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計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)探討

2015-05-08 07:57:49劉杰彥詹思瑜
關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程服務(wù)器

劉杰彥,向 渝,詹思瑜

(電子科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,成都 611731)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)探討

劉杰彥,向 渝,詹思瑜

(電子科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,成都 611731)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程是一門融合多門專業(yè)知識(shí)的計(jì)算機(jī)專業(yè)核心課程,具有實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)。為了解決計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程教學(xué)和實(shí)驗(yàn)中存在的普遍問(wèn)題,文中對(duì)該課程的教學(xué)方式和實(shí)驗(yàn)建設(shè)進(jìn)行了相關(guān)探討,嘗試將系統(tǒng)的思想貫穿教學(xué)過(guò)程,以具體的案例驅(qū)動(dòng)教學(xué),注重多門知識(shí)的融會(huì)貫通,豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和層次。通過(guò)這些方式讓學(xué)生形成較完整的知識(shí)體系并提升對(duì)問(wèn)題的綜合解決能力。

網(wǎng)絡(luò)編程;系統(tǒng)思想;案例;實(shí)驗(yàn)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程課程是一門理論和實(shí)踐緊密結(jié)合的課程,課程的實(shí)踐性和應(yīng)用性較強(qiáng)[1],涉及的專業(yè)知識(shí)廣泛,學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)這門課程,能夠深化網(wǎng)絡(luò)通信知識(shí)的掌握,了解一般網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)原理和方法,同時(shí)積累一定的實(shí)際編程經(jīng)驗(yàn),提高理論應(yīng)用于實(shí)際的能力。而科學(xué)的教學(xué)方法和合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)上述教學(xué)目標(biāo)的關(guān)鍵,本文在分析現(xiàn)有教學(xué)常見(jiàn)問(wèn)題基礎(chǔ)上,對(duì)這門課程的教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行了一些探討,提出了系統(tǒng)化的教學(xué)理念以及層次化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。

1 教學(xué)中常見(jiàn)問(wèn)題

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程是面向計(jì)算機(jī)專業(yè)大三學(xué)生的專業(yè)課程,開(kāi)設(shè)在大三學(xué)年下學(xué)期,涉及的專業(yè)知識(shí)眾多,實(shí)踐性強(qiáng),具有一定的教學(xué)難度,而現(xiàn)有的教學(xué)過(guò)程中普遍存在以下常見(jiàn)問(wèn)題。

1.1 教學(xué)過(guò)程中系統(tǒng)性思維把握不足

由于教學(xué)任務(wù)重、教學(xué)內(nèi)容多,在課堂教學(xué)中教師主要根據(jù)教材、教案來(lái)完成相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的介紹。但是講授時(shí)往往局限于對(duì)教材指定內(nèi)容的靜態(tài)演繹,忽視系統(tǒng)思維的把握,缺乏系統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì),造成學(xué)生的思維容易局限在指定的教學(xué)內(nèi)容上,缺乏對(duì)問(wèn)題的深入思考與探索,對(duì)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)間的聯(lián)系以及知識(shí)架構(gòu)的全局把握較為茫然。

1.2 學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)的能力有待提高

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程以多門專業(yè)課程為基礎(chǔ),包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)和程序設(shè)計(jì)等。網(wǎng)絡(luò)編程涉及多門專業(yè)知識(shí)的綜合應(yīng)用,學(xué)生雖然學(xué)習(xí)了各門專業(yè)課程,但知識(shí)體系處于分散狀態(tài),不知如何綜合運(yùn)用多門專業(yè)知識(shí)來(lái)分析和解決實(shí)際問(wèn)題,對(duì)各門專業(yè)知識(shí)的綜合性、系統(tǒng)性應(yīng)用缺乏實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。

1.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較局限

目前課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要限定在基礎(chǔ)的編程原理、基本的客戶端算法和服務(wù)算法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)層次較單一,學(xué)生依據(jù)基本實(shí)驗(yàn)步驟就能輕松完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)際需求存在一定差距,缺乏對(duì)系統(tǒng)分析問(wèn)題和創(chuàng)新能力的鍛煉。導(dǎo)致學(xué)生在后續(xù)畢業(yè)設(shè)計(jì)、課題參與以及工作實(shí)踐中,面對(duì)實(shí)際的問(wèn)題和項(xiàng)目難以盡快入手,不易學(xué)以致用。

2 課堂教學(xué)方法探索

針對(duì)課程教學(xué)目前存在的問(wèn)題,結(jié)合多年的教學(xué)實(shí)踐,我們對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程的課堂教學(xué)方法進(jìn)行了深入分析和探索,力求在教學(xué)過(guò)程中重視系統(tǒng)思想的貫穿,突出對(duì)問(wèn)題分析和解決能力的培養(yǎng)。

2.1 教學(xué)設(shè)計(jì)要重視系統(tǒng)思想的貫穿

教材內(nèi)容是以網(wǎng)絡(luò)編程中基本的知識(shí)點(diǎn)、知識(shí)的進(jìn)階層次來(lái)分章節(jié)模塊介紹。教材內(nèi)容是靜態(tài)的,而教學(xué)過(guò)程則是動(dòng)態(tài)的[2-3],教師不能僅僅局限在對(duì)教材內(nèi)容按部就班地講授。具體而言,教學(xué)過(guò)程中,教師不僅要關(guān)注問(wèn)題本身,還要注重問(wèn)題的來(lái)龍去脈的引入,注重知識(shí)點(diǎn)間內(nèi)在邏輯聯(lián)系的分析,注重局部到整體的歸納。借助于實(shí)例分析、問(wèn)題表述、問(wèn)題引申以及歸納演繹等多種教學(xué)方法,培養(yǎng)學(xué)生以系統(tǒng)化的思維模式學(xué)習(xí),實(shí)現(xiàn)對(duì)問(wèn)題的宏觀把握和微觀分析,進(jìn)而提高學(xué)習(xí)效率。這種教學(xué)方式對(duì)其他課程的也是適用的。

2.2 以具體案例、課題驅(qū)動(dòng)教學(xué)

為了讓學(xué)生形成完整的知識(shí)架構(gòu),培養(yǎng)他們系統(tǒng)性的思維能力和問(wèn)題分析能力,可以采用具體案例和課題驅(qū)動(dòng)教學(xué)的方法[4-5]。具體操作如下:根據(jù)教學(xué)的進(jìn)度,適時(shí)引入具體案例加以分析,案例可來(lái)源于實(shí)際項(xiàng)目或典型應(yīng)用,案例應(yīng)該包括對(duì)所學(xué)的多個(gè)知識(shí)點(diǎn)的綜合應(yīng)用。通過(guò)探討案例的解決辦法,讓學(xué)生分析該案例涉及的知識(shí)點(diǎn),分析這些知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系,進(jìn)而綜合運(yùn)用這些知識(shí)點(diǎn)來(lái)解決問(wèn)題。

例如,當(dāng)講授了客戶的基本算法和并發(fā)服務(wù)器的基本算法后,可以給定一個(gè)具體的案例,如并發(fā)的面向連接的Echo服務(wù)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。這個(gè)案例包括了多個(gè)知識(shí)點(diǎn)的有機(jī)融合,包括套接字函數(shù)使用、客戶端的算法、服務(wù)器端的算法、客戶和服務(wù)器的通信流程、模塊封裝的思想以及服務(wù)器的選型等。在對(duì)實(shí)際的案例分析和解決的過(guò)程中,學(xué)生掌握了之前所學(xué)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)間的有機(jī)聯(lián)系,實(shí)現(xiàn)了知識(shí)從點(diǎn)到面的擴(kuò)充。

2.3 注重與其他專業(yè)知識(shí)的融會(huì)貫通

教學(xué)中不僅要注重網(wǎng)絡(luò)編程的知識(shí)點(diǎn)到知識(shí)面的擴(kuò)充,還應(yīng)注重與其他多門專業(yè)課程的融會(huì)貫通,進(jìn)而才能實(shí)現(xiàn)知識(shí)面到知識(shí)體的演化。由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程涉及多門專業(yè)知識(shí)的綜合應(yīng)用,該課程開(kāi)設(shè)在相關(guān)的基礎(chǔ)課程開(kāi)設(shè)之后,這些基礎(chǔ)課程包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)和程序設(shè)計(jì)等。為了讓學(xué)生建立完整的知識(shí)體系,在教學(xué)中注重網(wǎng)絡(luò)編程的原理與其他專業(yè)知識(shí)的融會(huì)貫通,對(duì)各門專業(yè)知識(shí)在網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)中的結(jié)合應(yīng)用作深入分析,讓學(xué)生對(duì)問(wèn)題的綜合分析及應(yīng)用能力得到真正提升。

例如,學(xué)生在本課程之前通過(guò)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)掌握了客戶/服務(wù)器的通信原理,通過(guò)學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)已經(jīng)了解了進(jìn)程、線程的概念,了解了同步機(jī)制的基本原理,但是對(duì)實(shí)踐卻缺乏直觀感受,對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信和操作系統(tǒng)知識(shí)的綜合應(yīng)用沒(méi)有實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。因此在講授網(wǎng)絡(luò)中并發(fā)的服務(wù)器的設(shè)計(jì)時(shí),不僅要對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器算法流程進(jìn)行深入分析,還要注意與操作系統(tǒng)知識(shí)的結(jié)合,結(jié)合多進(jìn)程、多線程、單線程三種并發(fā)方式各自的原理和特點(diǎn),具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)、系統(tǒng)資源的占用情況、優(yōu)缺點(diǎn)、實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合以及進(jìn)程/線程同步機(jī)制等多個(gè)方面進(jìn)行深入的剖析,力求做到融會(huì)貫通,這樣才能讓學(xué)生知其然并知其所以然,進(jìn)而形成完整的知識(shí)架構(gòu)。

3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)編程這門實(shí)踐性和應(yīng)用性非常強(qiáng)的課程,實(shí)驗(yàn)的重要性不言而喻,理論上所學(xué)的知識(shí)最終要在具體案例中得到應(yīng)用才具有實(shí)際意義[6-7]。我們?cè)谠O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí),力求學(xué)生能通過(guò)實(shí)驗(yàn),掌握基本的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)技術(shù),積累一定的網(wǎng)絡(luò)程序編寫經(jīng)驗(yàn),最終能夠?qū)W以致用。為了達(dá)到這一目的,我們以課程內(nèi)容為基礎(chǔ),從實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)的多方位、多元化出發(fā)[8],遵循從簡(jiǎn)單到復(fù)雜,從基礎(chǔ)到提高,面向?qū)嶋H應(yīng)用的原則,將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)分解為三個(gè)層次,如表1所示。

3.1 專題類實(shí)驗(yàn)

學(xué)生通過(guò)這類實(shí)驗(yàn),鞏固對(duì)客戶/服務(wù)器通信的原理、基本通信流程和算法的掌握。這類實(shí)驗(yàn)包括教材上的主要專題內(nèi)容,如TCP/UDP客戶端的設(shè)計(jì)、循環(huán)的TCP/UDP服務(wù)器的設(shè)計(jì)、并發(fā)的TCP/UDP服務(wù)器的設(shè)計(jì)、多種并發(fā)方式(如多進(jìn)程、多線程、單線程)的具體實(shí)現(xiàn)等。作為基礎(chǔ)性的實(shí)驗(yàn),這些實(shí)驗(yàn)的主要目的是能夠掌握網(wǎng)絡(luò)編程的基本原理,懂得基本套接字函數(shù)的應(yīng)用,能夠編程設(shè)計(jì)完成基本的客戶/服務(wù)器通信,設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的各種類型服務(wù)器,理解模塊封裝的概念和優(yōu)點(diǎn)并懂得具體應(yīng)用。由于具體服務(wù)不是這類實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn),因此可以選擇Time、 Daytime和 Echo等簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)來(lái)完成上述各個(gè)實(shí)驗(yàn)。

表1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)

鑒于實(shí)驗(yàn)課時(shí)有限且這類實(shí)驗(yàn)難度不高,可選擇部分專題實(shí)驗(yàn)作為實(shí)驗(yàn)課的基本內(nèi)容,而部分則由教師在理論課上根據(jù)教學(xué)進(jìn)度適時(shí)穿插,進(jìn)行分析和演示。

3.2 綜合類實(shí)驗(yàn)

為了加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合理解和應(yīng)用能力,綜合類實(shí)驗(yàn)應(yīng)該作為實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)內(nèi)容。綜合類實(shí)驗(yàn)不再局限于具體的某些章節(jié)知識(shí)或簡(jiǎn)單的某種基本算法,而是對(duì)多個(gè)章節(jié)知識(shí)的綜合應(yīng)用,是對(duì)若干基礎(chǔ)類實(shí)驗(yàn)的有機(jī)合并和深入。例如,設(shè)計(jì)一個(gè)多服務(wù)服務(wù)器。要求同一個(gè)服務(wù)器能同時(shí)提供對(duì)多種服務(wù)的響應(yīng),在同一個(gè)服務(wù)器中能同時(shí)提供Time、Echo、Daytime和Chargen等多種服務(wù)。該多服務(wù)服務(wù)器的設(shè)計(jì)綜合了以下基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn):

(1) 對(duì)多服務(wù)服務(wù)器的理解。單服務(wù)服務(wù)器即一個(gè)服務(wù)器只能處理某一種服務(wù)的客戶請(qǐng)求,而多服務(wù)器則要對(duì)多個(gè)單服務(wù)服務(wù)器進(jìn)行有機(jī)合并。

(2) 服務(wù)器的選型。選擇以哪種并發(fā)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)讓同一個(gè)服務(wù)器能同時(shí)提供多個(gè)服務(wù)。

(3) 各種服務(wù)的基礎(chǔ)協(xié)議選擇。針對(duì)各種服務(wù),逐一確定服務(wù)器是以TCP方式還是UDP方式來(lái)響應(yīng)客戶請(qǐng)求。

(4) 各種服務(wù)的處理方式。針對(duì)各種服務(wù),逐一確定是服務(wù)器以循環(huán)還是并發(fā)的方式來(lái)響應(yīng)客戶。如果以并發(fā)方式響應(yīng),則還要進(jìn)一步考慮同步問(wèn)題。

(5) 客戶端的設(shè)計(jì)。 對(duì)各服務(wù)的客戶端進(jìn)行設(shè)計(jì),以便最終能對(duì)服務(wù)器提供的服務(wù)加以驗(yàn)證。

(6) 各個(gè)服務(wù)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)服務(wù)器對(duì)各個(gè)服務(wù)的響應(yīng)過(guò)程。

(7) 模塊的封裝。服務(wù)器設(shè)計(jì)中如何劃分模塊并注意模塊間的聯(lián)系,以形成系統(tǒng)。

從這個(gè)例子可以看出,綜合類實(shí)驗(yàn)考查了學(xué)生的系統(tǒng)分析能力和對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用。學(xué)生要從整體上對(duì)系統(tǒng)功能加以分析,進(jìn)一步對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行分解,分成不同的基礎(chǔ)模塊加以設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn),最終將各個(gè)模塊進(jìn)行有機(jī)合并加以測(cè)試,才能成功完成這類實(shí)驗(yàn)。

3.3 應(yīng)用類實(shí)驗(yàn)

與前兩類實(shí)驗(yàn)相比,應(yīng)用類實(shí)驗(yàn)涉及的知識(shí)面更廣,來(lái)源于實(shí)際項(xiàng)目或具體案例[9]。與具體應(yīng)用結(jié)合更為緊密,對(duì)學(xué)生的問(wèn)題分析能力和知識(shí)綜合運(yùn)用能力要求更高,在有限的實(shí)驗(yàn)課時(shí)內(nèi)難以完成,可作為本課程的課外實(shí)驗(yàn)或課程設(shè)計(jì),學(xué)生完成后給予創(chuàng)新學(xué)分激勵(lì)。

這類實(shí)驗(yàn)由教師給出一系列題目,如設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的郵件服務(wù),即時(shí)聊天軟件、Web 服務(wù)、FTP服務(wù)等。學(xué)生自由組成實(shí)驗(yàn)小組,根據(jù)熟悉課題的情況自主選擇題目,通過(guò)小組內(nèi)的分工協(xié)作來(lái)完成任務(wù)。應(yīng)用類的實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生具有系統(tǒng)性的問(wèn)題分析和解決能力,從軟件工程的角度出發(fā),考慮系統(tǒng)的功能需求、總體設(shè)計(jì)、模塊劃分和各模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)與集成,最終還要根據(jù)功能需求完成相關(guān)測(cè)試,分析問(wèn)題并改進(jìn)。這類實(shí)驗(yàn)涉及的知識(shí)面較廣,包括相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、客戶/服務(wù)器的通信方式以及客戶軟件/服務(wù)器軟件的設(shè)計(jì)算法等。除此之外,還需考慮服務(wù)器對(duì)客戶的認(rèn)證、鑒別、授權(quán)、服務(wù)器資源保護(hù)等問(wèn)題,且在具體應(yīng)用環(huán)境中還要考慮對(duì)服務(wù)器性能進(jìn)行優(yōu)化。

學(xué)生通過(guò)開(kāi)展此類實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛏罨瘜?duì)所學(xué)知識(shí)的靈活掌握,真正做到學(xué)以致用。同時(shí)了解項(xiàng)目運(yùn)作的原理,學(xué)會(huì)分工和協(xié)作,培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中教師要和學(xué)生多溝通,了解實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并給出指導(dǎo)。

4 教學(xué)考核

5 結(jié)束語(yǔ)

面對(duì)社會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的需求,培養(yǎng)具有較強(qiáng)的專業(yè)知識(shí)綜合應(yīng)用能力的學(xué)生是專業(yè)教學(xué)的最終目標(biāo)。我們經(jīng)過(guò)多年的探索和實(shí)踐,從傳統(tǒng)的教學(xué)方式和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題出發(fā),探討了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程課程的教學(xué)新思路和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,致力于通過(guò)系統(tǒng)的教學(xué)方法和豐富的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提升教學(xué)效果,讓學(xué)生形成完整的知識(shí)體系,真正做到學(xué)以致用。

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[8]劉杰彥,易發(fā)勝.“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索[J].計(jì)算機(jī)教育,2008,11(22):57-58.

[9]李紅梅,張紅延.面向能力培養(yǎng)的軟件工程實(shí)踐教學(xué)體系[J].高等工程教育研究,2009(2):84-87.

Discussion of Teaching and Experiment Methods on Network Programming

LIU Jieyan, XIANG Yu, ZHAN Siyu

(School of Computer Science and Engineering, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611731, China)

Network programming is a practical-oriented curriculum which comprises multiple specialist courses of computer discipline. To solve the common problems existing in the teaching and experiment process of this course, this paper makes a discussion on the teaching methods and the experiment construction. Firstly, the systematic teaching method should be adopted through the teaching process. Secondly, the appropriate projects or examples are useful in improving the efficiency of teaching. Thirdly, teachers should focus on how to help students to make a comprehensive understanding of multiple specialist courses. And lastly, it is important to enrich the contents and levels of the experiment. These approaches are useful in helping students to build up the global knowledge architecture to solve problems with multiple expertises.

network programming; systematic thought; project; experiment

2013-11-23

電子科技大學(xué)教改項(xiàng)目資助(2013XJYSL013)。

劉杰彥(1978-),女,博士,講師,研究方向:計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

G642.4; TP399

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.01.036

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