一级网络是什么?很自然地,学生能回答出它是浙江万里学院校园网。
图1浙江万里学院4号楼办公网网络拓扑
(2) 上一级网络:校园网。首先,我们给出校园网的示意拓扑图(如图2所示),其中,1、2号楼及其他教学办公楼的办公网和4号楼一样,这些教学办公网通过校园网网管中心组成浙江万里学院校园网,其次,我们指出校园网管中心的位置、主要设备及校园网与大楼办公网在设备、网络结构、网络能力上的主要区别,向学生强调以4号楼办公网为例的每个教学办公网只是校园网的一个子网。最后,我们展示校园网通过出口路由器设备连到外部网络的情况,目前,该网是连到宁波市电信网,此时,我们也可顺便交代一下防火墙的作用及校园网可能有多个网络出口的情况,并向学生提出问题:校园网的上一级网络是什么。学生自然明白再上一级就是宁波市电信网。
图2浙江万里学院校园网拓扑示意图
(3) 再上一级网络:市电信网。首先,我们给出市电信网的一个示意拓扑图(如图3所示),重点指明学院校园网相当于宁波市电信网的一个接入用户,是其中的一个子网,而其他的大学校园网、企事业单位网络和下级区县电信网络跟万里学院校园网一样,都是市电信网的接入子网,通过市电信网管中心的路由器设备互联在一起,组成整个电信宁波市网。其次,我们要让学生了解市网与校园网的最大区别是:校园网属于局域网范畴,一般属内网,可采用内网私有地址,而电信市网属于城域网,属于公网,只能使用公网地址。另外,电信市网的组网结构更加复杂,设备更加高级,网络容量更大。最后,指出宁波电信市网通过网管中心的核心路由器的出口电路接到电信浙江省网,继续接入更高层次的网络。
图3电信市网示意拓扑图
(4) 更高一级网络:电信省网。首先,我们给出电信省网(部分)的一个示意拓扑图(如图4所示),说明这个层次网络只是互联的设备更多、更高级、处理能力更强、速度更快,连接的网络更多、规模更大、更加复杂、带宽更宽,而连接方法并没有多大改变。其次,需要强调在这个网络中,电信市网只是省网的一个接入网、一个组成部分,而省网就是由一个个类似电信宁波市网的城域网络通过省网核心路由器设备互联而组成的。另外,在省网这个层次可举例介绍自治系统的概念。最后,指出电信省网通过省网出口设备接入电信全国网络,而且出口电路一般有多条,起业务分流和电路备份的作用。
图4电信浙江省网(部分)示意拓扑图
(5) 电信全国网。首先,我们给出电信全国网(部分)的一个示意拓扑图(如图5所示),指出这是最高级别的运营商网络,每个运营商,比如移动、联通等都有一张各种独立运行的全国网络。其次,向学生介绍在电信的全国网中,有三大一级核心节点:上海、北京、广州,以及二级核心节点:天津、武汉、西安、乌鲁木齐等,这些核心节点构成了电信全国网的骨干网络,需强调此时省网只是电信全国网的一个接入子网,一个组成部分,省网通过其核心出口设备接入电信骨干网络,全国的各个省网通过电信骨干网络互联在一起就组成了电信全国网络。可顺带介绍电信网络的国际出口、国际电路和海缆的情况,让学生获取更多的额外信息。最后,我们提问:电信全国网是最大的网络吗?还有更高级别的网络吗?
(6) 全球互联网:Internet。我们给出全球互联网(部分)的一个示意拓扑图(如图6所示)。这里仅需说明电信全国网代表中国的互联网与美国、日本等其他国家的互联网络通过国际电路互联在一起,构成全球的Internet。美国的国内互联网络是跟我国类似的一张网络,指明我在美国的朋友处在美国某个州某个区的某个办公楼里,他正在通过网络跟我QQ聊天。
图5电信全国网(部分)示意拓扑图
图6全球互联网(部分)示意图
(7)QQ聊天信息的传递路径。有了前面关于网络的充分介绍,我们就可以向学生讲解我与在美国的同学的QQ聊天信息传递过程:我发给美国同学的信息从我所在的4号楼213办公室的电脑上发出,经4号楼办公网、校园网、电信宁波市网、省网和全国网,从电信的国际出口经国际电路到达美国国内互联网络,再逐级到达我同学使用的电脑,最后在QQ程序上显示出来。而我同学回复我的信息经过了一个相反的过程。我们需要向学生强调,每一次信息传送都是基于这张大网上的一条传送路径,而这条传送路径由这张大网上实实在在的设备和线路经过路径选择后建立。同时,我们让学生想象这条路径上的任一设备或线路出现问题时,信息传递会发生什么变化,怎么去发现和查找网络上发生的问题。在课时允许的情况下,可现场操作路径跟踪演示,逐跳分析经过的设备IP地址,查询IP地址的归属地可判断每一跳处于哪个网络,从而核实上面分析的大网路径是否属实,给学生更深刻的印象。
(8) 总结。通过教学告诉学生QQ聊天与其他网络应用一样,都是基于这张大网,只有充分了解这张大网的工作原理、组网技术,才能解决实际的网络问题,并更好地利用网络,计算机网路就是研究这些内容的,网络中的所有问题最终都要放到这张大网上。所以,这门课不仅仅是学点理论和实践知识,而是要通过掌握理论知识、实践技能更好地解决这张大网上的问题。
在计算机网络教学中,还有很多建立大网概念的方法,比如单机对等网络与跨越互联网络的点对点通信的类比等。从本质上讲,建立大网概念就是对计算机网络的深入浅出的把握,从浮于表面熟知的网络应用深入到网络内部,再回归到为应用提供服务的单一虚拟大网。
3结语
本文通过剖析大网的内部物理网络组成结构,反复强调子网和组成更大网络的概念,让学生对大网的形成和大网的结构有一个深刻的印象。有了大网概念,进一步的教学工作怎么开展,全局教学怎么安排。对于这些问题,我们可以通过上述几个简单的问题,来引出计算机网络课程必须关注的核心知识点,这就是网络协议体系结构,从网络体系结构讲到事实的标准TCP/IP协议栈,讲课和实践中可围绕大网概念重点讲解局域网技术和网络互联IP技术。同时,我们可以进一步提出以下的问题:上述案例中的网络是根据什么原理互联在一起的(网络技术不同,设备不同,怎么能够统一的互联起来)?这些网络中的设备又是采用什么方法传送数据的?答案很明确,这就是标准的网络协议体系。而我们还要提出新的问题:为什么必须是统一的标准?这个网络协议体系又是什么样的?对此,我们在讲解网络协议体系时,同样可以通过大网概念,并通过解决一个实际网络问题的过程而总结出来,因为网络协议体系中的核心层、网络层指的正是我们所说的大网。
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On Network Awareness in Computer Networking Teaching and Personnel Training
SHAO Peng-fei, YANG Ya-ping
(Faculty of Electronic and Information Engineering, Zhejiang Wanli University, Ningbo 315100, China)
网络课程的概念范文3
[关键词]数字信号处理;网络课程:教学探索;教学实践
[中图分类号]G40―057
[文献标识码]A
[论文编号]1009―8097(2009)13―0260―02
数字信号处理在现代信息科学技术教育中所起到的作用是显而易见的。21世纪信息时代的浪潮席卷而来,带来了现代信息技术的飞速发展。作为一门基础的入门课程,数字信号处理是打开信息科学的一把钥匙。如何更有效的引领学生进入这一科学领域,并初步了解数字信息科学的基础理论,是数字信号处理课程教学过程一直在孜孜探索的问题。
计算机的普及,网络技术的快速发展,以及DSP各种软硬件的广泛使用,使得我们在数字信号处理课程中的教学手段趋向多元化,以计算机和互联网为教学手段的网络课程教学也成为可能。网络课程教学以其优越的开放性、交互性、共享性、协作性和自主性,已成为教育改革的趋势和方向。
一 课程教学的优势及可能性
1 教学资源丰富,手段多样
网络课程集合了各种丰富而有效的资源,以多样网络手段提供给老师和学生。学生可以很方便的在线学习数字信号处理各方面的知识。这些资源包括:网络课件、实验教学、实践教学、图片动画库、习题及试题库、概念检索等。学生不仅可以在线学习相关的理论和实验的课程内容,利用习题和图片动画加深理解,深化学习,还可以根据自己的实际进行在线测试。在这里学生还可以查阅数字信号处理教学历年在实践方面所取得的成果。
2 教学更生动、形象
网络课程丰富的资源和多样的教学手段,使数字信号处理的教学更生动更形象,因此学生学习起来也更轻松更容易。数字信号处理是一门理论性较强的学科,公式多,概念抽象,推理繁琐,过程复杂,理解困难。在传统的课堂教学中,由于缺乏有效形象的手法,单凭老师的讲解,学生难以跟上老师的思维和节奏,造成较为普遍的概念不清晰、理解不透彻等现象,最终给学生更深一步的学习带来困难。而网络课程利用各种有效辅助手段,将许多较为复杂的问题形象化,以帮助学生加深理解。例如,离散卷积理解和计算都比较复杂,网络课程通过动画演示的形式非常形象的演示了离散卷积的整个过程,从而帮助学生在较短的时间内有效的掌握离散卷积的运算。理论课教学难免会感觉有些枯燥,容易使学生陷入思维疲劳,而网络课程界面友好,层次分明,易于导航定位,人性化设计,非常方便学生开展学习。
3 互动开放式教学使学生的学习更主动。
在网络课程的站点上,学生和老师之间可以进行方便而快捷的互动,学生有任何数字信号处理方面的问题,都可以通过互动平台向老师和其他学生进行交流探讨。网络课程教学打破了传统课堂教学刻板的课程设置和时间制度,学生可以随时随地根据自己的需要,选择适合自己的课程进度和学习方式,从而达到更好的学习效果。
4 计算机的普及和上网的便利使网络课程教学的实施成为可能。
实施网络课程教学的一个重要条件是计算机的普及应用,和上网条件的便利。结合学校的实际情况,条件是成熟的。数字信号处理是大三的必修课程。我校三年级的计算机普及率较高,80%以上的学生拥有自己的电脑,每位学生通过申请都可以拥有自己的网络端口。这些有利的条件给了网络课程的实施以强有力的支持。
二 网络课程教学的实施
实施网络课程教学,其关键环节是知识体系的架构和建设。要达到学生在较短时间内高效而牢固的掌握数字信号处理的基本概念和基本理论,除了要提供丰富的资源以外,优化知识架构、采用积极有效的网络手段也是必不可少的。
1 在理论和实验教学方面,我们以原有的多媒体课件为基础,加以改进编写了新的网络课件。理论教学方面,原有的多媒体课件过于冗长,使用起来不够方便,针对这一缺点,我们对各个章节加以细化,使其知识脉络更加清晰明了,更易于学习使用。同时针对各章节的重点难点通过相关的例题和习题进行解析。为了适应不同学生的学习习惯,我们还提供了原有的多媒体课件。同时利用网络服务器上的数据库建立一个数字信号处理概念检索库,学生可以通过检索系统对相关概念进行检索。管理员可以通过后台管理系统向数据库中添加新的概念条目,也可以更改或者删除已有的概念条目。实验教学方面,鉴于Matlab是本课程主要的实验工具,而学生使用该软件的水平又参差不齐,因此除了必要的实验内容讲义外,针对不熟悉Matlab的学生专门编写了Matlab讲义,帮助学生完成实验。为了规范实验报告的撰写格式,我们挑选了一些较优秀学生实验报告加以展示,供学生参考。
2 使用各种计算机辅助手段深化学生学习。网络课程开辟了专门的图片、动画和视频教学录像专栏。一些较抽象的基本概念和理论推演通过图片和动画(有Java动画和Flas两种)的形式得以生动形象的演示出来,使原本较为复杂的问题变得通俗易懂,进而增强学生对概念理论的感知和领悟。对于视频教学录像,担任主讲的教师都是数字信号处理这门课程资深的教授,有着丰富的教学经验,对知识的讲解透析明了。建立习题和试题数据库,学生可以对所学习的知识进行在线的测试和检验,以巩固学习的效果。习题库按照章节次序提供了各章节的习题解答,辅导学生解决课后疑难。试题库的一大特色是能够自定义题型分值,在线生成和预览整套试题:在后台方面,管理员可以根据需要添加或者删除试题以及设置每道试题的分值。
3 建立师生互动平台,学生在学习本课程过程中遇到的所有问题,或者有新的学习方法、心得体会,都可以和老师和其他学生在平台上交流、探讨和分享;学生在这里还可以了解到一些数字信号领域的最新资讯动态,并一起参与讨论,激发学生对前沿科技的了解和关注。
4 专门开设了实践成果展示栏目。我们将历年来学生参与各种竞赛、研究项目(例如挑战杯、电子设计竞赛、学校的学生研究计划、百步梯攀登计划等)所取得的优异成果加以展示,一方面激励学生的学习热情,一方面鼓励学生积极参与实践和研究,激发学生的创新精神。
5 学生电子版作业在线提交。提供学生将电子版的作业直接提交到服务器文件系统,同时管理数据库记录学生以及所提交作业的相关信息。任课教师可集中下载提交的作业进行批改,免去了采用电子邮件提交电子版作业的诸多麻烦。
三 存在的问题及思考
1 较之传统的课堂教学,网络课程教学的一个显著的特点是没有老师的现场讲解和指导,完全依靠学生自主的学习,由此引发的问题的是老师无法通过网络课程教学,直接了解到学生实际的学习情况,也无法根据学生不同的实际情况因材施教。学生的知识水平难免有不同程度的差异,再加上数字信号处理本身的特殊性(如公式多,概念抽象,推理繁琐,过程复杂,理解困难等),如果完全脱离老师课堂上详细的讲解,可能会给很多学生的学习带来不少的障碍。因此,网络课程教学在现阶段仍然只能以辅助教学的形式存在,传统的课堂教学依然主要的教学方式。
2 网络课程毕竟是一种新的教学方式,在内容和形式上都还存在很多亟待改善的地方,还难于满足学生各方面的学习需求。尤其在内容方面,许多相关材料还需要进一步的整理和补充,而且这是一个长期的过程。
3 网络课程教学是开放式的教学,完全依靠学生自主的学习。于是学生使用这一网络资源的频率和效率就成了一个很突出的问题。如何提高学生使用网络课程的频率和效率是我们今后探索的一个重要课题。
网络课程教学是一种全新的教学方式,是一种有效且可行的教学手段,它给学生提供了更多高效的获取知识的方式,给了学生更多自主的空间。网络课程所具备的优势是传统教学方式无法比拟的,弥补了传统教学的许多不足,同时也极大的缓解了教师的教学压力,减少了教师的工作量。在数字信号处理网络课程教学探索过程中我们遇到的突出问题使我们深刻的感受到,网络课程教学是一个长期而艰巨的任务,是一个循序渐进的累积过程。在今后网络课程教学的探索过程中我们还有很多的工作要做,因此我们要发扬锐意创新,勇于进取的精神,积极吸收同行优秀的成果,以优化和完善数字信号处理网络课程教学体系。
参考文献:
[1]楼策英.新型网络课程教学的实践与思考[J].中国远程教育,2005,(10).
[2]刘淳,章强,武齐阳,丁志祥.交互式网络教学平台的研究与实现[J].南京大学学报(自然科学版),2006,(1).
网络课程的概念范文4
关键词:计算机网络基础;教学方法;教学手段
随着计算机网络的迅速发展,《计算机网络基础》课已经成为高校计算机及相关专业的基础课程,也成为很多其他专业学生的选修课程。该课程的教学目的是加深学生对计算机网络概念的理解,培养学生在计算机应用领域从事计算机网络的设计和组网能力,为增强学生的就业能力和继续学习的能力奠定基础。《计算机网络基础》课的理论性和实践性都很强,新知识更新也比较快,如何在有限的课时内教给学生基本的理论基础和实践技能,对授课教师来说是一个很大的挑战。教学的关键在于有效地激发学生的学习兴趣,引导学生去理解计算机网络的基本概念,而不仅仅是满足于形式或者几个网络工具的使用。
一、《计算机网络基础》课的基本情况
《计算机网络基础》课涉及大量的概念和定义,内容理论性比较强,如果教师在讲课过程中只是泛泛而谈,学生就可能什么也学不到。所以,教师在授课的过程中一定要突出重点,注意知识之间的相互渗透和融合,注重章节之间的衔接和对新技术的学习与应用,以提高课程的综合化程度。
课程内容。《计算机网络基础》课主要讲授计算机网络的概念、类型,网络体系结构与网络协议,网络的传输介质,局域网工作原理与组网技术,数据通信与广域网技术,网络互连技术,网络操作系统和应用服务器的创建与维护,系统集成与综合布线以及网络安全等。
课程目标。《计算机网络基础》课的目标分知识目标和技能目标两部分。知识目标是通过对本课程的学习使学生了解计算机网络的基本概念,掌握数据交换技术、局域网技术与广域网技术,计算机网络体系结构的基本构架,网络协议特别是TCP/IP协议。技能目标是通过对本课程的技能训练,了解各网络设备的性能,能够识别常用的网络设备,熟练掌握常用的网络接入方法及网络操作系统的安装和相关应用服务器的配置,能够进行简单的系统集成和综合布线。
课程重点和难点。《计算机网络基础》课的教学重点是计算机网络拓扑结构、计算机网络的传输介质、局域网的组建、TCP/IP协议、应用服务器的创建与配置等。本课程的教学难点是对计算机网络体系结构中OSI参考模型的理解、差错控制方法和网络互连技术等。
二、《计算机网络基础》课教学方法设计
《计算机网络基础》课的特点决定其教学方法主要有以下四种。
1.比喻教学法。《计算机网络基础》课内容比较抽象,因此在讲授理论课时,教师应尽量采用打比方的方法,把抽象的理论知识与日常生活常识作比较。对于一些学生难以理解的概念,教师可以举一些通俗易懂的例子来进行比喻,以加深学生的印象。比如,在讲到“网络体系结构”中的数据传输过程时,笔者经常比喻冬天坐火车从广州到哈尔滨出差,每走过一个省就要多加一件衣服,因为越往北天气越冷;回来时则因为天气越来越热,则每走过一个省就要脱掉一件衣服。而数据在“网络体系结构”中每传输一层就要多加一个本层的报头,到最低层多加了六个报头,到了接收端,每层都对对方同等层加的报头进行处理,把报头层层剥落,最后才把真正的数据交给应用程序。又比如,在进行“网络协议”内容的讲授时,“网络通信要按照网络协议规则进行数据传输”的内容很不好理解。为此,笔者就比喻日常生活中两个不同地方的人都不懂对方的方言,交流起来就非常困难,而要达到正常交流的目的就只能采用标准的普通话,这就好比网络上的用户要通信,就必须遵守标准的网络协议。
2.启发式教学法。教学过程中,在讲授“通信过程”的内容时,让学生想象打电话的过程,应该先做什么再做什么,如果通电话的两个人语言不通该怎么办呢?如此,通过不断的提出问题、解决问题,让学生掌握最基本的理论。又比如,在讲授“电子邮件传输”时,笔者还让学生想象传统信件的传递过程等。
3.对照教学法。对于一些有交叉关系的内容可以采用对照教学法。前后内容横向加以比较,使学生更加清晰地理解。在讲授OSI参考模型、TCP/IP参考模型和局域网体系结构时就可以采用这种方法。把这三种模型相互对照,比较其相同和不同之处,可加深学生的理解。
4.图例教学法。对于一些比较抽象的概念,可以采用具体的图例,并结合实际应用进行讲解,使抽象的概念更加直观。比如,在讲解“星型拓扑结构”时,笔者首先画出“星型拓扑结构”的示意图,通过示意图来讲解它的优点是易于维护、安全可靠,一个用户产生故障不会影响其他用户;同时,也指出它的缺点是中心节点会成为整个网络的瓶颈,一旦出现故障,与它相连的网络就会瘫痪。学生在宿舍上网时会使用交换机进行互连,这样互连的网络具有星型结构的优点和缺点。如果交换机出现故障,那么与之相连的所有计算机就都不能上网。理论与实际相结合,把抽象概念实例化,学生学习起来就会容易很多。
三、《计算机网络基础》课的教学手段
在《计算机网络基础》课教学过程中,可以采用多种教学手段,每一种教学手段都是为了加深学生对概念的理解,提高学生的动手能力。
课程教学。在普通的课程教学中采用上述教学方法,可以把枯燥的内容更加生动地表述出来,使学生充分理解所讲授的内容,加深印象。
多媒体教学。充分利用多媒体、仿真等技术,将过去难以描述的虚拟的内容转变为形象的动态显示,直观明了,易于表达。可以采用Flas、图片、影片以及一些仿真软件等,把枯燥的课程教学生动化,提高学生的学习兴趣。特别是在讲授“网络互联”的内容时,使用网络仿真软件,在近似真实的网络环境中,让学生在教师的指导下自主学习、认真研究,就能使他们的知识和能力得到全方位的提高。
网络教学。通过网络教学平台,将课程的教案、参考文献目录、授课PPT、网络课件等相关教学资料在校园网的网络教学平台上,可以实现教学资源的共享。此外,教师还可以组织学生在网上进行交流、讨论。
四、《计算机网络基础》课的实践实训教学
在《计算机网络基础》课教学中,除了理论课教学,实践实训课教学也非常重要,它可以培养学生的动手能力和综合实践能力。同时,网络实验形式的多样性也可以调动学生的学习积极性。
现场教学。将课程实训部分内容安排到网络实验室进行,教师在现场进行讲解和演示,然后由学生进行实际操作,这样可以帮助学生提高动手能力。
现场观摩。教师组织学生到网络中心参观,了解校园网中所用的交换机、服务器等设备。在讲授“综合布线”的内容时,教师还可以组织学生到教学楼内的配线间进行现场观摩,加深学生对所学知识的印象。
实训内容。实训内容包括以下几个方面:硬件认识实习、组建单个网段的局域网、组建多个网段的局域网、操作系统的安装与配置、网络安全措施、网络服务器的配置等。
网络规划与设计。学生通过学习和实践,了解网络中所使用的硬件和软件,规划设计一个中型规模的园区网,写出网络解决方案。方案中包括网络拓扑结构的设计、互联设备的选择、传输介质的选择、操作系统的选择、网络软件的安装与配置、局域网的划分等。
参与校园网的运行和维护。高校的校园网规模普遍较大,信息网络管理任务非常繁重,因此可以在学生中招聘一批网络助理管理员。这样,既能减轻网络管理人员的压力,又能给学生提供实践的机会。实践证明,凡是参加过校园网运行维护锻炼的学生,毕业时都能比较顺利地找到工作。
鼓励学生参加网络认证考试。网络认证考试有很多,有国家的认证证书,也有网络公司的企业认证证书,教师要多鼓励学生参加认证考试,取得更多的资格证书,为学生就业打下基础。
参考文献:
[1]秦菊.《计算机网络基础》教学浅析[J].科技创新导报,2009,(4).
网络课程的概念范文5
关键词:计算机网络;教学内容;教学方法;考核方式;评价体系
文章编号:1672-5913(20i3)14-0046-04 中图分类号:G642
近年来,随着农业信息化建设的发展,信息化网络设施在农业领域的建立与运用,为农林院校培养新型网络技术人才提出了更新更高的要求。计算机网络课程是农林院校计算机专业开设的必修课,为提高该课程的教学质量和人才培养质量,针对农林院校人才培养目标,笔者分析了该课程教学过程中的问题,结合课程特点和农林院校学生实际情况,对该课程进行一系列改革和实践探索,取得了一定的成果。
1 计算机网络课程教学现状
计算机网络课程涉及通信、操作系统、信息安全和软硬件等内容,知识点分散,新技术、新标准不断出现,这为计算机网络课程的教学工作带来了较大难度。教学过程中普遍存在以下几个方面的问题。
1)教学内容与计算机网络技术发展不协调。
(1)概念多、知识点杂,缺乏感性认识,不容易理解和记忆;(2)网络新技术、新概念在课堂上没有体现,教学内容和现实脱节;(3)课堂教学内容空洞,学习兴趣不高。
2)忽视了学生的认知主体作用。
在整个教学过程中,以“教”为主,教师只注重协议原理的讲解,没有从应用的角度讲解TCP/IP体系中的每层协议,学生理解起来困难。在教学过程中缺乏与学生的互动交流,没有调动学生的学习积极性。
3)实验环节薄弱。
实验偏向于了解性或验证性实验,对学生的观察能力、分析能力、解决问题的能力和创新能力等方面的培养欠缺。
4)课程影响力不足。
无论是师资队伍还是硬件设施,农林院校计算机专业相对比较薄弱,特别是计算机网络。学生就业或者考研,选择从事网络技术的人甚少。就西北农林科技大学信息工程学院而言,从事网络技术教学和研究的教师甚少,引导不足,对学生影响力小,导致学生没有引起足够的重视。
2 结合专业特点,采用灵活多变的教学方法
西北农林科技大学信息学院计算机网络课程安排40个理论教学课时和16个实验教学课时。如何在有限的教学和实验学时下,做到课堂内容丰富饱满,学生能够融会贯通,这就必须要对教学内容进行合理安排及精心部署,就必须要对教学方法进行改进。通过多年的教学经验总结,以下多种教学方法和教学手段,极大提高了学生学习兴趣,提高教学质量。
2.1 多媒体与板书讲授相结合
利用图片、声音、动画、视频和文字等多媒体手段制作生动形象、简洁大方的PPT幻灯片,帮助学生理解网络概念,活跃课堂气氛,提高学习效率。对于重要的教学内容采取板书讲授与课件演示相结合,根据教学内容,利用其互补性,增强教学效果。
2.2 类比教学法
用生活中熟悉的事物类比枯燥抽象的网络概念,帮助学生理解和掌握计算机网络理论知识,激发学生学习兴趣。类比教学的案例详见表1。
2.3 启发式教学方法
在学习每一个协议的过程中启发学生思考,为什么要这样做,其设计背景是什么,能够解决什么问题,换一种设计方法是否可行。在网络的发展史上,为什么一些技术取得成功,而另一些当时看似非常先进的技术最终却销声匿迹。让学生充分参与到教学过程中,鼓励学生对某些主题进行讲解讨论,这种变“教”为“学”的教学方式将会刺激学生的创新思维,提高学生学习的积极性。启发式教学案例见表2。
2.4 案例教学法
学生对抽象的计算机网络概念不易理解和接受,使用案例教学法可以帮助学生消除对网络的神秘感。例如在讲解IP地址、子网掩码时,可以通过下述案例让学生循序渐进地了解并掌握有关IP地址的知识。
案例1:某位同学在美国哈佛大学读书,需要与他进行QQ聊天,如何找到对方的主机?
分析:在现实生活中我们区别某人需要其身份证号码。在Internet网络中如何将位于不同地理位置的每一台主机进行区别,由此引入IP地址的概念。
案例2:信息学院实验大楼机房,一层与二层各有一台IP地址为202.117.179.11的主机,在网络中如何来区分这两台机器不是同一台机器?
分析:根据IP地址的知识,位于Internet网络上的两台主机应该拥有独立的IP地址,现在两台主机的IP地址相同,如何区别?由此引入子网掩码的概念和子网划分。
2.5 仿真模拟教学法
TCP/IP网络协议是课程学习的重点,也是难点。采用传统的课堂教授方式,老师讲的费劲,学生学的吃力。利用抓包工具Ethereal来获取ARP、ICMP、TCP和UDP等数据封包,分析协议的二进制数据,清楚地讲述网络协议中的每个字节或者二进制位,消除学生对网络协议的陌生感。
2.6 专题研讨
为激发学生主动学习的热情,增加课堂教学参与度,针对网络中一些重要概念和热门应用设计专题研讨课,让学生发表其理解和观点,培养其思维的广阔性和深刻性。设置专题研讨案例见表3。
2.7 开放互动教学
信息学院计算机网络课题组制作的计算机网络教学网站为学生提供实时学习平台,教师把教学录像和教学资源传到学习网站,并为学生提供课后答疑。教师将办公地址、电话、手机、QQ号等个人资料公布给学生,以便学生随时与教师沟通。建立“计算机网络”QQ群,把课件、思考题和典型案例等上传到群共享里,供学生参考;学生之间、老师之间的互动交流也可以在QQ群中进行。此外可以把一部分求知欲较强的同学加为好友,随时在网上对学生的问题进行解答。
3 鼓励创新思维,改革考核方式
课程考核主要是考核学生对基本概念、基本理论的理解程度,对网络应用问题的分析和解决能力,以及创新思维能力。经过多年的教学经验总结,课程考核基本由以下3方面组成。
1)随堂测试。
为了督促和鼓励学生对课程的学习,每章结束后进行随堂测试,考核学生对课程内容的掌握情况,随时发现其在学习过程中存在的问题,及时调整教学方向。
2)综合实验。
设计综合实验,培养学生创新能力。学生自由组合,每组3~5人,选出组长,由组长进行实习任务分工。学生在完成任务后,组长对内容进行整合,提交相关代码及实验文档,并进行评审和答辩,答辩成绩计入期末总成绩。
3)期末笔试。
课程结束后,进行期末考试,对课程进行综合考核,考查学生对知识的掌握程度与能力水平。
4 加强激励机制,完善评价体系
4.1 对学生的评价
教学效果的评价不需要进行独立于教学过程的专门测验,在学习过程中随时观察并记录学生的表现,将评价融于学习过程本身,这种源于学习过程本身的评价有利于促进学生的自我监督和调节。对学生优秀作品进行展示,在班级做出表扬和评价,树立学习典范,同学之间互相交流经验。
4.2 对教师的评价
每学期要求学生提交2次教学反馈意见。通过意见反馈,教师可以及时发现学生在学习过程中存在的问题以及对教师教学方面的意见。这种方法在教学过程中得到了学生的认可,通过和学生的互动交流,及时发现问题,解决问题,总结经验,提高教学效果。
4.3 调查问卷
因地制宜,针对不同专业年级,在课程结束后制定不同的调查问卷,调查学生对该课程的内容设置、教学手段、教师授课方式及个人感受等方面的想法意见。通过对计算机专业、软件工程专业、信息管理专业和电子商务等4个专业进行跟踪调查分析,在学生中取得了较好地反响,也为今后的教学改革方向提供了强有力的依据。
5 结语
针对当前农林院校计算机网络课程教学过程中存在的问题,提出类比法、案例法、专题研讨等多种教学方法,激发了学生的学习兴趣,调动其学习积极性和主动性,学生对理论知识的掌握明显提高,对计算机网络的应用实践也有了进一步的认识。提出的动态立体的考核方式和评价体系提升了学生的课堂参与度,增强了师生间的交流,为进一步的教学改革方向提供有力依据。计算机网络课程改革是一个迫切而长期的过程,需要计算机网络教学工作者不断探索和思考。
参考文献:
[1]李华,一种计算机网络课的教学方法设计[J],计算机教育,2012(I):72-74
[2]樊红娟,靳宗信,从《计算机网络》课程浅谈案例教学[J],现代计算机,2012(6):31-32
网络课程的概念范文6
关健词:课程教学;教学内容;教学方法;教学手段
中图分类号:G642 文献标识码:B
计算机网络是计算机和通信两个领域的交叉学科,内容极为复杂,涉及到以错综复杂的方式彼此交织的许多概念、协议和技术,是一门公认较难讲和难学的课程,因此很多教师都致力于改进计算机网络课堂教学和实验教学方法。我院“计算机网络”课程是国防科大精品课程、湖南省精品课程以及国家精品课程。为此我们积极开展了“计算机网络”课程教学方法研究,并在教学实践中予以贯彻。
1教学内容
计算机网络课程涉及到众多的概念、原理、协议和技术,而且这些内容以错综复杂的方式彼此交织在一起。为应对计算机网络在内容上的广阔度和复杂度,许多计算机网络课程教学通常都是围绕网络分层模型来组织的。这种分层的组织方式使得学生能够看透计算机网络的复杂性――他们在学习整个体系结构中某部分的独特概念与协议的同时,也看清了这一层的概念和协议在整个网络系统中所处的地位和作用,有利于学生从总体上掌握计算机网络。
在此基础上,我们认为计算机网络课程的教学重点应该放在网络的基本概念、工作原理,而不应该局限各种协议数据格式以及技术细节上。计算机网络课程的重点主要包括:分层与协议、网络体系结构、ISO/OSI参考模型、TCP/IP参考模型、以太网、无线局域网、TCP/IP协议族(含ARP、IP、ICMP、UDP、TCP以及IP路由协议等)、Socket编程以及典型网络应用。计算机网络课程的难点主要包括:网络体系结构和参考模型、IP路由协议、TCP差错控制、流量控制和拥塞控制、TCP/IP协议族各层协议之间交互等等。我们在机械工业出版社出版的“计算机网络”(第2版)也充分体现了计算机网络课程教学的重点和难点。
2教学方法
2.1 “自底向上”与“自顶向下”相结合教学法
传统上,一般我们是按照自底向上的教学方法,即从网络的最底层(物理层)一直到最高层(应用层),依次介绍网络系统中每层的功能、使用的协议及其关键技术。但单纯按照自底向上的方法阐述计算机网络系统的基本概念和工作原理,学生缺乏对计算机网络整体上的把握,因此我们提出了“自底向上”和“自顶向下”相结合教学法。我们在计算机网络课程教学实施过程中,一方面采用自底向上逐层介绍计算机网络,同时还采用自顶向下的方法通过一些典型的网络应用(例如邮件发送和网页浏览等)来阐述计算机网络各层协议的工作原理及其交互过程。这种“自底向上”与“自顶向下”相结合教学法有利于学生在理解并掌握网络基本概念、工作原理和相关协议的同时,对网络系统的工作过程有整体上的把握,取得良好的教学效果。
2.2全景式教学法
针对计算机网络课程的特点,我们提出了全景式教学法。基于全景式教学法,学生可以从多个维度把握计算机体系结构,从多个平面了解计算机网络,从多个空间粒度上把握计算机网络技术,从宏观的时间角度把握计算机网络的演化和技术的进步,从微观的时间角度采用时空结合方法把握网络协议的设计,从工程、技术、科学和哲学层面全面把握计算机网络学科。运用“全景式教学”法不但能够收到良好的课堂效果,同时通过老师在课堂上的示例和方法的讲解,可以作为一种知识的学习方法,学生在未来的学习过程中同样可以用来比较快地把握新的网络技术的实质。
2.3案例教学法
为了加强学生对实际网络工作过程的了解,开阔学生的视野,在计算机网络课程的教学过程中,我们以中国教育科研网作为网络实例,讲解TCP/IP协议栈工作过程以及各种协议是如何交互的。在计算机网络课程的教学过程中,我们还经常将同轴电缆、光纤、以太网收发器、各种网卡、交换机、路由器等网络设备搬到课堂上,并现场组网;同时在课堂上现场给学生演示如何配置路由器和交换机,帮助学生更直观、更有效地了解和掌握交换机和路由器配置的原理和技术。更进一步地,充分利用科研优势,我们结合银河“玉衡”核心路由器、下一代互联网交换机等重点科研项目,将网络设备开发的思想与方法穿插到授课内容中。案例教学法一方面增加了加强学生对实际网络工作过程的了解,开阔了学生的视野;同时让学生了解如何做网络研究和开发工作的。
2.4自主研究式教学法
优秀的教师在教学中首先考虑的不是我想教什么,而是学生需要学什么。教的出发点和落脚点都是学,教师的教学始终围绕着学生的学习而开展。因此要求在教学过程中,让学生成为主角,掌握自己的学习,变被动为主动。为了加强学生创造性能力的培养,我们在讲授完计算机网络核心知识点后,即指定若干自主研究专题,要求学生组成研究小组(每组3~4人),利用因特网和图书馆查阅资料,结合自己所学知识,开展某个专题的自主性学习;最后要求学生将研究成果在课堂上报告,教员进行点评并计入总成绩。这种教学法极大地调动了学生的学习积极性,既培养了独立分析问题、解决问题的能力,又培养了学生的团队合作精神和创新精神,提高了学生的综合素质。
3教学手段
为了提高计算机网络课程教学效果,我们在不断创新教学方法的同时,不断改进教学手段。例如,在计算机网络课程教学过程中,我们采用Packet Tracer软件来模拟跟踪网络报文经过路由器和交换机之后各个字段所发生的变化,让学生直观地了解和掌握了路由器和交换机对网络报文处理的过程。另外,在教学手段方面除了引入多媒体教学方式外,我们还投入了大量人力、物力开发了计算机网络课程辅助教学系统-NetDemo。该系统以动画为主,结合文字和图片,将问题的提出、解决问题的方法以及具体协议的工作过程通过动画生动形象地展现出来,这样既提高了学生的学习兴趣,又提高了教学效果。多年的教学实践表明,使用辅助教学系统可以达到寓教于乐、事半功倍的效果。同时,动画形式极大地丰富了教学手段、活跃了课堂气氛,激发了学生主动思考和创造的热情。
在课程实验教学过程中,我们让学生用EtherPeek或Sniffer软件实时捕获各种网络报文并对捕获到的网络报文进行分析研究,使得学生更直观地理解掌握各种网络协议和报文。
为了提高实验室的利用效率,增强实验的效果,我们提前将NetSim模拟软件发给学生,先让学生在模拟软件NetSim上熟悉路由器和交换机的配置方法和过程,最后才让学生到实验室在真实的路由器和交换机上进行配置实验。这样既提高了实验设备的使用效率,同时也提高了学生实验的效果。
为了巩固学生对重难点内容的掌握,我们开发了一套“计算机网络试题库”并分发给所有学生使用,每学完一个章节,学生可以自主组题对所学内容进行测试,以验证知识点的掌握情况并加以巩固。
为了提高学生学习的主动性,方便学生的学习,我们积极构建网络教学环境,通过网络教学平台和交流平台课程的教学资料并进行网上答疑、作业上交与批改等,该平台业已成为学生们学习网络课程的好工具。
4结论
计算机网络作为计算机和通信两个领域的交叉学科,内容极为复杂。我们针对计算机网络课程的特点,在教学内容、教学方法和教学手段等方面进行了教学改革,成果显著。
参考文献
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