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自动化专业《计算机网络》课程教学方法探讨

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0 引言

  21世纪是信息的时代,是科学技术和现代化生产快速发展的时代,机械代替人工逐渐占据主导地位。自动化技术要求逐渐提升,因此亟需革新自动化相关技术。随着计算机技术的快速发展,其中网络技术的革新,尤其是局域网技术的跨越式发展,使得自动化控制技术的应用更加广泛,例如铁路智能指挥调度系统、新型建筑的自动化综合系统、航空自动管制系统、全国电网智能监控系统、全国交通自动检测系统等。基于网络化的自动化技术应用得到广泛的扩展,不仅仅局限于工程控制中,比如一些非工程领域:医疗设备的综合自动化操控、人口密度在线网络自动化控制等。工业生产、企业办公、人民生活和农业种植自动化将成为新技术改革的重要内容,并得到迅速发展[1]。

  近年来,我国的工业技术处于不断改革中,网络化自动控制技术的发展既是技术革新的机遇,也是突破关键技术的挑战。与此同时,自动化生产企业也进一步提高了从业人员的录用标准[2]。因此,自动化专业的学生必须与时俱进,掌握更为专业的计算机网络技术,学习计算机网络的理论知识,更要熟练计算机网络的实践技术。自动化专业开设计算机网络课程显现出越来越大的必要性。目前,大多数高校自动化专业都把计算机网络课程作为必修课来讲授,但由于计算机技术日新月异,更新速度快,新理论、新技术、新标准、新服务层出不穷[3],这些都给计算机网络课程的教学工作带来了很大的难度[4]。这就要求教师团队,专业系等重新审视当前的课程体系,提高教学质量。

  1 自动化专业《计算机网络》教学现状

  目前,理论课程的教学大多数都是课堂讲授,课后作业相结合的方法。计算机网络理论知识抽象概念很多,比如计算机网络体系结构,包含了层次、功能、协议与接口等抽象的概念,内容枯燥乏味,很难激发起学生的兴趣。另外,计算机网络相关的知识、技术的快速发展,教学过程包含教学内容、讲课方法、实践训练等必须与网络的发展变化同步进行,致使教学过程中出现很多新的问题。

  1.1 网络体系结构的偏重点落后

  大家知道,TCP/IP已成为计算机网络的事实上的协议标准,尤其是Internet在世界范围的广泛发展,TCP/IP协议被广泛应用与网络技术,所以它的地位显而易见。而OSI(Open System Interconnect),即开放式系统互联,一般都叫OSI参考模型,是ISO(国际标准化组织)在1985年研究的网络体系结构。OSI参考模型并没有提供一个可以实现的方法,只是描述了一些概念,用来协调进程间通信标准的制定[5]。在OSI范畴内,只有在各类协议是可以被实现的且产品之间只有和OSI的协议一致才能互通。也即,OSI参考模型并非一个标准,而是一个在拟定标准时所使用的理论性的框架[5,6]。目前,一般的教材在介绍网络体系结构时,都是从OSI参考模型入手开始分析,再对比分析引出被公认的“事实上的标准”TCP/IP参考模型结构。这种方法虽从理论上理解起来,逻辑性较强,但基于实际应用,减弱了TCP/IP参考模型的重要性地位。因此,容易使得学生在课程学习结束后,还不太清楚网络的体系结构以及通信原理。

  1.2 理论教学较多,实验训练较少

  由于不是计算机专业的课程,往往是课时少,课程内容多。教师遵照所选教材的内容注重安排理论教学的任务。详细分析概念、原理,讲解通信过程,各种算法等。把综合性如此强的课程,更像是作为数学课讲授,结果就导致一个现象:老师讲得唾沫横飞,学生乏味无趣,心不在焉,教学效果差显而易见。实验课时分配太少,开设实验可以使学生将课堂知识与实践相结合,尤其是对工科的学生,动手能力是他们的强项。激发强项唤起兴趣,这样可以让学生更主动的理解和掌握计算机网络的基本原理、具体的通信机制、组网技术、网络应用等,辅助乏味的理论知识学习。

  1.3 重分层学习,轻综合实践

  大多数教材都是按照OSI体系结构由低到高分层介绍:物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层以及应用层[7]。每一层都下大工夫,大力度讲解,可以说是知无不言,言无不尽。当7层学习完成之后,再无下文。不能做到层与层联系整合起来,进行综合实验训练。这样,学生学完之后,对计算机网络体系结构的理解只能做到片面,无法全面地认识,更何谈得心应手地应用计算机网络。

  2 自动化专业《计算机网络》课程教学建议

  根据目前自动化专业《计算机网络》课程教学现状以及计算机网络知识在自动化专业的重要性,并结合教学实践,对此课程的教学方法提出一些较为可行的改进措施。

  2.1 网络体系结构以TCP/IP为重

  当今的大多数计算机系统都提供TCP/IP,支持IP的路由器几乎连接了所有的网络介质。TCP/IP是Internet的黏合剂,使得Internet能够覆盖全球。所以,讲授的时候,把TCP/IP参考模型作为重点阐述对象,借助范围广泛的Internet来辅助计算机网络技术的传授。建议以这样的思路讲解核心内容:发展史―主机网络层―互连层―传输层―应用层。以OSI参考模型为指导,穿插在中间,并以实验内容综合层与层之间的关系。

  2.2 理论结合实践,实践中穿插理论

  面向自动化专业工科背景强的学生,多动手,在实践中理解并总结理论是他们的强项。因此,课程安排6到8个实验内容,比如工业控制局域网的组建、交换机的配置和管理、路由器的配置管理、基于TCP协议的聊天程序的开发(串联演示、综合分析 TCP/IP网络的结构、功能和运行原理)、IP地址的分析和配置、模拟路灯网络管理系统的构建等等。还可以选择穿插一些著名公司,比如 Cisco、华为、Microsoft等在专业认证中所涉及的网络知识与核心技术,充分和实际应用紧密的联系在一起。这样,可以更大限度地激发学生的主动积极性,尤其是进一步的明白计算机网络对自动化专业的性质和地位。

  2.3 Internet时刻为学生服务

  计算机技术的快速发展,计算机硬件价格日趋低廉,基本上每个学生手里都有了计算机,包括智能手机、平板电脑。所以学生可以很方便的登陆Internet来查询教材上没有及时更新的前沿知识,提高学生的自学能力。教师可以课后布置网络在自动化控制中最前沿的话题,学生通过查询、调研、分析和理解掌握学科动态。让学生课堂作个小报告大家一起讨论,既活跃了课堂气氛,又了解了前沿知识。另一方面,可以通过学校的网络教学资源平台,建立计算机网络课程自学网站如图1所示。利用学生对网络的依赖心理,丰富课堂的内容。

  3 结语

  总之,自动化专业《计算机网络》课程教学方式的改革,应当与自动化的专业背景、学生的特点、计算机网络的发展动态相结合。通过对教学方式改革问题的深入思考,我们总结了一些参考的课程教学改革思路,并应用在教学实践中取得了一些教学效果。随着科学的进一步发展,计算机网络课程的教学仍需不断地与时俱进,对教学方法研究还需进一步的探讨。

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