“網(wǎng)絡(luò)性能分析”課程問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法初探

徐慧+王春枝+陳宏偉

摘 要：針對(duì)湖北工業(yè)大學(xué)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)“網(wǎng)絡(luò)性能分析”課程教學(xué)存在的問題，提出問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法，并構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)性能分析核心問題驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式，指出驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)應(yīng)用時(shí)需要注意的問題，旨在探索面向物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的“網(wǎng)絡(luò)性能分析”課程教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)工程；網(wǎng)絡(luò)性能分析；問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-4107（2014）02-0042-02

收稿日期：2013-07-10

作者簡介：徐慧（1983—），女，湖北武漢人，湖北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院講師，主要從事網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)管理研究。

基金項(xiàng)目：湖北省高等學(xué)校省級(jí)教學(xué)改革研究項(xiàng)目“面向物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)管理與安全課程群建設(shè)”（2012273）；湖北省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“基于P2P技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)同管理機(jī)制研究”（2012FFB00601）

《國務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》針對(duì)新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)領(lǐng)域，提出“促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算的研發(fā)和示范應(yīng)用”[1]?！熬W(wǎng)絡(luò)性能分析”課程作為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)網(wǎng)絡(luò)管理與安全課程群中的一門重要課程，其教學(xué)方法是一個(gè)急需解決和值得探討的問題。本文結(jié)合湖北工業(yè)大學(xué)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)“網(wǎng)絡(luò)性能分析”課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)展開討論，提出問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法，闡述網(wǎng)絡(luò)性能分析核心問題驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式，并思考問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)應(yīng)用時(shí)需要注意的內(nèi)容。

一、運(yùn)用問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法的意義

目前，網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)網(wǎng)絡(luò)性能分析方面的本科教材比較少，而面向物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)性能分析方面的本科教材就更加有限。盡管“網(wǎng)絡(luò)性能分析”課程是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)網(wǎng)絡(luò)管理與安全課程群中的一門重要課程，但是教材的局限性給課程教學(xué)的具體實(shí)施帶來了不少的困難。

相對(duì)于其他知識(shí)體系比較成熟的課程，“網(wǎng)絡(luò)性能分析”課程仍缺乏相對(duì)固定的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)。在網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)“網(wǎng)絡(luò)性能分析”課程的教學(xué)過程中，我們發(fā)現(xiàn)這種教材局限性帶來困難的同時(shí)也為課程教學(xué)帶來了新的機(jī)遇。在這一背景下，我們提出問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法，在教學(xué)過程中通過引入網(wǎng)絡(luò)性能分析的核心問題，激發(fā)學(xué)生尋求解決方案的興趣，進(jìn)而指導(dǎo)學(xué)生開放思想，不斷地幫助學(xué)生建立并完善網(wǎng)絡(luò)性能分析的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)。

二、網(wǎng)絡(luò)性能分析核心問題驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式的構(gòu)建

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)性能分析而言，為了給學(xué)生一個(gè)較為清晰的概念，課程教學(xué)過程中我們首先提出第一個(gè)核心問題，并圍繞該問題，引導(dǎo)學(xué)生建立網(wǎng)絡(luò)性能的初步概念。

（一）量度網(wǎng)絡(luò)性能的重要性

“網(wǎng)絡(luò)性能分析”課程的相關(guān)先修課程已從一些角度考慮過網(wǎng)絡(luò)性能問題，在此基礎(chǔ)上，指導(dǎo)學(xué)生思考僅僅停留在定性描述（如從速度的角度分為高速和低速等）的層面上能否確切地比較兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的特征。

在引導(dǎo)學(xué)生思考核心問題的過程中，幫助學(xué)生整理已有知識(shí)，并希望學(xué)生通過經(jīng)驗(yàn)逐步意識(shí)到，這種定性方法不足以確切地比較兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的特征，而需要使用定量的量度來精確地描述網(wǎng)絡(luò)的性能。

（二）網(wǎng)絡(luò)性能的度量指標(biāo)

通過這一核心問題的提出，指導(dǎo)學(xué)生結(jié)合真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)體驗(yàn)，如即時(shí)聊天工具和IPTV業(yè)務(wù)等，逐步了解網(wǎng)絡(luò)性能的度量指標(biāo)，并結(jié)合實(shí)際為學(xué)生解釋延遲、吞吐量、丟包率等主要的網(wǎng)絡(luò)性能度量指標(biāo)。

更進(jìn)一步，引導(dǎo)學(xué)生思考這些網(wǎng)絡(luò)性能度量指標(biāo)是否具有一定的相關(guān)性。例如，可以通過道路交通堵塞的例子說明吞吐量與延遲之間不是獨(dú)立無關(guān)的，即將吞吐量類比為道路車輛，將延遲類比為車輛擁塞情況，這樣學(xué)生可以通過實(shí)例了解吞吐量與延遲之間存在一定的關(guān)聯(lián)：吞吐量的增加將導(dǎo)致延遲隨之增加，以及當(dāng)吞吐量接近網(wǎng)絡(luò)容量的100%時(shí)，延遲急劇上升等事實(shí)。按照這一思路，繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生思考如何測(cè)量在某一時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)正在傳輸中的數(shù)據(jù)量，學(xué)生這時(shí)則比較容易得到采用吞吐量與延遲的乘積這種方式。

（三）網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的測(cè)量

關(guān)于網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的測(cè)量問題，首先引導(dǎo)學(xué)生通過常用的網(wǎng)絡(luò)抓包工具觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)流量，監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)性能。這一解決方案在相關(guān)先修課程中都有所涉及，并且具有一定的通用性，可以幫助學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)測(cè)量問題形成一個(gè)比較容易掌握的解決方案。在實(shí)際教學(xué)過程中，還需要從多視角引導(dǎo)學(xué)生思考這一核心問題。

一方面，指導(dǎo)學(xué)生嘗試將網(wǎng)絡(luò)測(cè)試方法學(xué)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)性能分析中。網(wǎng)絡(luò)測(cè)試方法學(xué)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)RFC文檔詳細(xì)介紹了按照網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)逐層的主要技術(shù)指標(biāo)[2]。由于暫時(shí)沒有網(wǎng)絡(luò)測(cè)試設(shè)備的支持，可以通過常用的網(wǎng)絡(luò)測(cè)試命令測(cè)量網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，依據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件，也可以考慮從軟件開發(fā)的角度實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的測(cè)量。

另一方面，鑒于先修的網(wǎng)絡(luò)管理相關(guān)課程已經(jīng)幫助學(xué)生掌握網(wǎng)絡(luò)管理事實(shí)上的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)——簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（Simple Network Management Protocol，SNMP）的理論體系，引導(dǎo)學(xué)生相互間討論網(wǎng)絡(luò)管理理論在網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)測(cè)量方面應(yīng)用的可行性，并嘗試應(yīng)用基于SNMP標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)用開發(fā)方法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能管理功能。

從多視角思考“如何測(cè)量網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)”這一核心問題將有助于學(xué)生在不同場(chǎng)景下選擇合適的方案實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的測(cè)量。當(dāng)然，這同時(shí)又需要研究測(cè)量結(jié)果的可信度問題。

（四）網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)測(cè)量結(jié)果的可信度

考慮到網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的測(cè)量結(jié)果，指導(dǎo)學(xué)生討論其可信度問題。

通過提問的方式引導(dǎo)學(xué)生意識(shí)到，無論是采用網(wǎng)絡(luò)抓包工具、網(wǎng)絡(luò)測(cè)試命令，還是網(wǎng)絡(luò)管理方法，發(fā)送用來測(cè)量網(wǎng)絡(luò)性能的通信量本身有可能又會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的性能，進(jìn)而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的不可信。

另外，從精確測(cè)量的角度，引導(dǎo)學(xué)生思考網(wǎng)絡(luò)條件的不斷變化、網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的突發(fā)行為等對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)測(cè)量結(jié)果的影響。

三、應(yīng)用問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法需要注意的問題

考慮到物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才的培養(yǎng)問題，目前存在缺乏學(xué)科交叉培養(yǎng)、人才專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)單一等問題，而物聯(lián)網(wǎng)工程教育與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)又存在著一定程度的脫節(jié)。采用提出的這種問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)應(yīng)用時(shí)需要注意的內(nèi)容是值得我們深入探討的。

在面向物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的“網(wǎng)絡(luò)性能分析”課程教學(xué)過程中，應(yīng)用問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法，在此基礎(chǔ)上需要進(jìn)一步考慮在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)應(yīng)用問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法時(shí)需要注意的問題。

（一）引進(jìn)CDIO工程教育模式，提高學(xué)生的實(shí)踐能力

在面向物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的“網(wǎng)絡(luò)性能分析”課程教學(xué)改革過程中，引進(jìn)國際先進(jìn)的CDIO（Conceive構(gòu)思、Design設(shè)計(jì)、Implement實(shí)現(xiàn)和Operate運(yùn)行）工程教育模式。

作為近年來國際工程教育改革的最新成果，CDIO 工程教學(xué)模式以工程實(shí)踐為載體， 培養(yǎng)學(xué)生掌握基礎(chǔ)工程技術(shù)知識(shí)，加強(qiáng)動(dòng)手操作能力，這將有利于推進(jìn)問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)“網(wǎng)絡(luò)性能分析”課程教學(xué)中的具體實(shí)施。

在將問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法應(yīng)用于面向物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的“網(wǎng)絡(luò)性能分析”課程教學(xué)時(shí)，考慮按照CDIO工程教育理念培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)地掌握物聯(lián)網(wǎng)性能相關(guān)理論、技術(shù)和方法，建立網(wǎng)絡(luò)性能分析知識(shí)體系，最終具備網(wǎng)絡(luò)性能分析的實(shí)踐技能，能夠參與物聯(lián)網(wǎng)性能相關(guān)研究、開發(fā)與應(yīng)用，承擔(dān)一定的創(chuàng)新性工作。

（二）利用多層次實(shí)踐平臺(tái)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力

從課程實(shí)踐的角度，湖北工業(yè)大學(xué)全天（包括晚上與周末）對(duì)所有本科生開放計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室、計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)室等專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生提高網(wǎng)絡(luò)性能分析實(shí)踐能力提供了較好的條件。我們通過引導(dǎo)學(xué)生思考網(wǎng)絡(luò)性能分析核心問題的解決方案，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)的指導(dǎo)和管理，合理安排實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。

近年來，湖北工業(yè)大學(xué)投入大量經(jīng)費(fèi)建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室。2010年，湖北工業(yè)大學(xué)與武漢奮進(jìn)電力技術(shù)有限公司和武漢思美特科技公司聯(lián)合建立物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室和科研基地。2011年，湖北工業(yè)大學(xué)與臺(tái)灣晶心宏科技有限公司確定合作關(guān)系，作為一家集成電路企業(yè)，臺(tái)灣晶心宏科技有限公司捐贈(zèng)相關(guān)設(shè)備用于建立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，并請(qǐng)來企業(yè)資深培訓(xùn)師通過直接上機(jī)實(shí)踐操作指導(dǎo)學(xué)生嵌入式開發(fā)。

所有這些實(shí)踐平臺(tái)從多層次為面向物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的“網(wǎng)絡(luò)性能分析”課程實(shí)踐提供了開放場(chǎng)地與各種硬件設(shè)備的支持，有利于應(yīng)用問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法指導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)踐思考物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)性能分析的新問題，并通過創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)尋求解決方案。

考慮到“網(wǎng)絡(luò)性能分析”課程是湖北工業(yè)大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)網(wǎng)絡(luò)管理與安全課程群中的一門重要課程，本文旨在探索面向物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的“網(wǎng)絡(luò)性能分析”課程教學(xué)方法。我們提出問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法，并將網(wǎng)絡(luò)性能分析核心問題驅(qū)動(dòng)的這種教學(xué)模式應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的教學(xué)過程中，教學(xué)效果良好。當(dāng)采用這種問題驅(qū)動(dòng)式方法在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)應(yīng)用時(shí)，我們積極探索從網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)過渡到物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)需要注意的內(nèi)容，最終為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)管理與安全課程群建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

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