類比教學在計算機網絡教學中的用法論文

　　引言

　　計算機網絡是計算機科學與技術專業的一門必修課，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議等內容。教學中的實際情況是學生對網絡協議和計算機底層配置這些內容不感興趣。此外，由于教學內容含有大量的網絡概念和術語，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量的提高。為了改善計算機網絡的教學效果，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

　　通過學習計算機網絡，學生要理解網絡的基本概念、熟悉協議的實現細節，并會使用如數據包追蹤和網絡仿真等網絡工具。類比教學能幫助學生理解深奧、復雜的教學內容，通過類比，學生更容易理解網絡協議等概念，消除網絡技術神秘感。類比是根據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基本概念，使學生能夠無障礙地理解網絡課程中的基本概念。在計算機網絡課程的教學過程中，筆者的做法就是先提出現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容，克服面對復雜問題時出現的理解障礙，另一方面通過真實生活場景的關聯，使學生提高學習抽象內容的興趣，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絡概念。根據教學內容，分析學生已有的知識基礎和生活經驗，精心選擇能進行類比的網絡概念。(2)確定類比的有效性。通過類比對象和所學內容的比較，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。通過呈現問題情境，教師引導學生根據已有知識和經驗建立類比關系，并對比新知識和已有知識的異同點。學生則通過類比發現已有知識與新知識的關聯性，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，教師給出現實生活中的場景，學生組成小組進行討論，并根據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信息，并由教師總結，形成相應的網絡概念。3.1 根據場景提出解決方案計算機網絡中有許多概念都與我們的現實生活息息相關，為了理解計算機網絡為什么要分層和使用協議，我們引入首席執行官(CEO)場景來類比網絡層次和TCP/IP協議。該場景如下：有 A和B兩個公司，相距大約200km，A公司的首席執行官想把一個100頁的文件給B公司的首席執行官，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節的問題，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學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，教師做出如下規定：每一端都要配備秘書和收發員，通信雙方的行為要遵守事先制定的規范。在此基礎上確定的“合適的”解決方案應包含以下內容：CEO-A把數據文件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，拷貝數據文件D，生成10個數據包(每包10頁)，并且為每個數據包排序。Secretary-A和Secretary-B需要商定如何發送數據包和確認包的協議。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，如果一個包沒有收到(比如說由于缺少郵差)，Secretary-A 將創建另一個相同的包(復制D)并重新發送。確定了“合適的”解決方案后，教師引導學生將首席執行官(CEO)場景映射到相應的技術問題，即“IP網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，以實現可靠的端到端通信。3.3 通過討論方案形成相應的網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，并生成相應的網絡概念。在CEO情景中，生成如下三個方面的概念。在郵政系統傳遞信件的過程中主要涉及三個子系統，即CEO子系統、秘書子系統、收發員子系統，通過類比，引出計算機網絡也需要有類似的層次型的數據傳輸系統才能更加有效地傳輸數據，這個層次型系統就是依據“分層”的思想產生的。郵政各子系統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，引出計算機網絡內部各功能層之間也要遵守相應的約定才能完成數據傳輸任務，這個約定在計算機網絡中被稱為“協議”。由于郵差不可靠，郵政系統中秘書子系統、收發員子系統都通過簽收信件，確保信件傳遞正確，通過類比，引出網絡內部也需要相應的功能層確保數據傳輸可靠，這樣的功能層在計算機網絡中被稱為“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，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絡的有關內容，而且還提高了綜合素質，這主要表現在以下兩個方面：一是學生能專注網絡的核心概念，而無需注意瑣碎的細節，并能根據類比的內容設計解決方案，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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