本站原创摘 要：TCP/IP协议是计算机网络工程专业的专业基础课,在应用型本科计算机网络工程专业课程体系中处于非常重要的地位.文章从课程定位与目标、教学内容规划、教材的选用、实验内容设计、教学团队建设、教学方法与教学管理的改进等方面进行研究,同时介绍在教学实施过程中取得的效果.
关 键 词：网络工程；TCP/IP协议；课程建设；教学改革
文章编号：1672-5913（2013）14-0042-04中图分类号：G642
TCP/IP协议是高校计算机网络工程专业的专业基础课,是计算机网络学科领域和网络工程专业人才应具备的理论基础,在网络工程专业课程体系中处于重要地位.该课程是高级路由与交换、网络性能测试与分析、网络通信程序设计、网络信息安全等课程的前导课程,如果学习不好会直接影响网络工程专业学生学习后续专业课的兴趣和信心,从而影响整个课程体系的教学质量.然而,TCP/IP协议课程内容以各类通信协议为主,教学过程中容易出现以下问题：学生感到内容抽象和枯燥,似懂非懂、不好理解；网络技术的飞速发展易使理论与实际脱节,学生以为在实际工作中用处不大；实验环节设计不够合理,难以发挥应有作用.笔者针对长春大学计算机科学技术学院网络工程专业多年来在TCP/IP协议课程的建设和教学改革过程中积累的一些微薄经验加以总结,供广大教师同行切磋探讨.
1课程定位与目标
TCP/IP协议是网络工程专业的一门专业基础课,而且是必修课,是在本专业学生已有的计算机网络知识基础上进一步学习研究互联网的核心技术,以提高和加深学生的理论深度和实践水平.通过该课程的教学,教师引导学生逐步理解因特网的网络体系结构――事实上的国际标准TCP/IP,理解多个异构物理网络如何能够互连在一起,互连网络协议如何协调工作,应用程序如何使用互连网络系统,数据如何从一个应用进程传输到另一个应用进程.学生可以了解到Intemet的许多技术细节和前沿热点,掌握TCP/IP协议族的结构,掌握TCP/IP协议族中各子协议的结构和功能,重点掌握ARP协议、IP协议、UDP协议和TCP协议等相关理论知识.该课程的学习将为下一步的专业学习和计算机网络相关的应用、设计和开发工作打下必要且坚实的基础.
2课程建设与改革探索
2.1教学内容规划及教材的选用
按照TCP/IP协议课程的定位与目标,依据教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会编写的《高等学校网络工程专业规范（试行）》,结合长春大学培养应用型本科网络工程专业人才的定位和学生的实际情况,将该课程规划为48学时,其中理论课38学时,实验课10学时.该课程是网络工程专业学生在学完计算机网络课程后进一步深入学习和掌握计算机网络理论的进阶课程,主要内容包括底层物理网络技术、ARP协议、IPv4编址技术、IP辅助协议、单播路由选择协议、UDP协议、TCP协议、SCTP协议、应用层协议和IPv6相关协议等.教材选用的是清华大学出版的《TCP/IP协议族（第4版）》,由BehrouzA.Forouzan著,王海、张娟等译.该教材为世界著名的计算机经典教材,曾荣获“第八届全国高校出版社优秀畅销书一等奖”.该教材大量运用图文并茂的方法讲述技术性很强的内容,重点突出、实例丰富.我们从该教材第二版开始使用一直到目前的第四版,效果较好.该课程的具体理论课讲授学时规划如下：
（1）引言（概论）部分占2学时,主要讲授Intemet简史、协议和标准、因特网标准、因特网管理机构,适当扩展一些互联网的前沿和热点技术以激发学生对该课程的兴趣,使学生了解Intemet历史,理解并掌握协议和标准概念,了解标准创建委员会,掌握RFC的成熟度.
（2）OSI模型和TCP/IP协议族部分占2学时,主要讲授OSI模型、TCP/IP协议族,使学生掌握数据通信和组网中多层结构的思想以及层与层之间的相互关系,掌握OSI模型中每一层的功能,掌握TCP/IP协议族与OSI模型的差异和特点.
（3）底层技术部分占2学时,主要讲授有线局域网技术、无线局域网技术、广域网技术和常用互连设备,使学生掌握有线局域网中占主导地位的以太网技术理论知识,包括传统以太网、快速以太网等,了解无线局域网技术、蓝牙技术、点到点广域网技术.
（4）IP编址部分占4学时,主要讲授IP编址的方法、地址的种类、分类地址、分类地址互联网划分实例、划分子网的方法、无分类编址、构成超网的方法,使学生理解IPv4编址思想以及如何在分类编址中实现,掌握分类结构中的划分子网的方法以及构造超网和无分类编址方法.
（5）IP分组交付和路由选择部分占2学时,主要讲授面向连接和无连接、直接交付与间接交付、路由选择的类型,使学生理解面向连接和无连接的区别,直接交付与间接交付的区别,掌握路由器结构和路由选择的类型.
（6）网际协议（IPv4）部分占4学时,主要讲授IP数据报首部、分片、选项、检验和IP软件包设计,使学生理解IP协议的总体思想,掌握IP数据报的一般格式、首部中各个字段的名称和意义,掌握IP数据报的分片和重装,理解IP数据报首部中检验和计算方法以及IP协议软件设计算法.
（7）地址解析协议（ARP）部分占2学时,主要讲授地址映射、ARP协议、ATMARP、ARP软件包设计,使学生掌握ARP的基本原理、ARP数据包格式和各字段意义、了解ARP存在的问题和缺陷、了解RARP的用途.
（8）网际控制报文协议（ICMP）部分占2学时,主要讲授ICMP报文类型、ICMP报文格式、排错工具的原理和用法、ICMP软件包设计原理,使学生掌握ICMP报文的分类及格式、Ping和Traceroute的用法和工作原理,理解ICMP协议软件设计思路.
（9）移动IP部分占2学时,该节内容较新,主要讲授移动IP编址、归属写作技巧、外地写作技巧、移动主机通信的3个阶段、移动IP的低效率,使学生了解移动IP通信的相关基础、存在的问题与解决方案.（10）用户数据报协议（UDP）部分占2学时,主要讲授UDP用户数据报、UDP的怎么写作和应用、UDP软件包设计算法,使学生掌握UDP报文格式及各字段意义,了解检验和的基本概念和计算方法、UDP协议软件实现思路.
（11）传输控制协议（TCP）占6学时,主要讲授TCP怎么写作类型与特点、TCP报文段首部格式、连接控制、流量控制、差错控制、拥塞控制、TCP软件包设计思路,介绍流控制传输协议SCTP,使学生掌握TCP的报文格式,理解TCP的怎么写作类型、滑动窗口的概念、流量控制和差错控制的方法、TCP的传输机制、TCP协议软件实现思路,了解SCTP协议.
（12）单播路由协议部分占2学时,主要讲授RIP、OSPF和BGP,使学生理解自治系统的概念,掌握距离向量和链路状态路由选择协议特点,重点掌握RIP、OSPF、BGP的原理及应用.
（13）应用层协议部分占4学时,主要讲授客户一怎么写作器范式、DHCP、域名系统DNS、远程登录、文件传送协议、万维网、电子邮件、网络管理SNMP等应用层协议,使学生理解常用应用层协议的基本原理和用途.
（14）IPv6协议部分占2学时,主要讲授IPv6编址、分组格式、IPv4到IPv6的过渡技术,使学生掌握IPv6地址记法、3种地址类型、过渡技术,了解IPv6分组格式和优越性.
教学内容以大纲和教材为基础,适当结合和扩充一些较新的技术热点,尽量做到理论联系实际.学生普遍认为课程内容设置较合理,易于理解和接受,对该课程的学习兴趣较高.
2.2实验内容的设计
经过多年的实践与改进,目前长春大学计算机科学技术学院TCP/IP协议课程共规划了5个实验（10学时）,分别为IP协议分析、ARP地址解析协议分析、ICMP协议分析与应用、UDP用户数据报协议分析、TCP传输控制协议分析.每个实验都包括基础实验、进阶实验、思考、创新设计4个环节,主要内容见表1.
实验课内容由TCP/IP协议课程组教师精心组织和设计,已充分考虑到课程的重、难点以及后续课程学习的需求.实验目的要保证清晰明确,这对学生做实验至关重要.实验内容分为基础和进阶两段,好处是基础实验操作简单,容易实现,增进了一些基础较差学生的信心与兴趣,更方便进一步在其基础上完成进阶实验内容.每个实验都设置了几个让学生思考的问题,使学生发现不足、开拓思路.完成以上几项内容,该实验目的就基本达到.创新设计环节则是对学生提出的更高要求,对学生理论联系实际、创新和学以致用提供了发挥空间.该实验规划考虑到了不同层次的学生情况,从实验课指导和实验报告提交情况来看也基本达到了课程组的预期目标.
2.3教学团队建设
优秀的课程和实验资源离不开教师的讲授,课程建设与改革需要建设一支高水平的教学团队.TCP/IP协议课程教学团队由5名教师组成,是一支长期从事本课程及相关课程教学的“双师型”队伍（取得了如CCNA、RCNA、CCNP等业界著名的网络厂商认证）.职称结构为副教授2人、讲师3人,学历结构为博士1人、硕士4人.团队成员都是中青年教师,接受和更新知识能力强,经常参加各种技术培训与学术交流,参与企业公司的网络工程项目和实验室建设,具备扎实的理论基础和丰富的工程经验,在教学过程中对重点把握到位,理论与实践融会贯通.课程组还定期召开教学研讨会,交流在课程讲授过程中的心得和问题；每学期都组织互听课,相互学习并指出不足.教学团队成员的讲课水平不断提高,在学生评教测评中成绩突出,深受学生欢迎.近几年来课程组成员承担和完成各级教学质量工程项目9项,其中省级5项、校级4项,公开发表教学论文7篇,建设省级优秀课一门,并荣获2012年校级优秀教学团队称号.
2.4教学方法与教学管理的改进
教学团队业务水平进步的同时,教学方法和教学管理也应不断地改进,先进的教学方法与科学的教学管理必然获得更好的教学效果.本文主要就以下方面进行探讨.
（1）发挥多媒体优势,扬长避短.现在多媒体授课已经在高校普及,多媒体课件图文并茂、信息量大,但是也有弊端.在多媒体教室授课的教师很难离开控制台,一边讲课一边控制电脑的过程容易忽略与学生的交流,一些形象的肢体语言也无暇表达.很多学生感觉教师缺少了传统黑板讲课的潇洒.教师使用有无线翻页功能的激光笔就可以基本解决这个问题.这样教师可以走下控制台,来到学生中间,无形中便拉近了与学生的距离,教师与学生更容易交互和沟通,课堂气氛会更加轻松融洽.制作课件时,能用动画演示的尽量不用图,能用图表达的尽量不用文字.比如讲解数据从一台计算机的进程传送到另一台计算机进程时,用动画的形式来演示一下会更容易理解.
（2）用好Wffeshark和PacketRacer工具辅助教学.TCPdP协议课程中有大量的协议,协议数据单元到底是什么样子?单纯靠语言讲述效果是有限的.若利用协议分析工具Wireshark现场抓包、现场分析,讲解效果会直观且容易理解.PacketTracer是由Cisco公司发布的一个辅助学习工具,除了模拟设计、配置网络环境外,还可以提供数据包在网络中行进的详细处理过程,观察网络实时运行情况.例如在讲授路由选择协议时,可以利用PacketTracer清晰地观察到路由信息传递和学习的过程.还可以模拟跟踪网络报文经过路由器和交换机之后各个字段所发生的变化.在本课程教学中用好这两样工具可以起到事半功倍的效果,学生学会使用这两样工具在实验和实际工作中也大有用途.
（3）加强与学生的课后交流.虽然现在提倡启发式教学,鼓励学生积极参与教学,但是课堂时间毕竟有限,课程任务要完成还是以教师讲授为主,不可能所有学生都有机会参与,所以要多利用网络资源不受时间地点限制的优势,如使用群进行课程讨论、为学生答疑,这样所有的学生都能看到,从而避免了重复解答同类问题,提高效率.
（4）注重过程化教学管理,改革考核制度.改变以往全靠期末考试定成绩的办法,根据长春大学计算机科学技术学院制订的“课程过程考核制度管理办法”,提出过程与能力有机结合的考核体系,加大学生课堂讨论和发言表现、课后作业质量、实验质量、课堂测验所占总成绩的比重,全面考核学生的知识、能力和综合素质,增强学生学习自觉性和主动性.
3结语
经过多年对TCP/IP协议课程的建设与改革研究,该课程的教学和实验内容不断改进,教学资源不断丰富,教学团队也在课程建设和教学改革中不断进步和成长,可谓硕果累累.网络工程专业的实践性很强,我们的课程教学也应更加紧密结合实际,紧跟因特网的发展步伐,不断改革创新,为社会培养更多高质量的网络工程应用型人才.