基于仿真技術(shù)的民辦院校計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)模式創(chuàng)新研究

張宏升+鄒寧+王瀟

摘 要 針對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程內(nèi)容枯燥乏味、抽象難懂、實驗受限等特點，根據(jù)計算機(jī)仿真技術(shù)在教學(xué)中的研究現(xiàn)狀，先給出基于仿真技術(shù)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)模式的構(gòu)建思路和假設(shè)，以及該教學(xué)模式的構(gòu)建要素和策略，然后對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程進(jìn)行該教學(xué)模式的實施工作，經(jīng)過一個教學(xué)階段的試驗，根據(jù)學(xué)生的接受情況，最終形成實用的基于NS仿真技術(shù)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程；仿真技術(shù)；NS；民辦院校

中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）21-0008-03

1 在教學(xué)中應(yīng)用計算機(jī)仿真技術(shù)的研究背景

國外研究現(xiàn)狀 20世紀(jì)60年代，仿真技術(shù)的概念被提出。1961年，G.W.Morgenhtler首次對仿真一詞作了技術(shù)性的解釋，為之后仿真技術(shù)的研究提供了基本概念和動力。華盛頓大學(xué)和美國西屋科學(xué)基金在1994年開展了第一次流動教學(xué)計劃，開著裝置有電腦三維虛擬設(shè)備的流動教學(xué)車行駛在華盛頓，為中小學(xué)生接受三維動畫虛擬教學(xué)提供服務(wù)。采用這種教學(xué)模式，使教學(xué)過程更加直觀化和形象化，使學(xué)生參與教學(xué)能力得到提高。當(dāng)前，仿真教學(xué)已經(jīng)在國外軍事、會計類等課程中得到廣泛應(yīng)用，構(gòu)建適應(yīng)不同對象的模擬訓(xùn)練課程體系。這種仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用起步早、效果良好，值得借鑒。

國內(nèi)研究現(xiàn)狀 目前，仿真技術(shù)集中在電子電氣領(lǐng)域、數(shù)控設(shè)計領(lǐng)域，主要將其應(yīng)用于高端設(shè)計、重大工程。雖取得較好的成績，但這種仿真技術(shù)開發(fā)的軟件、程序十分復(fù)雜，不適宜教學(xué)使用。這種應(yīng)用是在實驗室、虛擬環(huán)境中進(jìn)行的。如浙江大學(xué)已經(jīng)將其應(yīng)用到建筑工程方面的教學(xué)中，利用其進(jìn)行虛擬規(guī)劃和虛擬設(shè)計。這種仿真技術(shù)的應(yīng)用對學(xué)生理論要求較高，不適合民辦大學(xué)教學(xué)使用。

這種教學(xué)是以簡單的技術(shù)應(yīng)用為主。天津中德中學(xué)在具體教學(xué)實踐中，以虛擬儀器為基礎(chǔ)，在設(shè)備故障診斷教學(xué)中采用仿真技術(shù)。這種教學(xué)單方面注重學(xué)生對虛擬儀器的具體操作，缺乏對學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識的指導(dǎo)。

民辦院校教育要合理處理學(xué)歷教育和職業(yè)教育的關(guān)系，更好地滿足高等教育大眾化的要求，必須以培養(yǎng)社會需求的應(yīng)用型人才為主。結(jié)合時代發(fā)展，要求計算機(jī)類課程的教學(xué)必須滿足新時代應(yīng)用型人才培養(yǎng)的條件，而應(yīng)用型人才的培養(yǎng)注重的是知識的高效管理和應(yīng)用的特點，這就要求目前應(yīng)做的重點工作是計算機(jī)類課程的應(yīng)用。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程作為計算機(jī)專業(yè)的必修課，突破了現(xiàn)有的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)模式，通過使用仿真技術(shù)達(dá)到更好的教學(xué)效果，從而加速計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程由學(xué)到用的演變過程。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，如何改革民辦高校的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)模式，研究創(chuàng)新型高效教學(xué)的理念與策略，就顯得十分迫切與必要。

2 基于仿真技術(shù)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)模式構(gòu)建

該教學(xué)模式的研究思路 本文從陜西省幾所重點民辦院校實際需求出發(fā)，結(jié)合調(diào)查分析計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)現(xiàn)狀，從計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)的實證、實例入手，提出基于仿真技術(shù)教學(xué)的主要要素和提升策略，進(jìn)而形成一套完整、可行且適合民辦院校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)模式改革策略。

該教學(xué)模式的研究假設(shè) 民辦大學(xué)的學(xué)生計算機(jī)基礎(chǔ)知識欠缺，采取傳統(tǒng)的教學(xué)方法顯然不能夠滿足目前的教學(xué)要求。經(jīng)調(diào)查，學(xué)生對現(xiàn)行的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)方式已產(chǎn)生一些不滿意的情緒，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)的改革勢在必行。基于以上兩點原因，提出改革計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)方式的假設(shè)：1）計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程“仿真”教學(xué)與學(xué)生可接受程度之間的關(guān)系；2）計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程“仿真”教學(xué)與學(xué)生興趣之間的關(guān)系；3）計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程“仿真”教學(xué)與學(xué)生獨立學(xué)習(xí)之間的關(guān)系；4）計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程“仿真”教學(xué)與各民辦大學(xué)對這種教學(xué)改革支持力度之間的關(guān)系。

該教學(xué)模式的構(gòu)建

1）根據(jù)學(xué)生的接受能力和課程的培養(yǎng)目標(biāo)，選擇效果較好的仿真技術(shù)。NS（NetworkSimulator，網(wǎng)絡(luò)仿真器）源于1989年美國加州大學(xué)伯克利分校開發(fā)的REAL網(wǎng)絡(luò)模擬器，REAL能夠為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議機(jī)算法提供更好的環(huán)境，在對各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)和體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬時更加輕松。

2）仿真技術(shù)在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中應(yīng)用的主要教學(xué)要素和教學(xué)策略。

①教學(xué)要素。針對課堂教學(xué)和實驗教學(xué)中師生的良好溝通過程，提出教學(xué)過程中的三大要素：教師、學(xué)生和教學(xué)資源。

②教學(xué)策略。

課堂教學(xué)3種策略。a.理論—仿真的“實例式”教學(xué)策略：教師將一些抽象的概念仿真為多媒體信息，使學(xué)生迅速理解概念。b.問題—探討的“探究式”教學(xué)策略：教師提供問題，之后積極引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行獨立思考、提問，并且對知識進(jìn)行延伸和拓展，在教學(xué)中需要發(fā)揮學(xué)生的主體作用，創(chuàng)建一個平等教學(xué)空間。c.課題—研究的“研究性”教學(xué)策略：教師設(shè)置一個有難度的主動探究課題，通過引導(dǎo)，使學(xué)生進(jìn)行自主探究學(xué)習(xí)。

實驗教學(xué)3種策略。a.仿真—實操的“循環(huán)式”教學(xué)策略：教師教與學(xué)生學(xué)，在仿真推演—實際操作—發(fā)現(xiàn)問題—再次推演仿真的循環(huán)過程中完成。b.故障—分析的“發(fā)現(xiàn)式”教學(xué)策略：學(xué)生能夠在故障中進(jìn)行學(xué)習(xí)，是培養(yǎng)學(xué)生研究能力、完成知識發(fā)現(xiàn)的一種學(xué)習(xí)方式。c.自學(xué)—指導(dǎo)的“啟發(fā)式”教學(xué)模式：是在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生獨立進(jìn)行學(xué)習(xí)的模式。

依據(jù)教學(xué)過程中提出的三大要素，使用提出的教學(xué)策略開展教學(xué)，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與積極性，并有效結(jié)合仿真技術(shù)NS，獲得最佳的教學(xué)效果，從而形成最適合本地區(qū)民辦大學(xué)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的仿真教學(xué)模式。

3 基于仿真技術(shù)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)模式的實施

根據(jù)學(xué)生、專業(yè)、學(xué)校的差異，結(jié)合計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程本身抽象難懂、實踐性強(qiáng)的特性，依據(jù)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的培養(yǎng)目標(biāo)、各個層次學(xué)生的能力以及不同專業(yè)對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)目標(biāo)要求的不同，運(yùn)用仿真技術(shù)，結(jié)合上面所提出的教學(xué)模式的要素和策略，實施該課程的仿真教學(xué)模式。

課堂教學(xué)的實施 在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中設(shè)計的概念十分多，在進(jìn)行具體教學(xué)時，學(xué)生普遍反映網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與各層的協(xié)議的工作原理很難掌握。及時采用多媒體課件教學(xué)，學(xué)生依然感覺教學(xué)工作十分空洞，對知識難以全面進(jìn)行把握。如在實踐教學(xué)工作中進(jìn)行載波監(jiān)聽多路訪問/碰撞檢測教學(xué)工作時，雖然通過多媒體教學(xué)技術(shù)能夠進(jìn)行演示，在課程結(jié)束之后，學(xué)生表示可以明白沖突檢測和退避策略，但是采用這一技術(shù)究竟會對整個局域網(wǎng)造成什么的影響，學(xué)生的了解并不是很清晰。如果在進(jìn)行教學(xué)中使用NS進(jìn)行實際網(wǎng)絡(luò)模擬，不僅會使教學(xué)工作更加生動、形象，而且能夠極大提高學(xué)生對學(xué)習(xí)知識的理解程度，提高學(xué)生利用所學(xué)知識分析、解決實際問題的能力。

又比如在NS中提供了各種改進(jìn)的TCP版本的協(xié)議，其中包括TCP慢啟動、擁塞避免以及快速重傳和快速回復(fù)機(jī)制。在課堂教學(xué)過程中，可以通過利用NAM觀看數(shù)據(jù)報文和ACK報文的發(fā)送過程，使學(xué)生能夠觀察動畫窗口，同時能夠通過監(jiān)視窗口了解當(dāng)前數(shù)據(jù)庫報文和ACK報文的序號、窗口的大小以及隊列的長度等信息。在教學(xué)中，教師可以對仿真結(jié)果進(jìn)行分析，通過圖標(biāo)的形式對不同版本的協(xié)議進(jìn)行比較，使學(xué)生更加了解協(xié)議的工作原理。

實驗教學(xué)的實施 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)僅僅依靠課堂教學(xué)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足的，因此將實驗室教學(xué)工作作為補(bǔ)充。根據(jù)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的性質(zhì)和教學(xué)要求，主要的實驗課程內(nèi)容包括網(wǎng)線制作、局域網(wǎng)組建以及網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的配置等，這些實驗都會受到實驗條件的限制。因此，在進(jìn)行具體實驗時，可以在實驗中安排一些仿真實驗，一方面可以有效彌補(bǔ)教學(xué)實驗條件不足的問題，另一方面可以使學(xué)生通過實驗對所學(xué)的理論知識進(jìn)行驗證。

實驗教學(xué)工作的步驟一般包括實驗準(zhǔn)備、實驗內(nèi)容安排、實驗過程、實驗結(jié)果分析與實驗報告。在實驗教學(xué)中，由于選擇NS以及不同學(xué)生呈現(xiàn)出來的不同特質(zhì)，教師必須提前對實驗進(jìn)行充分準(zhǔn)備。在實驗中涉及的NS模塊、相關(guān)協(xié)議參數(shù)以及實驗步驟等內(nèi)容，都需要詳細(xì)體現(xiàn)在實驗指導(dǎo)書中。在實驗中，針對不同學(xué)生的不同情況，可以指導(dǎo)學(xué)生將NS安裝到他們的實驗器械上，這樣可以方便學(xué)生在課外進(jìn)行實驗。在安排實驗內(nèi)容時，可以指導(dǎo)學(xué)生利用NS搭建網(wǎng)絡(luò)仿真平臺，直觀了解各協(xié)議行為，洞察其工作模

式；還可以通過改變其協(xié)議參數(shù)，使學(xué)生認(rèn)識到不同因素對網(wǎng)絡(luò)帶來的不同影響。

如在教學(xué)中，當(dāng)完成網(wǎng)絡(luò)互連課程教學(xué)時，教師可以指導(dǎo)學(xué)生建立一個基于NS的網(wǎng)絡(luò)，并且積極了解不同路由協(xié)議的工作原理，還可以引導(dǎo)學(xué)生對各種路由協(xié)議的性能指標(biāo)進(jìn)行對比研究。在進(jìn)行實驗教學(xué)時，可以將全班學(xué)生劃分為不同的學(xué)習(xí)小組，將學(xué)習(xí)好的學(xué)生指定為小組長，帶領(lǐng)學(xué)生根據(jù)實驗指導(dǎo)書的內(nèi)容共同完成實驗教學(xué)任務(wù)。在完成教學(xué)實驗之后，要求小組對實驗結(jié)果進(jìn)行認(rèn)真分析和討論，并撰寫實驗報告。

通過一個學(xué)期的實施，進(jìn)行統(tǒng)計、分析調(diào)查結(jié)果；對仿真教學(xué)要素進(jìn)行分析；針對課堂教學(xué)和實驗教學(xué)中師生的良好溝通過程，提出教學(xué)過程中三大要素，即教師、學(xué)生和教學(xué)資源，有助于確定出建立教師、學(xué)生和教學(xué)資源三者之間良好的交互關(guān)系的基于NS仿真技術(shù)教學(xué)軟件的可靠性和有效性。經(jīng)過一個教學(xué)階段的試驗，根據(jù)學(xué)生的接受情況，最終形成實用的、基于NS仿真技術(shù)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)模式。

4 基于仿真技術(shù)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)模式的創(chuàng)新

1）鑒于仿真教學(xué)的快速發(fā)展，在計算機(jī)課程中應(yīng)用這一技術(shù)是必然的趨勢，但就我國現(xiàn)狀來看，主要應(yīng)用側(cè)重于國內(nèi)重點公辦大學(xué)及部分高職高專的個別專業(yè)，以民辦院校為對象進(jìn)行研究和應(yīng)用這一技術(shù)的教學(xué)模式較少。本課題正是以此為切入點，使得這一教學(xué)模式的發(fā)展更加全面。

2）在教學(xué)中以課程培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向，把仿真技術(shù)與學(xué)生的理論學(xué)習(xí)和實踐學(xué)習(xí)相結(jié)合，讓學(xué)生快速理解抽象的理論知識，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，并運(yùn)用于實際工作中，做到活學(xué)活用。

5 小結(jié)

在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中，如何在教學(xué)活動中真實地展現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)場景，實施網(wǎng)絡(luò)行為，使教學(xué)課堂更加生動，使教學(xué)形式更加活潑，進(jìn)而提高學(xué)生在學(xué)習(xí)中的積極性和主動性，是當(dāng)前計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)的重點。通過文中的分析發(fā)現(xiàn)，將NS仿真器和其開放接口應(yīng)用在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中，使其作為一種輔助教學(xué)工具，通過與相應(yīng)的教學(xué)方法相結(jié)合，能夠取得更好的教學(xué)效果，革除傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端。同時對教師提出更多挑戰(zhàn)，一方面要求教師必須能夠熟練使用NS開發(fā)體系；另一方面要求其在教學(xué)中必須選擇合適的案例，并且在具體教學(xué)環(huán)節(jié)中要堅持循序漸進(jìn)的原則，如此才能取得更好的教學(xué)效果。

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