“通信網(wǎng)絡(luò)”課程體系建設(shè)和教學(xué)實(shí)踐

王霄峻， 陳曉曙

(東南大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院， 江蘇 南京 210096)

“通信網(wǎng)絡(luò)”課程體系建設(shè)和教學(xué)實(shí)踐

王霄峻， 陳曉曙

(東南大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院， 江蘇 南京 210096)

隨著通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，“通信網(wǎng)絡(luò)”課程體系的建設(shè)在各高校電子信息類專業(yè)得到了更多的關(guān)注。本文基于長期的課程教學(xué)和科研跟蹤，就體系建設(shè)的內(nèi)容和方式方法進(jìn)行了探索，建設(shè)了相對完整的體系內(nèi)容和形式多樣的教學(xué)方法，使學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)更清晰、全面理解通信網(wǎng)基礎(chǔ)原理及基本技術(shù)，同時(shí)具備適應(yīng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展的學(xué)習(xí)、研究與創(chuàng)新的能力。

通信網(wǎng)絡(luò)；課程；課程體系

通信網(wǎng)絡(luò)是信息通信技術(shù)的重要組成部分，通信網(wǎng)絡(luò)相關(guān)課程是電子信息類專業(yè)必不可少的重要的專業(yè)課程。

1 通信網(wǎng)絡(luò)課程體系當(dāng)前狀況

當(dāng)前國內(nèi)高校本科相關(guān)專業(yè)在通信網(wǎng)絡(luò)類課程的建設(shè)上普遍存在如下問題：

1)課程開設(shè)缺乏體系構(gòu)筑

各高校本科電子信息專業(yè)傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)課程體系包括“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”和“通信網(wǎng)”兩門課程。其中“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”以計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)技術(shù)為主線，圍繞局域網(wǎng)和TCP/IP技術(shù)展開內(nèi)容；而“通信網(wǎng)”則包含通信網(wǎng)理論基礎(chǔ)和電信網(wǎng)具體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的教學(xué)。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與電信網(wǎng)絡(luò)在理論、技術(shù)和應(yīng)用上的快速融合，這種將通信網(wǎng)絡(luò)人為割離成兩大部分的課程體系已不合時(shí)宜，并且缺乏對各種網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)內(nèi)容的覆蓋。

最近幾年已有部分高校開始重新設(shè)定本科“通信網(wǎng)絡(luò)”課程體系，包括“通信網(wǎng)原理”、“網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)”和“網(wǎng)絡(luò)技術(shù)前沿”等課程[1]。兩類網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已在內(nèi)容上不再人為分割，但課程體系覆蓋內(nèi)容、課程數(shù)量、各門課的學(xué)時(shí)和教學(xué)形式都有待進(jìn)一步完善。而大部分高校則在傳統(tǒng)的課程體系基礎(chǔ)上，少量增加一些熱門課程，如“無線自組網(wǎng)”、“物聯(lián)網(wǎng)”等等，但存在知識(shí)點(diǎn)離散，與基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)課程關(guān)系不明確的瑕疵。

2)教材建設(shè)嚴(yán)重滯后

國內(nèi)現(xiàn)有的多種主要教材，仍各自分別圍繞傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)和電信通信網(wǎng)兩條路線展開內(nèi)容，體系不完整的問題在教材上也同樣體現(xiàn)[2，3]。而圍繞通信網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的大量出版物均為專業(yè)論著，用作教材并不合適。

國外有部分優(yōu)秀教材，如《High_Performance_Communication_Networks》，主線明確，結(jié)構(gòu)清晰，但總體面向研究生教學(xué)，內(nèi)容和深度上不太合適本科生使用[4]；再如《Communication Networks》，內(nèi)容覆蓋較全面，但內(nèi)容組織缺乏整體性，結(jié)構(gòu)不清晰[5]。并且，這些優(yōu)秀教材，撰寫和出版時(shí)間均在10年之前，其內(nèi)容無法準(zhǔn)確和完整地描述當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)及其發(fā)展趨勢的真實(shí)面貌。

3)教學(xué)方式單一落后

目前國內(nèi)高校在通信網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)形式上仍主要沿襲傳統(tǒng)的教師講授、學(xué)生聽課的單向形式，缺乏互動(dòng)，學(xué)生參與感較弱，尤其在各種具體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的學(xué)習(xí)過程中，這種方式學(xué)習(xí)效率低，且很難激發(fā)學(xué)生研究興趣和創(chuàng)新意識(shí)。

另外，與傳統(tǒng)“電工電子”、“通信原理”等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比，“通信網(wǎng)絡(luò)”課程在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)零散、缺失的狀態(tài)已維持多年。

鑒于上述原因，如何讓學(xué)生清晰、準(zhǔn)確、全面和深刻地認(rèn)識(shí)、理解、掌握通信網(wǎng)的基本理論與技術(shù)，在通信網(wǎng)不斷發(fā)展變化的進(jìn)程中把握其本質(zhì)，是急需解決的難題，這促使我們在“通信網(wǎng)絡(luò)”課程體系上，就課程的開設(shè)與安排、教材編寫和選取以及教學(xué)形式、方法和手段的實(shí)施上進(jìn)行不斷地探索和改革。

2 課程體系涵蓋的教學(xué)內(nèi)容

我?！巴ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)”課程體系的設(shè)計(jì)，主要針對以下三個(gè)出發(fā)點(diǎn)：

(1)達(dá)到研究型大學(xué)本科電子信息專業(yè)課程教學(xué)在問題分析、研究設(shè)計(jì)、工程知識(shí)、使用現(xiàn)代工具、溝通、創(chuàng)新和終身學(xué)習(xí)等多方面的培養(yǎng)要求；

(2)著力于打破傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和電信通信網(wǎng)兩個(gè)不同課程之間的樊籬，形成完整的課程體系，力求主線清晰，內(nèi)容豐滿；

(3)理論與實(shí)際相結(jié)合，關(guān)注網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的新趨勢。

基于以上三點(diǎn)，“通信網(wǎng)絡(luò)”課程體系的教學(xué)內(nèi)容主要包括三大部分：原理與理論部分、技術(shù)與應(yīng)用的基礎(chǔ)部分和技術(shù)與應(yīng)用的高級部分，如表1所示。

(1)通過對通信信息、信號(hào)、系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)的清晰定義，建立起準(zhǔn)確而科學(xué)的通信網(wǎng)概念，在此基礎(chǔ)上全面地介紹構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的四個(gè)主要部分：業(yè)務(wù)與終端、傳輸系統(tǒng)、交換系統(tǒng)和控制協(xié)議，以及其主要的具體研究內(nèi)容和技術(shù)，從而初步建立起結(jié)構(gòu)清晰的網(wǎng)絡(luò)研究內(nèi)容的框架體系結(jié)構(gòu)。

(2)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、排?duì)論和分布多址接入系統(tǒng)分析等是網(wǎng)絡(luò)研究的理論基礎(chǔ)知識(shí)，揭示了實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)研究目標(biāo)的內(nèi)在客觀規(guī)律，也為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究指引著正確的方向。鑒于通信網(wǎng)絡(luò)理論概念建立的特殊性，即其對隨機(jī)性事物的科學(xué)描述，考慮到學(xué)習(xí)的循序漸進(jìn)以及理論聯(lián)系實(shí)際的需要，在內(nèi)容上不強(qiáng)調(diào)復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，而是更側(cè)重于原則、方法和結(jié)論的交代，突出其形象物理含義的建立，使學(xué)生認(rèn)識(shí)并掌握分析和優(yōu)化通信網(wǎng)絡(luò)的基本理論知識(shí)和方法，認(rèn)識(shí)、理解并建立起通信網(wǎng)研究追求質(zhì)量與效率統(tǒng)一研究目標(biāo)的核心概念。

(3)技術(shù)與應(yīng)用的基礎(chǔ)部分和高級部分，是課程體系的核心內(nèi)容。結(jié)合各種具體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的學(xué)習(xí)，來進(jìn)一步深化對通信網(wǎng)基礎(chǔ)理論的認(rèn)識(shí)和理解，使學(xué)生學(xué)會(huì)用科學(xué)方法來具體分析、研究乃至設(shè)計(jì)、創(chuàng)新通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。為了避免大量具體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的簡單堆砌，一方面將所有技術(shù)歸結(jié)到通信網(wǎng)研究核心統(tǒng)一尺度上開展論述，有利于比較認(rèn)識(shí)；另一方面采用核心網(wǎng)、接入網(wǎng)、用戶網(wǎng)的橫向空間功能結(jié)構(gòu)，以及傳輸網(wǎng)、交換網(wǎng)、智能網(wǎng)的縱向?qū)哟喂δ芙Y(jié)構(gòu)交叉描述的方法，多角度、全方位地對通信網(wǎng)各種技術(shù)的地位、作用、關(guān)系、問題及發(fā)展展開介紹，以求學(xué)生能夠完整、全面地認(rèn)識(shí)、理解和掌握。

表1 通信網(wǎng)絡(luò)課程體系的教學(xué)內(nèi)容

3 課程體系內(nèi)課程設(shè)計(jì)

“通信網(wǎng)絡(luò)”課程的內(nèi)容十分豐富，從原理到技術(shù)，從理論到應(yīng)用，而且處于快速發(fā)展過程中，而大學(xué)本科電子信息專業(yè)留給通信網(wǎng)絡(luò)相關(guān)課程的總學(xué)時(shí)有限，寬口徑培養(yǎng)的基調(diào)也不可能要求所有學(xué)生對通信網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)面面俱到。因此結(jié)合教學(xué)體系內(nèi)容，對體系內(nèi)各課程的安排設(shè)計(jì)如表2所示。

1)學(xué)位課程“信息通信網(wǎng)絡(luò)概論”

這門課融合了傳統(tǒng)的“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”和“通信網(wǎng)”課程的主要內(nèi)容，包括體系內(nèi)容中“原理與理論部分“和”技術(shù)與應(yīng)用的基礎(chǔ)部分”。課程教學(xué)目的如下：明確并突出信息通信網(wǎng)絡(luò)的定義及網(wǎng)絡(luò)研究的根本目標(biāo)；全面介紹通信網(wǎng)絡(luò)原理基礎(chǔ)，確立通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論和原理對信息通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的根本指導(dǎo)地位；圍繞通信網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)核心，借助層次結(jié)構(gòu)描述方法，采用理論與實(shí)際技術(shù)密切聯(lián)系的方法，全面介紹各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)上所發(fā)揮的作用、特點(diǎn)、優(yōu)勢與局限；基于比較鑒別的方法，全面介紹各種各層次網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相互間地位、聯(lián)系、作用以及融合發(fā)展的歷史與趨勢。

表2 體系內(nèi)課程設(shè)計(jì)

該課程教學(xué)避免陷入對技術(shù)細(xì)節(jié)的過多描述。如“電路交換網(wǎng)”章節(jié)，對電話交換機(jī)本身，只描述基本構(gòu)成和功能，實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)則一帶而過。這既是因?yàn)閭鹘y(tǒng)電話交換機(jī)技術(shù)已在逐步被軟交換和IMS淘汰，也是為了避免把有限的課時(shí)浪費(fèi)在完全可以自我學(xué)習(xí)的內(nèi)容上。

得到頻繁項(xiàng)集以后，通過菜單項(xiàng)“關(guān)聯(lián)規(guī)則導(dǎo)出”，即可導(dǎo)出關(guān)聯(lián)規(guī)則，對導(dǎo)出的關(guān)聯(lián)規(guī)則，進(jìn)行進(jìn)一步分析，找到有意義的規(guī)則，對公司的決策提供支持。

課程采用中英雙語課堂授課方式，其中英文授課環(huán)節(jié)主要體現(xiàn)在英文參考書、部分多媒體英文課件和英文習(xí)題上。

2)多門選修性質(zhì)的研討課程

這些課程的教學(xué)內(nèi)容組成技術(shù)與應(yīng)用的高級部分，為技術(shù)與應(yīng)用的基礎(chǔ)部分的拓展和深入。每門課程覆蓋其中一部分內(nèi)容。

(1)突出作為現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)主要承載技術(shù)的IP進(jìn)階部分的教學(xué)，包括組播技術(shù)和IPv6及過渡技術(shù)等，同時(shí)通過局域網(wǎng)組網(wǎng)了解實(shí)際網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行技術(shù)，培養(yǎng)動(dòng)手能力；學(xué)生可使用交換機(jī)、路由器模擬軟件(如Cisco packet tracer等)，進(jìn)行VLAN、三層交換、IPv6和VPN等配置和測試實(shí)驗(yàn)。

(2)結(jié)合當(dāng)前無線和移動(dòng)通信的研究熱點(diǎn)以及本學(xué)院優(yōu)勢學(xué)科在這方面的研發(fā)積累，開設(shè)多門與無線通信網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的研討課。這些課程可由相關(guān)科研領(lǐng)域有專長的教師結(jié)合自身科研項(xiàng)目進(jìn)行教學(xué)，以更好的引領(lǐng)學(xué)生從單純的課堂知識(shí)學(xué)習(xí)向科學(xué)研究領(lǐng)域入門。教學(xué)內(nèi)容可能會(huì)有部分重疊交叉，但側(cè)重點(diǎn)并不相同。

(3)開設(shè)“下一代網(wǎng)絡(luò)”研討課，通過對下一代網(wǎng)絡(luò)NGN(含NGI、NGB等)的學(xué)習(xí)，了解下一代融合、開放、統(tǒng)一承載的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，了解電信大網(wǎng)研究和發(fā)展動(dòng)向(如GMPLS技術(shù)和光交換技術(shù))，并且通過對IMS技術(shù)的學(xué)習(xí)與移動(dòng)通信的演進(jìn)發(fā)展結(jié)合起來。

(4)開設(shè)網(wǎng)絡(luò)仿真研討課程，結(jié)合無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)例，學(xué)習(xí)通信網(wǎng)絡(luò)仿真的基本方法、各環(huán)節(jié)模型的建立以及評價(jià)指標(biāo)的選取，掌握仿真工具的使用和仿真數(shù)據(jù)整理。通過該課程，使得學(xué)生學(xué)會(huì)用數(shù)學(xué)的語言研究通信網(wǎng)絡(luò)，掌握通信網(wǎng)絡(luò)性能分析技巧，加深對通信網(wǎng)絡(luò)工作原理的理解。

以上選修課程全部采用研討課的形式，具體方式如下：

(1)教師講課課時(shí)不超過35%，并在課程范圍內(nèi)布置多個(gè)研究課題供學(xué)生選擇研究；

(2)學(xué)生每4～5人為一組，選擇感興趣課題進(jìn)行研究，要求每人撰寫綜述性文章；

(3)每組針對選擇課題撰寫綜述性演示文稿，選一人進(jìn)行15分鐘匯報(bào)，并與同組成員一起回答其他組學(xué)生的提問，并與教師展開討論；

(4)教師根據(jù)綜述文章、匯報(bào)和討論情況，對每人進(jìn)行考核。

課程體系所列的選修課程，目的在于加強(qiáng)互動(dòng)，使學(xué)生學(xué)會(huì)自主學(xué)習(xí)，激發(fā)和培養(yǎng)創(chuàng)造性思維能力，在課堂學(xué)習(xí)與科研之間構(gòu)筑過渡的橋梁。

4 課程體系的教材建設(shè)

所設(shè)計(jì)的通信網(wǎng)絡(luò)體系課程眾多，需要一本內(nèi)容全面、組織合理、深度合適的教材。現(xiàn)已根據(jù)課程體系內(nèi)容展開了教材編寫工作。

(1)教材按體系內(nèi)容分為兩大部分：原理與理論部分、技術(shù)與應(yīng)用部分。

(2)原理與理論部分，在排隊(duì)論和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳糠郑趶V度和深度上進(jìn)行擴(kuò)充，并加入通信網(wǎng)絡(luò)研究中常用的優(yōu)化方法、算法。

(3)出于教材整體性考慮，將體系內(nèi)容中技術(shù)與應(yīng)用的基礎(chǔ)部分與高級部分進(jìn)行合并，表1中高級部分的3、4、5單列成章，但考慮到教材性質(zhì)，以綜述為主，并提供大量中英文參考文獻(xiàn)供拓展閱讀。

以上教材編寫路線，同時(shí)也能為編寫研究生通信網(wǎng)絡(luò)課程教材提供參考。

5 結(jié)語

本課程體系建設(shè)已在我校信息科學(xué)與工程學(xué)院和吳健雄學(xué)院開展，并初現(xiàn)成效，得到了學(xué)生積極的反饋。于此同時(shí)，教材和教輔材料方面的工作正在推進(jìn)之中，教學(xué)形式也在邊實(shí)踐邊提高的過程之中。我們希望，本課程體系的建設(shè)能對進(jìn)一步促進(jìn)高?！巴ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)發(fā)展做出自己的貢獻(xiàn)。

[1] 清華大學(xué)電子工程系. 課程體系. http://www.ee.tsinghua.edu.cn/publish/ee/3707/index.html, 2015

[2] 謝希仁. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(第6版)[M]. 北京：電子工業(yè)出版社. 2013

[3] 王承恕. 現(xiàn)代通信網(wǎng)[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2005

[4] J Walrand, P Varaiya. High-Performance Communication Networks [M]. Burlington: Morgan Kaufmann，1999

[5] A. L. Garcia. Communication Networks [M]. New York: McGraw-Hill Companies, 2003

[6] 王霄峻,陳曉曙.大學(xué)電子信息類專業(yè)“通信網(wǎng)”課程教改探索[J]. 南京：電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào).2007.12.29(6):16-17,20.

System Construction and Teaching Practice of Communication Networks Curriculum

WANG Xiao-jun, CHEN Xiao-shu

(SchoolofInformationScienceandEngineering,SoutheastUniversity,Nanjing210096,China)

The construction of Communication Networks curriculums system has received more attention in the electronic and information specialty of many universities with the development and application of communication networks. Based on teaching and researching in the long term, the content and methods of the system construction are discussed to establish more comprehensive curriculum system and various teaching methods in this paper. The system construction is to help students to understand the principles and basic techniques more clearly and more comprehensively, and to master the ability to study, innovate and adapt the development of communication networks techniques.

communication networks； courses： curriculums system

2015-09-23;

2015-11- 10 基金項(xiàng)目: 東南大學(xué)校級教改研究項(xiàng)目(2013-011)、江蘇省未來網(wǎng)絡(luò)前瞻性研究項(xiàng)目(BY2013095-4-19)江蘇高校品牌建設(shè)工程項(xiàng)目(PPZY2015A035)

王霄峻(1975-)，男，博士，副教授，主要從事無線通信和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與科研，E-mail:wxj@seu.edu.cn 陳曉曙(1963-)，男，碩士，教授，主要從事無線通信和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與科研，E-mail:xchen@seu.edu.cn

G642.0; TN919.2

A

1008-0686(2016)02-0039-04