基于建构主义的计算机网络知识框架搭建

柴清渊 敦煌艺术旅游中等专业学校

关键字：建构主义 计算机网络 课程设计 教学策略

一、计算机网络教学中存在的问题

以前教材对于计算机网络的体系结构梳理不够透彻，各个章节之间的关联不够明晰，使得学生对计算机网络没有整体清晰的认知，即使经过长期的学习对网络的认知也依然是支离破碎的。计算机网络是一个庞大复杂的集合体，所以在传统学习过程中只能以网络的一个方面展开，犹如盲人摸象。

遵循建构主义可以将问题和知识结合起来，使得学生了解计算机网络从哪里来，解决了什么问题，又要到哪里去。对计算机网络的目的、功能、结构有整体性的认知才能更好的建立知识体系，增强理解和运用的能力。

二、计算机网络知识框架的搭建

（一）计算机网络的概念

建构主义以问题出发，依靠问题建立知识框架。从问题出发，就要知道计算机网络解决了什么问题。计算机网络是计算机技术和通信技术结合的产物，在计算机网络诞生之前人类就已经建立了横跨大洋、覆盖世界的通信网络。为什么人类还需要计算机网络，因为之前的通信网络存在着两个问题。

其一是中心化，传统通信网需要一个信息交换中心，中心瘫痪则整个网络瘫痪。所有的网络节点都要直接连接到中心，增加了线路成本。其二是能传递的信息类型有限，节点之间只能传递语音和文字信息。虽然也有视频信息的传递，但要么成本高昂，要么只能单向传递。

计算机网络是由计算机连接而成，计算机拥有强大的计算能力，可以实时计算出数据转发的最佳路径，所以计算机网络不再需要像传统的通信网络那样建立一个中心。比起传统通信网络计算机网络的可靠性大大增加，同时地理位置相近的节点也可以就近连接，极大的节约了线路成本。计算机之间不但可以传输计算机上所能保存的所有种类的多媒体资源，还可以通过网络使用其它计算机的硬件，和软件资源，云计算技术的发展更是吧计算机网络的功能进一步扩展，所以相比传统通信网络计算机网络的资源要丰富的多。

（二）计算机网络的构成

计算机网络的发展不是一蹴而就的，从计算机网络的概念出发，由计算机和通信线路就可以构成通信网络，可稍有点网络常识的同学都知道路由器和交换机这两种网络设备，那么他们解决了什么问题？这里为了使学生能够对计算机网络的构成有大致的了解我将路由器解决的问题简单的归为“随着计算机的普及，网络的不断扩张，处于网络中心位置的计算机承担了太多的信息交换任务，无力完成自己的工作，所以专门设计了一种计算机，放在网络中心位置，专门承担信息交换任务，不被某个人直接使用。”将交换机解决的问题简单归为“随着计算机进一步普及，为了在路由器的一个接口上连接更多的计算机，所以设计了交换机这种设备。”

在总结完路由器和交换机解决的问题之后还要强调路由器和交换机的区别。“路由器是计算机，可以构成复杂的网状网络，交换机不是完整功能的计算机，只能构成树状网络”。形成计算机网络主体是由路由器连接成的网状网络，而末梢是由交换机连接成的树状网络的概念。这样在学生的脑海里形成网络的大致模型“每个城市有路由器，路由器之间可以随意连接，构成网状网络。单位和居民区由交换机连接，构成树状网络。树根交换机和路由器连接，这样所有的计算机都连接到了计算机网络”

（三）计算机网络参考模型

1.计算机网络为什么要分层

分层的实质就是分工，即将一个大的复杂的问题，拆分为若干个小的简单的问题。所以对网络的分层可以转换为如何解决复杂问题的分工问题。我在这的预设问题为“在一座荒芜一人的小岛上如何做出一碗面条？”。做出一碗面条看似简单，但在荒芜一人的小岛上原料、燃料、容器这些问题都需要自己一个人来完成，要做的工作不计其数，需要以年为单位规划时间。如果在现代社会，这一切只需要几分钟就能完成。由此引出网络分层的目的，计算机网络是一个复杂的项目，它不是由一个人或几个人能完成的，甚至不是由一家公司或是几家公司能完成的。它需要整个社会的力量，所以分层可以将实现计算机网络的工作进行划分，使大家可以通力合作完成目标。

2.OSI 参考模型各层的主要功能

第一次对各层的学习不用过于细致，只要理解每层的主要功能即可。重点是要理解与层之间是如何协作的。学习的核心驱动问题是“为什么要这样分层”。

为了加深对分层的理解，应该了解分层的另一种好处——可替换性。即层次体系里的每一层都可以被替换，而不影响其他层的功能。可以以邮政举例说明每曾可替代的重要性——地区差异导致邮件的送达方式不同，例如城市里通过汽车，乡间通过自行车，通火车的两地大型邮包通过铁道，没有通火车的就只能通过货车了。这在网络上体现为，如果更换应用层的浏览器，并不需要重新办理宽带，同样小区的网络线路升级为光纤，这个小区的居民也不用重新申请QQ 账号。分层使得更换网络中的任意一层或几层并不影响其他层的功能。

3.TCP/IP 参考模型

这里需要说明两个问题，首先是“什么是协议”和“为什么TCP/IP 参考模型与OSI 参考模型在层次划分上有区别”。

第一个问题应该强调OSI 参考模型的每层规定了各层的功能，而协议是真正实现功能的方法，告诉计算机具体应该怎样实现功能。

第二个问题要从实际实践出发进行理解，如“从小麦到面粉需要脱粒、筛糠、磨粉、包装这些步骤，如果这些步骤交由不同的工厂完成则需要频繁的转运，最优的方法是将这些工艺整合在同一工厂中”，同理在计算机网络的实践中如果一个厂商更先进的物理层，它需要等待数据链路层厂商跟进才能发挥新通信线路的优势，而不同厂商之间的协调是困难且繁琐的，所以物理层和数据链路层通常由同一厂商完成，所以合并为网络接口层。在高层也是一样，如果一个应用层厂商开发了新的功能，如果需要等待表示层和会话层的支持，则是低效且浪费时间的，所以在实践中应用层、表示层、会话层的功能都由软件厂商统一实现。

（四）计算机网络的硬件设备

1.集线器

集线器的问题可以归结为“在冲突域中的计算机如何相互通信。”，这个问题比较专业，可以转化为“在全黑的房间里，并且每个人的声音都一样时大家如何交流。”

2.交换机

交换机的问题可以归结为“如何对冲突域进行隔离”及“树状网络中广播如何发送到每个终端”。

3.路由器

路由器的问题可以归结为“路由器如何知晓网络的结构”及“路由器如何在网状网络中选择一条最佳路径”。

（五）其他知识点

局域网发展可以归结为“如何使路由器的单个接口连接更多计算机”或“在可以发送广播的小范围网络内如何建立通信规则”。

VLAN 可以归结为“如何解决局域网中计算机数量太多导致广播占用大量带宽的问题”。

广域网发展可以归结为“早期网络如何借助传统的通信网络实现远距离联通”

结构化布线可以归结为“如何将交换机构建树状网络敷设进小区及每栋建筑物中”

网络安全可以归结为“如何在公共场所（信道）进行私密对话”及“如何防止别人假冒自己，识破伪装”

三、总结

依靠问题一步一步构筑知识的框架，在提出问题时注意不要超出最近发展区，对一个问题有了理解再开始下一个问题，并且题最好和已经学习过的知识或是已有的常识性知识联系起来，这样构筑的知识框架才能更加坚实。