談?dòng)嬎銠C網(wǎng)絡(luò )自上而下和自下而上教學(xué)

　　千呼萬(wàn)喚始出來(lái) 今年6月5日,新華社發(fā)布消息,"國務(wù)院總理5日主持召開(kāi)國務(wù)院常務(wù)會(huì )議,審議并通過(guò)綱要 (2010-2020年)>". 下面是小編搜集整理的相關(guān)內容的論文，歡迎大家閱讀參考。

　　摘要：比較和分析兩種不同的教學(xué)方法對提高計算機網(wǎng)絡(luò )教學(xué)質(zhì)量的意義，分別從整體和局部、興趣的激發(fā)、難易程度、對工程思維的培養以及具體的知識點(diǎn)5個(gè)方面對這兩種教學(xué)方法進(jìn)行闡述，并針對兩種教學(xué)方法的不同特點(diǎn)，給出相關(guān)的教學(xué)建議。

　　關(guān)鍵詞：計算機網(wǎng)絡(luò );整體和局部;興趣的激發(fā);工程思維

　　引言

　　1.計算機網(wǎng)絡(luò )課程是計算機相關(guān)專(zhuān)業(yè)的基礎課程，了解和掌握計算機網(wǎng)絡(luò )知識、培養工程思維和創(chuàng )新能力對計算機專(zhuān)業(yè)學(xué)生有著(zhù)重要意義。特別是在國家大力提倡互聯(lián)網(wǎng)+戰略、物聯(lián)網(wǎng)如火如荼發(fā)展的今天，計算機網(wǎng)絡(luò )教學(xué)尤其重要，而一種好的計算機網(wǎng)絡(luò )教學(xué)方法不僅可以讓學(xué)生掌握相關(guān)知識，同時(shí)又能培養創(chuàng )新意識和創(chuàng )新能力[1]，使其成長(cháng)為符合時(shí)代需求的人才。因計算機網(wǎng)絡(luò )的分層結構，目前計算機網(wǎng)絡(luò )教學(xué)也是按照這種層次結構進(jìn)行的，但計算機網(wǎng)絡(luò )教學(xué)有其特殊性，即可以從網(wǎng)絡(luò )的最上層開(kāi)始講解，依次到最下層，其授課順序為：應用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò )層、鏈路層和物理層，我們稱(chēng)之為“自上而下”的教學(xué)方法;或者相反，從物理層開(kāi)始講解，然后鏈路層、網(wǎng)絡(luò )層、傳輸層再應用層，我們稱(chēng)之為“自下而上”的教學(xué)方法。

　　2.事實(shí)上，計算機網(wǎng)絡(luò )最著(zhù)名的兩本教材分別采用了其中的一種方法，由JamesF.Kurose和KeithW.Ross主編的《計算機網(wǎng)絡(luò )：自頂向下方法》[2]采用了“自上而下”的方法;而由AndrewS.Tanenbaum和DavidJ.Wetherall主編的《計算機網(wǎng)絡(luò )》[3]采用了“自下而上”的方法。這兩種方法的比較和分析對計算機網(wǎng)絡(luò )教學(xué)有重要意義，只有了解這兩種教學(xué)方法的特點(diǎn)，才能針對不同的學(xué)生選擇相應的教學(xué)方法，并在教學(xué)過(guò)程中充分發(fā)揮相應教學(xué)方法的特點(diǎn)，從而提供計算機網(wǎng)絡(luò )教學(xué)質(zhì)量。

　　一、局部和整體

　　1.1“自上而下”的教學(xué)方法從應用層和傳輸層開(kāi)始講解，前者主要涉及客戶(hù)端、服務(wù)器的關(guān)系或者對等點(diǎn)(peertopeer)的關(guān)系，對網(wǎng)絡(luò )而言是整體的關(guān)系。同樣，傳輸層涉及的也是網(wǎng)絡(luò )上兩個(gè)終端節點(diǎn)之間的通信問(wèn)題，所以也是基于網(wǎng)絡(luò )的整體結構;而網(wǎng)絡(luò )的底層(如鏈路層)，主要涉及兩個(gè)可以直接通信的節點(diǎn)的通信問(wèn)題，也就是針對網(wǎng)絡(luò )的局部。因此，“自上而下”的教學(xué)方法可以認為是從網(wǎng)絡(luò )的整體到局部的講解方法，而“自下而上”的教學(xué)方法則是從網(wǎng)絡(luò )的局部到整體的講解方法。通常認為，從“局部到整體”是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，這種方法使學(xué)生更能容易掌握所學(xué)知識，但另外一種觀(guān)點(diǎn)認為這種教學(xué)方法不能很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣和欲望，從而讓學(xué)習成為一種被動(dòng)的接受;相反，“從整體到局部”的教學(xué)思想強調目的性,先搭建起為完成項目任務(wù)所需的知識骨架,再順著(zhù)骨架分別伸向枝節各部分，這種教學(xué)思想符合一般人做事的“目的”性原則，所以更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習的興趣[4]。

　　1.2從實(shí)際教學(xué)分析，“從整體到局部”確實(shí)起到快速激發(fā)學(xué)生興趣的目的，例如，在講解TCP的擁塞控制，按照“自上而下”方法授課的學(xué)生，會(huì )自然地將TCP的擁塞控制和具體的應用聯(lián)系起來(lái)，思考某個(gè)具體的應用在TCP擁塞控制的機制下的行為方式�！白韵露�上”授課的學(xué)生，因還沒(méi)有學(xué)習應用層，所以無(wú)法與相應的應用場(chǎng)景進(jìn)行關(guān)聯(lián)，學(xué)習相對枯燥，但同時(shí)，“自下而上”教學(xué)方法使學(xué)生對基礎知識的掌握相對要更牢固，這也是“從局部到整體”這種循序漸進(jìn)的教學(xué)方法的優(yōu)勢所在。通過(guò)對不同程度的學(xué)生的教學(xué)進(jìn)行分析可以發(fā)現，“自上而下”的教學(xué)方法更適合程度相對較高的學(xué)生，通過(guò)這種“從整體到局部”的講解，使他們更容易激發(fā)興趣，加深對所學(xué)知識的思考、理解;而“自下而上”的教學(xué)方法更適合程度相對較低的學(xué)生，使他們更容易掌握基礎知識。武漢大學(xué)國際軟件學(xué)院在給本學(xué)院的留學(xué)生(程度相對較低)講授計算機網(wǎng)絡(luò )課程時(shí)，通常采用“自下而上”的教學(xué)方法。

　　二、興趣的激發(fā)

　　2.1興趣在教學(xué)中有著(zhù)重要意義和地位，興趣是學(xué)生求知的內在動(dòng)力和愉快學(xué)習的誘因;興趣是牢固掌握知識和深入理解知識的保障;興趣能維持長(cháng)久注意，保持學(xué)習熱情。另外，興趣具有德育價(jià)值，是促進(jìn)個(gè)性全面發(fā)展的要素，也能推動(dòng)自我終身學(xué)習，對成功成才具有特殊意義[5]，所以對哪種方法更適合激發(fā)興趣的分析有著(zhù)重要的意義�！白陨隙�下”的教學(xué)方法從應用層切入，如Web(HTTP)、郵件、域名轉換(DNS)等，大多數學(xué)生之前已經(jīng)使用過(guò)這些應用，但他們的認識大多停留在應用層面，卻不知道這些應用背后的原理。

　　2.2通過(guò)應用層內容的學(xué)習后，學(xué)生會(huì )有一種豁然開(kāi)朗的感覺(jué)，能快速激發(fā)興趣。例如，平時(shí)學(xué)生都會(huì )用一些P2P軟件(如BitTorrent)，對于P2P軟件的下載速度為何會(huì )遠遠快于通常的下載方式，以及用戶(hù)是如何找到不同的下載方式的，學(xué)生帶著(zhù)這些疑惑來(lái)課堂，而通過(guò)P2P知識的學(xué)習能解開(kāi)這些疑惑，極大地激發(fā)學(xué)習興趣�！白韵露�上”這種教學(xué)方法從物理層、鏈路層的內容開(kāi)始講解，涉及的更多是理論原理方面的知識，如物理層主要講解數據通信的理論基礎、數字的調制解調等，而鏈路層主要講解流量控制、差錯控制等，這些內容相比于應用層的具體應用，略顯枯燥，無(wú)法迅速激發(fā)學(xué)生的興趣。

　　三、難易程度

　　3.1計算機網(wǎng)絡(luò )的一個(gè)重要知識點(diǎn)是數據傳輸，而這個(gè)知識點(diǎn)是貫穿網(wǎng)絡(luò )各個(gè)層的�！白陨隙�下”先從整體上講解數據傳輸，即終端到終端的數據傳輸(應用層、傳輸層)，再描述數據是如何在網(wǎng)絡(luò )中轉發(fā)的(網(wǎng)絡(luò )層)，之后描述從直接相連的兩個(gè)節點(diǎn)的傳輸(鏈路層)，可以歸納為數據傳輸的講解是從全局到局部的一個(gè)過(guò)程;而“自下而上”的教學(xué)方法先講解點(diǎn)到點(diǎn)的傳輸(鏈路層)，而后是網(wǎng)絡(luò )的數據轉發(fā)(網(wǎng)絡(luò )層)，最后端到端的數據傳輸(傳輸層、應用層)，可以歸納為數據傳輸的講解是從局部到全局的一個(gè)過(guò)程。從這個(gè)知識點(diǎn)來(lái)比較，“自上而下”的教學(xué)方法要求相對更高，它要求一開(kāi)始就要站在全局的角度來(lái)理解具體的技術(shù)架構;而“自下而上”的教學(xué)方法從最容易理解的兩個(gè)直接相連的節點(diǎn)之間傳輸開(kāi)始講起，所以難度相對較小。網(wǎng)絡(luò )的各層都是通過(guò)調用其下一層的功能來(lái)實(shí)現自身的功能，即每一個(gè)協(xié)議層的講解必然會(huì )涉及下層的內容。

　　3.2“自下而上”因先講授下層的知識，后學(xué)習上面層的知識，所以在學(xué)習涉及下層內容的時(shí)候，學(xué)生已經(jīng)掌握相關(guān)知識，講授就順理成章。相反，“自上而下”的教學(xué)方法在講授網(wǎng)絡(luò )各層的時(shí)候，學(xué)生并未掌握相關(guān)的下層內容，講授難度增加。例如，在講解應用層的時(shí)候，必然會(huì )講解Socket的調用，而Socket是傳輸層將其功能提供給應用層的一個(gè)接口，通常傳輸層會(huì )提供兩個(gè)協(xié)議UDP和TCP，所以會(huì )提供兩個(gè)不同的Socket�！白陨隙�下”的方法就要求教師在學(xué)生還沒(méi)有學(xué)過(guò)UDP和TCP的情況下，通過(guò)通俗易懂的方式來(lái)描述兩種不同協(xié)議對應的Socket，這無(wú)論對教師還是學(xué)生，都有一定難度。傳輸層和鏈路層在計算機網(wǎng)絡(luò )里是兩個(gè)非常相似的層，它們實(shí)現著(zhù)部分相同的功能：如流量控制、可靠性傳輸、差錯檢測等。

　　3.3“自上而下”先講授傳輸層，而“自下而上”先講授鏈路層，這造成了流量控制、可靠性傳輸、差錯監測等內容通過(guò)不同的層來(lái)講解，即“自上而下”在傳輸層講授，而“自下而上”在鏈路層講授。從教學(xué)的實(shí)踐來(lái)看，通過(guò)鏈路層的講授更容易使學(xué)生接受，因為鏈路層針對的是兩個(gè)可以直接通信的節點(diǎn)之間的傳輸，比較形象直觀(guān)，比學(xué)生通過(guò)在這種傳輸的模型下理解流量控制、可靠性傳輸、差錯檢測等概念相對較容易。

　　四、知識點(diǎn)的比較

　　4.1可靠性傳輸“可靠性傳輸”是計算機網(wǎng)絡(luò )非常重要的一個(gè)知識點(diǎn)�！白陨隙�下”和“自下而上”兩種方法都是通過(guò)循序漸進(jìn)的方式來(lái)學(xué)習這個(gè)知識點(diǎn)，即先假設信道是非常完美的，之后信道是可產(chǎn)生錯誤的，最后信道是可造成數據丟失的，在這些不同的條件下如何來(lái)實(shí)現“可靠性傳輸”。循序漸進(jìn)的方式讓學(xué)生容易理解“可靠性傳輸”的原理，所以?xún)煞N方法都能實(shí)現很好的教學(xué)效果。這里有個(gè)小差別是“信道假設”，對于“自下而上”這種方法來(lái)說(shuō)，因為已經(jīng)通過(guò)物理層了解“信道”的概念，所以這種假設容易理解;而對于“自上而下”的學(xué)生來(lái)說(shuō)，還沒(méi)有學(xué)過(guò)“信道”，不好理解。更重要的一點(diǎn)是，傳輸層是處理終端到終端的傳輸，實(shí)際上不涉及“信道”，這里的“信道”更應該是一個(gè)抽象的意義，將從發(fā)送端到接收端的一個(gè)路徑抽象成“信道”。顯然這種抽象的“信道”會(huì )對學(xué)生的理解造成一定的困難�！翱煽啃詡鬏敗庇腥�種機制：停等式、回退n和選擇重傳。有趣的是在實(shí)際中，停等式應用在Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )，也就是鏈路層的內容，而回退n和選擇重傳應用在TCP中，也就是傳輸層的內容。而在實(shí)際教學(xué)中，為了保持“可靠性傳輸”講解的完整性，這些內容是同時(shí)講解的。那么在哪個(gè)層講解這些內容更適合?我們傾向于在傳輸層中講解“可靠性傳輸”(即對應“自上而下”的教學(xué)方法)，因為要理解回退n和選擇重傳這兩種機制，需要基于數據并不是按順序到達這一條件，但鏈路層是點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸，數據通常是按順序到達的，所以實(shí)際上并不滿(mǎn)足這個(gè)條件，這造成了在鏈路層講解“可靠性傳輸”容易讓學(xué)生產(chǎn)生疑惑。

　　4.2MAC層的比較“自上而下”和“自下而上”這兩本教材關(guān)于MAC層的差別是：“自下而上”將MAC獨立成一章節講解，而“自下而上”并沒(méi)有獨立出來(lái)，放在鏈路層講解。盡管MAC屬于鏈路層的一個(gè)子層，但我們更傾向于將其獨立出來(lái)講解，這是因為雖然作為子層，但MAC層更加重要，只有對MAC層理解了才能真正理解鏈路層，如只有對MAC層的信道接入協(xié)議CSMA/CD和CSMA/CA的深度理解才能真正理解以太網(wǎng)和Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )。因獨立成章，“自上而下”教學(xué)方法將以太網(wǎng)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )都包括在MAC章節，由此，CSMA/CD和以太網(wǎng)、CSMA/CA和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )形成了一個(gè)統一的章節，有助于學(xué)生更好地比較、理解這些技術(shù);而在“自上而下”的教學(xué)中，這些知識點(diǎn)分散在不同的章節，不利于學(xué)生進(jìn)行系統地理解�！白陨隙�下”和“自下而上”兩種教學(xué)方法對MAC中的信道接入都是按照分類(lèi)的方式來(lái)講解。稍微有點(diǎn)不同的是“自上而下”將其分為信道劃分(channelpartitioning)、隨機接入(randomaccess)和分配接入(takingturns)3種方式;而“自下而上”分為競爭方式(contention)、無(wú)沖突方式(collision-free)以及有限競爭(limited-contention)。其中隨機接入等同于競爭方式，而分配接入等同于無(wú)沖突方式。這種分類(lèi)的講解對以后理解其他新的接入協(xié)議非常重要，有利于培養學(xué)生的自學(xué)能力。另外，兩者的講解都側重競爭方式(隨機接入)，這也是非常合理的安排，因為競爭方法是目前計算機網(wǎng)絡(luò )采用的主要方式。

　　4.3ARP協(xié)議的比較ARP是地址解析協(xié)議，也就是將網(wǎng)絡(luò )層的地址(IP地址)解析成鏈路層的地址(MAC地址)。那么ARP到底應該屬于網(wǎng)絡(luò )層還是鏈路層，這也是一個(gè)有爭議的問(wèn)題。顯而易見(jiàn)，要理解ARP協(xié)議，就必須先了解IP地址和MAC地址，這也是為什么“自上而下”將其放在鏈路層來(lái)講解，而不能放在網(wǎng)絡(luò )層來(lái)講解，因為在學(xué)習網(wǎng)絡(luò )層的時(shí)候，學(xué)生還沒(méi)有學(xué)習MAC地址。相反，“自下而上”將ARP放在網(wǎng)絡(luò )層講解，此時(shí)學(xué)生已經(jīng)完成IP地址和MAC地址的學(xué)習，所以?xún)烧叨紝�ARP的學(xué)習做了非常好的處理。因限于篇幅，不再對其他的知識點(diǎn)進(jìn)行比較，不過(guò)有興趣的讀者可以對連接服務(wù)、地址分析、路由等方面進(jìn)行比較。通過(guò)上面對3個(gè)知識點(diǎn)的分析，可得出這兩種教學(xué)方法各有特點(diǎn)，在教學(xué)的過(guò)程中需要充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)以及彌補其缺點(diǎn)，從而有利于學(xué)生掌握知識。

　　五、對工程思維的培養

　　計算機網(wǎng)絡(luò )是一門(mén)科學(xué)結合工程的學(xué)科，但計算機網(wǎng)絡(luò )課程因其基礎性和應用性，更多體現了一種工程性，所以如何通過(guò)計算機網(wǎng)絡(luò )課程培養學(xué)生的工程思維是教學(xué)的重點(diǎn)。工程過(guò)程是一個(gè)不可逆的過(guò)程，并且實(shí)踐性很強[6]，這就要求一個(gè)好的工程師要具有提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決實(shí)踐方案的能力。不同于科學(xué)思維，工程思維強調將問(wèn)題簡(jiǎn)單化和標準化，只有簡(jiǎn)單化和標準化的解決方案才能應用到實(shí)踐中去。計算機網(wǎng)絡(luò )是培養學(xué)生工程思維非常好的一門(mén)課程。計算機網(wǎng)絡(luò )本身是一個(gè)非常復雜的事物，但因其分層化(分模塊)，每層的復雜度顯著(zhù)降低，且只有有著(zhù)上下關(guān)系的層之間才有交互，而交互主要是簡(jiǎn)單的數據傳遞，所以進(jìn)一步降低了其復雜度。模塊的標準化和模塊之間交互的標準化，是使得計算機網(wǎng)絡(luò )能夠取得成功的一個(gè)重要原因。無(wú)論是“自上而下”還是“自下而上”的教學(xué)方法都體現了計算機網(wǎng)絡(luò )的分模塊化和標準化，所以這兩種方法都能非常好地培養學(xué)生的工程思維。所不同的是“自上而下”是站在整體的角度，對網(wǎng)絡(luò )從上而下的分割，最終完成對網(wǎng)絡(luò )的整體認識;而“自下而上”是從局部出發(fā)，對網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行從下而上的分割，最終也完成對網(wǎng)絡(luò )的整體認識，兩者有著(zhù)異曲同工的作用。

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