研究生“計算機網(wǎng)絡(luò)”課程教學與教材體系建設(shè)的實踐

本文從研究生計算機網(wǎng)絡(luò)課程教學與教材體系建設(shè)中需要注意解決好的四個問題出發(fā)，討論計算機及相關(guān)專業(yè)碩士研究生計算機網(wǎng)絡(luò)課程教學與教材體系建設(shè)思路、教材體系建設(shè)與教學方法改革問題。論文介紹了《計算機網(wǎng)絡(luò)高級教程》的基本內(nèi)容以及與之配套的《計算機網(wǎng)絡(luò)高級編程技術(shù)》所涵蓋的22個軟件編程訓練課題的類型、難度級與選題建議。研究生網(wǎng)絡(luò)課程教學與教材體系建設(shè)的目標是：學習《計算機網(wǎng)絡(luò)高級教程》為研究生在網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的選題做好知識儲備，學習《計算機網(wǎng)絡(luò)高級軟件編程技術(shù)》為研究生論文的完成做好技術(shù)儲備。

教學與科研相結(jié)合是培養(yǎng)高素質(zhì)研究生的有效途徑。高水平的人才培養(yǎng)是通過研究生高水平的學術(shù)成果來反映的，高水平的學術(shù)成果主要源于大量的高水平的科學研究，而嚴格的教學環(huán)節(jié)在培養(yǎng)研究生扎實的學術(shù)功底、嚴肅的科學態(tài)度、創(chuàng)新性的思維，以及在產(chǎn)生高質(zhì)量學術(shù)成果方面起到了一個關(guān)鍵的基奠作用。本文從研究生網(wǎng)絡(luò)課程教材體系建設(shè)中需要注意解決好的四個問題出發(fā)，討論計算機及相關(guān)專業(yè)碩士研究生網(wǎng)絡(luò)課程教學與教材體系建設(shè)思路、教材體系建設(shè)與教學方法改革問題。

1研究生“計算機網(wǎng)絡(luò)”課程教學與教材體系建設(shè)的指導思想

在研究生網(wǎng)絡(luò)課程教材體系建設(shè)中需要注意解決好四個問題。一是課程內(nèi)容的先進性與前瞻性問題；二是研究生與本科課程內(nèi)容的銜接問題；三是理論教學與能力培養(yǎng)的并重問題；四是自主學習和因材施教問題。

1.1課程內(nèi)容的先進性與前瞻性問題

研究生的教育必須突出“研究”，教材要能夠反映學科前沿的研究成果與發(fā)展趨勢。一本好的研究生網(wǎng)絡(luò)教材或教學參考書應該是：在保持網(wǎng)絡(luò)理論體系的基礎(chǔ)上，跟蹤當前技術(shù)的發(fā)展，綜述最新研究的領(lǐng)域、課題、方法、成果與趨勢，讓讀者能夠直接了解當前研究的前沿問題、方法、進展與趨勢。

與傳統(tǒng)的數(shù)學、物理、化學學科相比，計算機學科應用性人才培養(yǎng)的要求更高，技術(shù)發(fā)展速度更快。而在計算機學科中網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展與知識更新的速度尤為突出。因此，保持計算機網(wǎng)絡(luò)課程內(nèi)容的先進性與前瞻性更為重要，也更加困難。因此要很好地解決這個問題，必須將教學與科研工作緊密地結(jié)合在一起，發(fā)揮科研教學團隊的作用，以高水平的科學研究支持高質(zhì)量的課程與教學體系的建設(shè)。南開大學網(wǎng)絡(luò)實驗室在多年來一直注意開展以下幾個方面的工作：

（1）通過科研預研工作實踐，了解當前熱點問題的研究現(xiàn)狀與進展。

（2）跟蹤美國ACM和IEEE/CS最新制定的計算機學科課程體系，重視學術(shù)交流。

（3）跟蹤和瀏覽國外知名大學教學網(wǎng)站，研究和了解網(wǎng)絡(luò)課程教學內(nèi)容、教材與主要參考書，以及作業(yè)與實驗、教學方法與教學過程控制方法改革的動向。

（4）選擇國際流行教材，分析如何處理新的技術(shù)發(fā)展與教學內(nèi)容的關(guān)系，梳理技術(shù)的內(nèi)在關(guān)系與發(fā)展主線。

（5）跟蹤國際知名網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商與網(wǎng)絡(luò)軟件公司的研究工作，以及技術(shù)認證與考試內(nèi)容的變化，了解產(chǎn)業(yè)界對技術(shù)與人才需求的變化。

（6）參與信息化規(guī)劃與建設(shè)工作，通過與產(chǎn)業(yè)界、政府各級管理人員的合作，了解我國信息化發(fā)展的現(xiàn)狀與社會對網(wǎng)絡(luò)人才的需求。

以上工作在我們把握研究生教材內(nèi)容的先進性與前瞻性方面起到了重要的指導作用。

1.2本科與研究生課程內(nèi)容銜接問題

計算機及相關(guān)專業(yè)的碩士研究生一般在本科階段都修過計算機網(wǎng)絡(luò)課程。同時，由于學生不是來自一個學校或同一個本科專業(yè)，所以學生在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面的基礎(chǔ)差異很大。這個問題在研究生招生規(guī)模擴大后更為突出。教師很難在某個起點上安排教學內(nèi)容。任課教師比較為難，照顧到基礎(chǔ)比較差的學生，基礎(chǔ)好的學生認為“吃不飽”；考慮到基礎(chǔ)比較好的學生，基礎(chǔ)差的學生反映“跟不上”。無論老師想什么辦法，都無法解決好這對矛盾。這是在很多大學都很普遍的問題。經(jīng)過多年的實踐我們逐漸認識到：要保證教學質(zhì)量，必須根據(jù)研究生培養(yǎng)目標，改變教學方法，強調(diào)“自主學習”和“因材施教”。要為實現(xiàn)學生的“研究”、“自主”學習和教師的“因材施教”創(chuàng)造條件，就必須從課程教學目標定位入手，研究本科與研究生教學一體化、理論教學與能力培養(yǎng)一體化的網(wǎng)絡(luò)教材體系。

1.3理論教學與能力培養(yǎng)并重問題

團隊成員通過總結(jié)多年指導研究生學位論文的體會認識到，學生的實際工作能力需要他們在參加科研項目和完成開發(fā)任務(wù)的過程中提高。在多年指導和審閱相關(guān)學科碩士與博士學位論文的過程中，導師們深刻地感覺到：有相當比例的研究生在本學科領(lǐng)域眼界不寬，網(wǎng)絡(luò)應用系統(tǒng)設(shè)計與編程能力亟待提高。如果能夠在他們準備學位論文之前認真地訓練這一方面的能力，那么他們的論文的研究深度與論文水平還能夠有較大幅度的提高。研究生能力培養(yǎng)可以通過網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的課題、大編程量的訓練來實現(xiàn)。提高網(wǎng)絡(luò)軟件編程的實際工作能力對于研究生今后的研究工作與就業(yè)將會有很大的幫助。而這些編程課題應該是由教學科研團隊從研究工作與開發(fā)的課題成果中提煉出來，將科研成果有選擇的轉(zhuǎn)化為“近似實戰(zhàn)”的研究生訓練課題。這種訓練對學生深入理解網(wǎng)絡(luò)原理與實現(xiàn)方法會有很大的幫助，對于日后的科研工作和提高學位論文質(zhì)量也是很有益的。

1.4自主學習和因材施教問題

從研究生自身學習的角度應該強調(diào)“研究性”與“自主性”，學生應該變被動的“聽課、做筆記”轉(zhuǎn)向主動的、研究地學習和提高。從任課教師與導師角度應該強調(diào)“因材施教”。

從我們多年的教學經(jīng)驗看，同一屆的研究生實際能力差異都很大。研究生教學更多的應該是根據(jù)不同的學生、不同的研究重點、不同的起點，有不同的訓練方案，不能沒有區(qū)別。導師的因材施教應該體現(xiàn)在：指導學生根據(jù)自己的基礎(chǔ)、研究方向，選擇不同類型、不同編程量，或不同的難度級的課題自主的完成訓練，循序漸進地提高實際能力。教師要做到這一點，需要做很多艱苦細致的工作和積累很多教學資料。經(jīng)過10多年的積累與團隊成員的集體努力，我們初步完成了一些基礎(chǔ)性的工作。

研究生教材不應該僅是一本一學期使用的教科書，更應該是一本技術(shù)參考書，甚至是一本手冊。導師可以根據(jù)需要選擇教材中部分內(nèi)容，作為基本的學習要求。學生學習的過程應該在導師的指導下有選擇地自學和閱讀，完成編程訓練。有些內(nèi)容可能第一次僅僅是讀過和了解，如果今后科研、開發(fā)工作需要，可以再回過頭來繼續(xù)閱讀和參考。

為了適應研究生“研究性”與“自主性”學習的要求，我們設(shè)計的《計算機網(wǎng)絡(luò)高級教程》內(nèi)容的覆蓋范圍寬，涉及當前網(wǎng)絡(luò)研究的多個領(lǐng)域；《計算機網(wǎng)絡(luò)高級編程技術(shù)》總的編程訓練量大，問題近似實戰(zhàn)，難度差異也比較明顯。為了有利于學生自主學習，我們對每個課題都提供了入門所需要的資料、工具與實現(xiàn)方法的范例，學生可以通過自學的方式完成訓練要求。

2 《計算機網(wǎng)絡(luò)高級教程》教材的編寫

研究生教材體系由《計算機網(wǎng)絡(luò)高級教程》與《計算機網(wǎng)絡(luò)高級軟件編程技術(shù)》兩部相互配套的教材組成。主教材《計算機網(wǎng)絡(luò)高級教程》重點討論了網(wǎng)絡(luò)研究的最新發(fā)展與研究的熱點問題，力求達到“反映計算機網(wǎng)絡(luò)前沿研究成果與發(fā)展趨勢”的要求。

《計算機網(wǎng)絡(luò)高級教程》分12章按網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的三條主線討論了技術(shù)的演變與發(fā)展。其中：

第1章對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究與發(fā)展的階段、重點問題和基本概念，以及各個階段的標志性技術(shù)作了一個概要的總結(jié)。

第2章討論了廣域網(wǎng)（WAN）技術(shù)的演變與發(fā)展趨勢。

第3章討論了局域網(wǎng)技術(shù)，尤其是對高速局域網(wǎng)（Gigabit Ethernet與10 Gigabit Ethernet）和無線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)作了較為系統(tǒng)地討論。

第4章討論了城域網(wǎng)（MAN）概念的演變，以及寬帶城域網(wǎng)組建技術(shù)與接入網(wǎng)技術(shù)。

第5章對IPv4協(xié)議近年來的發(fā)展與演變過程作了較為全面地總結(jié)和討論。

第6章對IPv6的基本內(nèi)容與應用方法進行了較為系統(tǒng)地介紹。

第7章對移動IP的基本概念與關(guān)鍵技術(shù)作了系統(tǒng)地介紹。

第8章對傳輸層分布式進程通信的概念，以及TCP、UDP協(xié)議進行了系統(tǒng)地討論。

第9章對應用層協(xié)議與Internet應用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)進行了系統(tǒng)地討論。

第10章對無線自組網(wǎng)絡(luò)（Ad hoc Network）與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）、無線網(wǎng)格網(wǎng)（WMN）的概念、特點、體系結(jié)構(gòu)，以及關(guān)鍵技術(shù)的研究與進展作了比較全面地總結(jié)和介紹。

第11章討論了網(wǎng)絡(luò)安全與網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)。

第12章對國外大學與產(chǎn)業(yè)界在評價研究成果時常用的網(wǎng)絡(luò)性能分析開源工具、網(wǎng)絡(luò)模擬開源工具及其應用進行了系統(tǒng)地介紹。

在準備這本書的資料和寫作的過程中，作者有兩點體會最為深刻。一是盡管Internet技術(shù)與Ad hoc網(wǎng)、WSN、WMN在設(shè)計目的、應用的領(lǐng)域與技術(shù)特點上差異很大，但是在研究方法上基本上是相通的，并且在高層又都匯集到Internet之中。二是盡管作者認真地在這個領(lǐng)域已經(jīng)工作了20多年，但是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展得實在是太快了，個人的研究工作與閱歷不可能涉及到各個領(lǐng)域。個人與團隊的研究工作也只能是限制在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的幾個比較窄的方面，深度也十分有限。因此在系統(tǒng)地總結(jié)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的研究與進展時感到難度很大。盡管也經(jīng)常與同行交流和請教，仍然是力不從心。但是本著對學生學習負責的態(tài)度，還是堅持完成了寫作任務(wù)。這部教材應該說是匯聚了很多人的研究心血，作者只能是將個人能夠理解的部分按照自己的思路整理出來，以便讀者學習和研究。作者試圖在相關(guān)章節(jié)的后面注明某些研究工作總結(jié)與論文的出處，以及相關(guān)的參考文獻、文檔與標準，請有興趣的讀者自己去閱讀相關(guān)的文獻與標準。

3 《計算機網(wǎng)絡(luò)高級軟件編程技術(shù)》教材的編寫

高素質(zhì)創(chuàng)新性計算機人才應具有較強的實踐能力。社會對網(wǎng)絡(luò)人才的需求十分強烈。但是真正懂網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠具備深入到網(wǎng)絡(luò)協(xié)議內(nèi)部的高層次網(wǎng)絡(luò)應用系統(tǒng)設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)軟件編程能力的軟件人才是非常缺乏的，也是社會急需的高級人才。研究生要能夠做出有自主知識產(chǎn)權(quán)、創(chuàng)新性的成果，就必須踏踏實實地苦練內(nèi)功。編著《計算機網(wǎng)絡(luò)高級軟件編程技術(shù)》一書，是希望對高級網(wǎng)絡(luò)軟件人才的培養(yǎng)貢獻一點力量。

《計算機網(wǎng)絡(luò)高級軟件編程技術(shù)》的特點可以總結(jié)為以下幾點。

(1) 在總結(jié)了20多年科研工作經(jīng)驗與研究生教學工作實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，構(gòu)思了教材的寫作思路與全書的內(nèi)容結(jié)構(gòu)。

(2) 參考了國內(nèi)外知名大學網(wǎng)絡(luò)課程訓練與著名信息技術(shù)企業(yè)在員工網(wǎng)絡(luò)軟件編程訓練中的相關(guān)資料與文獻。

(3) 結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在Internet、無線網(wǎng)絡(luò)與信息安全等3條發(fā)展主線，總結(jié)提煉出22個網(wǎng)絡(luò)軟件編程題目。

(4) 軟件編程題目的選擇考慮到不同協(xié)議層次的覆蓋問題，同時將軟件編程題目分為基礎(chǔ)訓練、綜合訓練與提高訓練3種類型和5個難度級。讀者可以參考選題指導，根據(jù)不同的要求和不同的基礎(chǔ)，有選擇地、循序漸進地完成網(wǎng)絡(luò)軟件編程訓練，實現(xiàn)“通過實際編程問題的訓練，達到深入理解網(wǎng)絡(luò)基本工作原理，掌握網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中軟件編程方法，提高網(wǎng)絡(luò)軟件編程能力”的目的。

(5) 網(wǎng)絡(luò)軟件編程技術(shù)的學習可以獨立于某一本特定的教材，完成訓練不需要任何特殊的硬件環(huán)境和編程語言。