类比教学在计算机网络教学中的用法论文

  引言

  计算机网络是计算机科学与技术专业的一门必修课,也是其他工程学科的辅助课。通过学习,学生要掌握计算机网络技术方面的知识,如分层、多址接入、路由的概念及运输和协议等内容。教学中的实际情况是学生对网络协议和计算机底层配置这些内容不感兴趣。此外,由于教学内容含有大量的网络概念和术语,学生不易理解,也无法掌握这些概念和术语构成的知识框架,严重地阻碍了教学质量的提高。为了改善计算机网络的教学效果,笔者在课堂教学中引入了类比教学法,并结合日常生活中的实例,把抽象的理论、概念巧妙地转化为学生容易理解的生活现象,有效地改变了学生难学、教师难教的局面。

  1类比教学的意义

  通过学习计算机网络,学生要理解网络的基本概念、熟悉协议的实现细节,并会使用如数据包追踪和网络仿真等网络工具。类比教学能帮助学生理解深奥、复杂的教学内容,通过类比,学生更容易理解网络协议等概念,消除网络技术神秘感。类比是根据两个对象部分属性相似,推出这两个对象其他属性亦相似的一种推理方法。类比教学就是通过真实生活场景开发基本概念,使学生能够无障碍地理解网络课程中的基本概念。在计算机网络课程的教学过程中,笔者的做法就是先提出现实生活中的情景问题,学生以小组合作的方式制定解决方案,然后组织学生开展解决方案的课堂讨论,并将解决方案映射到技术领域。应用类比教学,一方面可以使学生最大限度地熟悉所学内容,克服面对复杂问题时出现的理解障碍,另一方面通过真实生活场景的关联,使学生提高学习抽象内容的兴趣,并化解理解障碍。

  2确定类比的步骤

  (1)确定与类比相关的网络概念。根据教学内容,分析学生已有的知识基础和生活经验,精心选择能进行类比的网络概念。(2)确定类比的有效性。通过类比对象和所学内容的比较,尽可能多地找出它们的相似点。类比对象要比所学内容简单,容易理解,这样的类比才是有效的。(3)建立类比关系。通过呈现问题情境,教师引导学生根据已有知识和经验建立类比关系,并对比新知识和已有知识的异同点。学生则通过类比发现已有知识与新知识的关联性,学习和理解新知识。

  3类比教学的应用实例

  类比教学过程包括:首先,教师给出现实生活中的场景,学生组成小组进行讨论,并根据场景提出问题的解决方案;然后,教师带领学生分析各种解决方案,并引导学生将解决方案映射到网络技术领域;最后,全班学生讨论每一小组提出方案中包含的实现信息,并由教师总结,形成相应的网络概念。3.1 根据场景提出解决方案计算机网络中有许多概念都与我们的现实生活息息相关,为了理解计算机网络为什么要分层和使用协议,我们引入首席执行官(CEO)场景来类比网络层次和TCP/IP协议。该场景如下:有 A和B两个公司,相距大约200km,A公司的首席执行官想把一个100页的文件给B公司的首席执行官,在文件传送中,存在以下限制条件:(1)没有电子邮件,没有传真机、电话和邮局,没有任何形式的现代通信工具;(2)唯一的通信手段是邮差;(3)邮差一次只能携带10页文件;(4)邮差没有诚信,他们可以携带文件退出而不必通知任何人。学生以4~6人组成学习小组开展合作,讨论教师提出的问题。教师提醒学生考虑文件传送过程中各个环节的问题,如传送文件前双方是否需要沟通,传送途中是否要保证信件不会遗失。学生在充分理解的基础上提出本小组的解决方案。3.2分析方案并且映射到技术领域学生提出解决方案以后,教师要组织学生对解决方案进行讨论,指出各解决方案中的优缺点,并最终确定“合适的”解决方案。对于CEO场景,教师做出如下规定:每一端都要配备秘书和收发员,通信双方的行为要遵守事先制定的规范。在此基础上确定的“合适的”解决方案应包含以下内容:CEO-A把数据文件D和CEO-B的名字给Sec-retary-A,其中还包括控制信息。Secretary-A找到 CEO-B的地址,拷贝数据文件D,生成10个数据包(每包10页),并且为每个数据包排序。Secretary-A和Secretary-B需要商定如何发送数据包和确认包的协议。Secretary-A 把每个包给 Dispatch-A 并等待Secretary-B的确认。在预先确定的时间内,如果一个包没有收到(比如说由于缺少邮差),Secretary-A 将创建另一个相同的包(复制D)并重新发送。确定了“合适的”解决方案后,教师引导学生将首席执行官(CEO)场景映射到相应的技术问题,即“IP网络与邮差相似都是不可靠的,如何保证在客户端-服务器端进行可靠的通信?”根据上面的表述,每个小组也把他们的解决方案映射到相应的技术方案,以实现可靠的端到端通信。3.3 通过讨论方案形成相应的网络概念学生对各小组的技术方案进行讨论,详细讨论其中的实现信息。教师对各小组提出的技术方案进行总结,找出这些技术方案的共同之处,并生成相应的网络概念。在CEO情景中,生成如下三个方面的概念。在邮政系统传递信件的过程中主要涉及三个子系统,即CEO子系统、秘书子系统、收发员子系统,通过类比,引出计算机网络也需要有类似的层次型的数据传输系统才能更加有效地传输数据,这个层次型系统就是依据“分层”的思想产生的。邮政各子系统之间在完成一个信件传送过程中必须遵守一定的约定,通过类比,引出计算机网络内部各功能层之间也要遵守相应的约定才能完成数据传输任务,这个约定在计算机网络中被称为“协议”。由于邮差不可靠,邮政系统中秘书子系统、收发员子系统都通过签收信件,确保信件传递正确,通过类比,引出网络内部也需要相应的功能层确保数据传输可靠,这样的功能层在计算机网络中被称为“可靠的TCP”服务。

  4类比教学的效果评价

  在近几年的计算机网络课程教学中,笔者一直致力于类比教学的实践,并将类比教学与传统教学的效果进行了比较,结果见表1。对比实验的两个班来自同一年级的同一专业,甲班为实施类比教学的班,乙班为未实施类比教学的班。从表1可以看出,采用类比教学的甲班,学生的考试平均成绩和及格率均高于未实施类比教学的乙班,说明实施类比教学的班整体水平要高于未实施类比教学的班。表中的标准差表明,实施了类比教学的班,成绩分布较均衡。这充分说明,在网络课程的教学中,类比教学能取得良好的教学效果。

  5结束语

  通过类比教学,学生不但学会了计算机网络的有关内容,而且还提高了综合素质,这主要表现在以下两个方面:一是学生能专注网络的核心概念,而无需注意琐碎的细节,并能根据类比的内容设计解决方案,建构新的概念;二是学生克服了学习新知识的理解障碍,增强了解决复杂技术问题时的自信心。

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