[摘 要]计算机模拟为学生提供了可以操纵、观察和分析的模型，能激发学生的探索性学习活动；网络协议模拟仿真教学能够迅速提高学生网络理论与实践相结合的整合能力。在高校的人才培养过程中，应该大力推广模拟教学方式，以尽快提高我国高校毕业生的整体水平。
[关键词]网络协议 计算机模拟教学 建构主义 整合教学
[中图分类号]G642．41 [文献标识码]A [文章编号]1005—5843(2007)01—0152—02
[作者简介]邢敏，黄岚，长春金融高等专科学校计算机系(吉林长春 130022)
一、计算机模拟教学的理论探索
计算机模拟教学是以建构主义作为理论基础的，建构主义学习理论强调以学生为中心，不仅要求学生由外部刺激的被动接受者和知识的灌输对象转变为信息加工的主体、知识意义的主动建构者，而且要求教师要由知识的传授者、灌输者转变为学生主动建构意义的帮助者、促进者。这就意味着教师应当在教学过程中采用全新的教学模式、教学方法和教学设计思想，着重强调要以建构主义的教学理论作为计算机教育的理论基础。
建构主义学习环境包含四大属性，即“情境”、“协商”、“会话”和“意义建构”。显然，计算机模拟技术的特性与功能最有利于四大属性的充分体现。
计算机模拟技术可以为学生提供虚拟的仿真情境，为学生创设一种开放的、主动的、发现式的探索式的学习环境，发展学生的高级思维能力和问题解决能力，从而通过对该情境的操纵、观察和思考得出合理的结论。可以说，计算机模拟可以在很大程度上激发学生的高水平思维活动．让学生通过反省性的、高水平的思维活动来建构深层的、灵活的、真正的知识，因而，计算机模拟可以成为一种有力的建构性的学习工具。
近几年，计算机模拟教学在国内外的MBA课程中屡见不鲜，但模拟教学在计算机教学中的应用、尤其是在计算机网络课程中的应用还处于探索研究的阶段，将计算机模拟应用于教学活动中，往往能够收到事半功倍的效果。
二、模拟教学模式与传统教学模式的比较分析
当前高校教学改革的主要目标之一是要改变传统的以教师为中心的教学模式，摸索一种既能发挥教师的主导作用又能充分体现学生认知主体作用的新型教学模式。在此基础上逐步实现教学内容、教学手段和教学方法的全面改革。
1．以“教”为中心的传统教学模式。从我国的现实情况看，20世纪90年代以前的教学模式基本上都是以教师为中心的。这种模式的优点是有利于教师主导作用的发挥，便于教师组织、管理和监控整个教学活动进程，便于师生之间的情感交流，因而有利于系统科学知识的传授，并能充分考虑情感因素在学习过程中的重要作用。其弊端是完全由教师主宰课堂，忽视学生的认知主体作用，不利于具有创新思维和创新能力的创造型人才的成长。
2．以“学”为中心的模拟教学模式。建构主义的学习理论与教学理论是以学生为中心教学模式的主要理论基础。以学生为中心的教学模式注意在学习过程中发挥学生的主动性、积极性和创造性，相应的教学设计主要围绕“自主学习策略”和“学习环境”两个方面进行。前者是整个教学设计的核心——通过各种学习策略激发学生去主动建构知识的意义(诱发学习的内因)；后者则是为学生主动建构创造必要的环境和条件(提供学习的外因)。这种教学模式由于强调学生是认知过程的主体，是意义的主动建构者，因而有利于学生的主动探索、主动发现，有利于创造型人才的培养，这是其突出的优点。
以学生为中心的教学模式由于强调学生的“学”，往往忽视教师主导作用的发挥，忽视师生之间的情感交流和情感因素在学习过程中的重要作用。当学生自主学习的自由度过大时，还容易偏离教学目标的要求，这又是其不足之处。
可见，两种教学模式各有其优势与不足，应当彼此取长补短，相辅相成，努力做到既能发挥教师的主导作用，又能充分体现学生的认知主体作用；既注意教师的教，又注意学生的学，把教师和学生两方面的主动性、积极性都调动起来。其最终目标是要通过这种新的教学思想来优化学习过程和学习效果，但这种新的教学手段并不是“取代”了传统的教学手段，而是在更高的层次上整合了原有的要素。
三、模拟仿真教学在计算机网络课中的应用
1．解决了高校计算机网络教学中的瓶颈问题。计算机网络是各高校计算机专业学生必修的专业基础课，网络协议是计算机网络课程的理论核心和授课主线，也是学生学习其他网络理论的瓶颈。从以往的实际情况看，网络协议部分的教学效果非常差，理论和实际相脱离的现象非常严重，学生学习的兴趣不高，致使学生掌握的网络协议知识在深度和广度上都很欠缺，很难把网络协议相关原理和网络实践有机地结合起来，遇到具体问题时只能从表面进行解决，很难从深层次去思考问题产生的根本原因，更难创造性地去解决问题。
“授人以鱼，不如授人以渔”，教师在教会学生解决具体问题的办法的同时，更应该教会学生去分析问题产生的原因，使其在处理类似的问题时能够得心应手。为此我们将计算机模拟仿真运用于网络协议的教学中，研制开发了计算机网络协议模拟仿真教学系统，以当今互联网体系结构TCP／IP各种协议为重点，结合实际的各类协议编辑、仿真发送、捕捉分析实验，将理论教学与实践教学进行整合，以理论指导实践，以实践认知理论，切实提高学生的网络知识水平，培养学生的创新能力和探究知识的能力。而要完成这项工作，几乎要用到网络协议中的各种理论知识。
2．改变了传统的教学模式，收到了事半功倍的教学效果。在传统的教学中，网络协议的教学往往只能是“纸上谈兵”，但在动态的模拟实践过程中，学生就会自然而然地遇到一些棘手的问题，并需要切实解决和分析。因此，要做好模拟实验，学生不仅，必须理解掌握所学过的理论知识，而且还必须在实践应用过程中进行整合，不断进行强化训练以达到理论与实践的整合。这种以实践为背景的学习方式是课堂教学无法进行的，因而可以毫不夸张地说，只有经过这种“整合”过程训练，学生才能真正掌握所学内容。
在网络协议模拟教学环境中，教师已经由过去传统的以传授为主变为以引导、指导为主，课堂的“主角”也已经是学生而不是教师。表面上，在多数情况下教师只是充当“场外教练”，但实际上则是整个学习过程的“指导”和“监督”，需要从全局上把握整个模拟过程。因此，这种学习模式的效果如何在很大程度上取决于教师的指导，指导教师不仅必须有较高的网络理论和实践水平，而且还必须有较高的教学指导能力。
在具体的网络协议模拟过程中，实验的条件即实验所必需的环境和数据，可以根据教学要求进行人为编辑设定。针对实验所必须达到的教学目标，可以人为修改实验参数，以对有关参数进行调整来提高实践的认知度。对学习能力较强的学生，可以有意识地让他们和同等学习能力的学生进行合
作，来达到预期的学习效果。这样，就可以使同一套模拟实践软件会因为模拟实验数据的改变而起到不同的作用，成为不同的教学案例。这种动态的教学模拟实践具有强烈的挑战性和趣味性，始终使学生处于兴奋的学习状态之中，很受学生欢迎。
3．激发了学生的探索性学习活动，实现了理论与实践的整合教学。我们的设计思想就是在建构主义的学习理论指导下，创设一种具有极强交互功能的仿真学习“情境”，建立具有良好的“协作学习”环境的仿真教学系统，并通过有效的教学策略来激励学生，使他们在学习过程中能更充分发挥自身的主动性、积极性与创造性，从而更有效地促进学生对所学知识意义的主动建构，真正成为信息加工的主体。
该模拟仿真系统的硬件平台由一台启动DNS、DHCP、TELNET、FTP、SNMP、POP3、SMTP、IIS、WINS、路由与远程访问的服务器，一台连接多子网环境的24口支持镜像的交换机，一台24口集线器(Hub)，以及48台PC机(256MRAM)组成。其中的24台PC机作为仿真机，安装网络协议编辑器子系统，连接到交换机上；另24台PC机作为监控机，安装网络协议分析器子系统，连接到集线器上；交换机与集线器镜像相连，能够直接捕获经过路由器的所有数据。
计算机网络协议模拟仿真教学系统是由协议编辑器和协议分析器两个子系统组成的，分别安装于仿真机和监控机上。协议编辑器仿真各种协议数据包，协议分析器实时地观察到由网络协议仿真编辑器所产生的各种数据包及模拟协议的实现过程。在模拟仿真环境中，可以极大地发挥学生的主动性、积极性和创新能力，加深对网络协议知识的理解，有利于学生对重点、难点的掌握，学生可以更多地去主动思考、主动探索和主动发现。
一台仿真机和一台监控机为一组，同组的学生须相互配合完成每次实验。由于小组成员的实践质量将直接影响其他成员的实践效果，因此，在连续、动态的模拟实践过程中，小组成员之间需要完美的配合，作为一个整体相互协作，因而他们必须进行实践交流。每名学生都是整个模拟过程的主体，每名学生都将自觉不自觉地感受、体会到模拟实践中的成功与失败，而这一切又都是自己亲自参与造成的。因此，这种模拟学习过程中所形成的团队精神更为学生的学习增添了新的“动力”。
计算机模拟仿真为学生提供了可以操纵、观察和分析的模型，能激发学生的探索性学习活动，这种教学模式能够迅速提高学生对于网络理论与实践相结合的整合能力，实现从理论到实践的飞跃。
(责任编辑：王庆玲)
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。