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類比教學在計算機網(wǎng)絡教學中的用法論文
引言
計算機網(wǎng)絡是計算機科學與技術專業(yè)的一門必修課，也是其他工程學科的輔助課。通過學習，學生要掌握計算機網(wǎng)絡技術方面的知識，如分層、多址接入、路由的概念及運輸和協(xié)議等內(nèi)容。教學中的實際情況是學生對網(wǎng)絡協(xié)議和計算機底層配置這些內(nèi)容不感興趣。此外，由于教學內(nèi)容含有大量的網(wǎng)絡概念和術語，學生不易理解，也無法掌握這些概念和術語構成的知識框架，嚴重地阻礙了教學質(zhì)量的提高。為了改善計算機網(wǎng)絡的教學效果，筆者在課堂教學中引入了類比教學法，并結合日常生活中的實例，把抽象的理論、概念巧妙地轉化為學生容易理解的生活現(xiàn)象，有效地改變了學生難學、教師難教的局面。
1類比教學的意義
通過學習計算機網(wǎng)絡，學生要理解網(wǎng)絡的基本概念、熟悉協(xié)議的實現(xiàn)細節(jié)，并會使用如數(shù)據(jù)包追蹤和網(wǎng)絡仿真等網(wǎng)絡工具。類比教學能幫助學生理解深奧、復雜的教學內(nèi)容，通過類比，學生更容易理解網(wǎng)絡協(xié)議等概念，消除網(wǎng)絡技術神秘感。類比是根據(jù)兩個對象部分屬性相似，推出這兩個對象其他屬性亦相似的一種推理方法。類比教學就是通過真實生活場景開發(fā)基本概念，使學生能夠無障礙地理解網(wǎng)絡課程中的基本概念。在計算機網(wǎng)絡課程的教學過程中，筆者的做法就是先提出現(xiàn)實生活中的情景問題，學生以小組合作的方式制定解決方案，然后組織學生開展解決方案的課堂討論，并將解決方案映射到技術領域。應用類比教學，一方面可以使學生最大限度地熟悉所學內(nèi)容，克服面對復雜問題時出現(xiàn)的理解障礙，另一方面通過真實生活場景的關聯(lián)，使學生提高學習抽象內(nèi)容的興趣，并化解理解障礙。
2確定類比的步驟
(1)確定與類比相關的網(wǎng)絡概念。根據(jù)教學內(nèi)容，分析學生已有的知識基礎和生活經(jīng)驗，精心選擇能進行類比的網(wǎng)絡概念。(2)確定類比的有效性。通過類比對象和所學內(nèi)容的比較，盡可能多地找出它們的相似點。類比對象要比所學內(nèi)容簡單，容易理解，這樣的類比才是有效的。(3)建立類比關系。通過呈現(xiàn)問題情境，教師引導學生根據(jù)已有知識和經(jīng)驗建立類比關系，并對比新知識和已有知識的異同點。學生則通過類比發(fā)現(xiàn)已有知識與新知識的關聯(lián)性，學習和理解新知識。
3類比教學的應用實例
類比教學過程包括：首先，教師給出現(xiàn)實生活中的場景，學生組成小組進行討論，并根據(jù)場景提出問題的解決方案;然后，教師帶領學生分析各種解決方案，并引導學生將解決方案映射到網(wǎng)絡技術領域;最后，全班學生討論每一小組提出方案中包含的實現(xiàn)信息，并由教師總結，形成相應的網(wǎng)絡概念。3.1 根據(jù)場景提出解決方案計算機網(wǎng)絡中有許多概念都與我們的現(xiàn)實生活息息相關，為了理解計算機網(wǎng)絡為什么要分層和使用協(xié)議，我們引入首席執(zhí)行官(CEO)場景來類比網(wǎng)絡層次和TCP/IP協(xié)議。該場景如下：有 A和B兩個公司，相距大約200km，A公司的首席執(zhí)行官想把一個100頁的文件給B公司的首席執(zhí)行官，在文件傳送中，存在以下限制條件：(1)沒有電子郵件，沒有傳真機、電話和郵局，沒有任何形式的現(xiàn)代通信工具;(2)唯一的通信手段是郵差;(3)郵差一次只能攜帶10頁文件;(4)郵差沒有誠信，他們可以攜帶文件退出而不必通知任何人。學生以4～6人組成學習小組開展合作，討論教師提出的問題。教師提醒學生考慮文件傳送過程中各個環(huán)節(jié)的問題，如傳送文件前雙方是否需要溝通，傳送途中是否要保證信件不會遺失。學生在充分理解的基礎上提出本小組的解決方案。3.2分析方案并且映射到技術領域?qū)W生提出解決方案以后，教師要組織學生對解決方案進行討論，指出各解決方案中的優(yōu)缺點，并最終確定“合適的”解決方案。對于CEO場景，教師做出如下規(guī)定：每一端都要配備秘書和收發(fā)員，通信雙方的行為要遵守事先制定的規(guī)范。在此基礎上確定的“合適的”解決方案應包含以下內(nèi)容：CEO-A把數(shù)據(jù)文件D和CEO-B的名字給Sec-retary-A，其中還包括控制信息。Secretary-A找到 CEO-B的地址，拷貝數(shù)據(jù)文件D，生成10個數(shù)據(jù)包(每包10頁)，并且為每個數(shù)據(jù)包排序。Secretary-A和Secretary-B需要商定如何發(fā)送數(shù)據(jù)包和確認包的協(xié)議。Secretary-A 把每個包給 Dispatch-A 并等待Secretary-B的確認。在預先確定的時間內(nèi)，如果一個包沒有收到(比如說由于缺少郵差)，Secretary-A 將創(chuàng)建另一個相同的包(復制D)并重新發(fā)送。確定了“合適的”解決方案后，教師引導學生將首席執(zhí)行官(CEO)場景映射到相應的技術問題，即“IP網(wǎng)絡與郵差相似都是不可靠的，如何保證在客戶端-服務器端進行可靠的通信?”根據(jù)上面的表述，每個小組也把他們的解決方案映射到相應的技術方案，以實現(xiàn)可靠的端到端通信。3.3 通過討論方案形成相應的網(wǎng)絡概念學生對各小組的技術方案進行討論，詳細討論其中的實現(xiàn)信息。教師對各小組提出的技術方案進行總結，找出這些技術方案的共同之處，并生成相應的網(wǎng)絡概念。在CEO情景中，生成如下三個方面的概念。在郵政系統(tǒng)傳遞信件的過程中主要涉及三個子系統(tǒng)，即CEO子系統(tǒng)、秘書子系統(tǒng)、收發(fā)員子系統(tǒng)，通過類比，引出計算機網(wǎng)絡也需要有類似的層次型的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)才能更加有效地傳輸數(shù)據(jù)，這個層次型系統(tǒng)就是依據(jù)“分層”的思想產(chǎn)生的。郵政各子系統(tǒng)之間在完成一個信件傳送過程中必須遵守一定的約定，通過類比，引出計算機網(wǎng)絡內(nèi)部各功能層之間也要遵守相應的約定才能完成數(shù)據(jù)傳輸任務，這個約定在計算機網(wǎng)絡中被稱為“協(xié)議”。由于郵差不可靠，郵政系統(tǒng)中秘書子系統(tǒng)、收發(fā)員子系統(tǒng)都通過簽收信件，確保信件傳遞正確，通過類比，引出網(wǎng)絡內(nèi)部也需要相應的功能層確保數(shù)據(jù)傳輸可靠，這樣的功能層在計算機網(wǎng)絡中被稱為“可靠的TCP”服務。
4類比教學的效果評價
在近幾年的計算機網(wǎng)絡課程教學中，筆者一直致力于類比教學的實踐，并將類比教學與傳統(tǒng)教學的效果進行了比較，結果見表1。對比實驗的兩個班來自同一年級的同一專業(yè)，甲班為實施類比教學的班，乙班為未實施類比教學的班。從表1可以看出，采用類比教學的甲班，學生的考試平均成績和及格率均高于未實施類比教學的乙班，說明實施類比教學的班整體水平要高于未實施類比教學的班。表中的標準差表明，實施了類比教學的班，成績分布較均衡。這充分說明，在網(wǎng)絡課程的教學中，類比教學能取得良好的教學效果。
5結束語
通過類比教學，學生不但學會了計算機網(wǎng)絡的有關內(nèi)容，而且還提高了綜合素質(zhì)，這主要表現(xiàn)在以下兩個方面：一是學生能專注網(wǎng)絡的核心概念，而無需注意瑣碎的細節(jié)，并能根據(jù)類比的內(nèi)容設計解決方案，建構新的概念;二是學生克服了學習新知識的理解障礙，增強了解決復雜技術問題時的自信心。
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