在職工程碩士高級計算機網(wǎng)絡教學組織與建設

孫偉峰+邱鐵+惠煌

摘 要：針對研究生教學特別是在職研究生教學面對的問題，以“高級計算機網(wǎng)絡”課程為例，分析研究研究生課程的教學內容組織形式。對“互聯(lián)網(wǎng)+”模式下的技術使用進行討論，說明方案如何應用于在職研究生高級計算機網(wǎng)絡課程。

關鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)+；組織模式；技術主線

文章編號：1672-5913（2017）05-0121-04

中圖分類號：G642

1 背 景

隨著計算機技術和計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展，使得信息快速傳播?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”是創(chuàng)新2.0下的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的新業(yè)態(tài)，是知識社會創(chuàng)新2.0推動下的互聯(lián)網(wǎng)形態(tài)演進及其催生的經(jīng)濟社會發(fā)展新形態(tài)?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”是互聯(lián)網(wǎng)思維的進一步實踐成果，推動經(jīng)濟形態(tài)不斷地發(fā)生演變，從而激發(fā)社會經(jīng)濟實體的生命力，為改革、創(chuàng)新、發(fā)展提供廣闊的網(wǎng)絡平臺[1]，而這種“互聯(lián)網(wǎng)+”的思想應用于教育教學上，則可以具體對應上MOOC[2]（Massive Open Online Course，慕課）和SPOC[3]（Small Private Online Course，小規(guī)模限制性在線課程）。在教學教法上，將具體網(wǎng)絡應用和網(wǎng)絡資源結合起來充分利用，可以提升教學效率和效果，目前也有一些基于MOOC和SPOC的教學教法研究[4]。

而研究生教學，特別是在職研究生教學，則更適合應用這種“互聯(lián)網(wǎng)+”的教育教學模式。通過“互聯(lián)網(wǎng)+”的方式完善專業(yè)學位研究生教學模式，讓學生完成學校的教育之后能夠在實際工作和科研工作中快速上手，對培養(yǎng)學生動手能力和理論結合實踐能力有著巨大的意義。通過理論學習和實際環(huán)境的操作，還可以激發(fā)學生的科研創(chuàng)新能力，進一步提升研究生培養(yǎng)質量。

2 “互聯(lián)網(wǎng)+”模式下的課程組織模式

對于研究生課程設置來說，有不少基礎課程都和本科生本專業(yè)的課程內容有重合。以大連理工大學軟件學院的工程碩士課程為例，“高級計算機網(wǎng)絡”“高級數(shù)據(jù)庫”“高級軟件工程”“算法導論”“高級操作系統(tǒng)”就同本科生軟件工程專業(yè)的“計算機網(wǎng)絡”“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)”“軟件工程”“數(shù)據(jù)結構與算法”“操作系統(tǒng)”在內容上有重合。有些基礎內容是本科階段已經(jīng)講授過的，導致學生會覺得奇怪，研究生的課程和本科生課程到底有什么區(qū)別，這些課程和本科一樣？以“高級計算機網(wǎng)絡”為例，在脫產(chǎn)的雙證研究生班上課時，就有學生在問“高級計算機網(wǎng)絡高級在哪里”。在這種情況下就需要教師合理組織課程內容，既要抓住課程的核心知識點，又要從更深層次的角度進行導引。

2.1 脫產(chǎn)碩士生的課程組織研究

網(wǎng)絡課程中的主體內容是重復的，特別是網(wǎng)絡中的一些基礎概念和協(xié)議，在各個網(wǎng)絡課程中都要講到，且有大量的重復性教學。重復的教學不能得到較好的學習效果。就如同之前我們曾提到過的[5]，研究生的“高級計算機網(wǎng)絡”教學可以考慮從技術發(fā)展的主線來整理。例如應用層各個協(xié)議的發(fā)展，HTTP協(xié)議從non-persistant HTTP到persistant HTTP，從只支持單對象到支持多個對象；從FTP的PORT傳輸模式到PASS模式的改變，Email客戶端從POP3協(xié)議的普及使用到IMAP4協(xié)議的普及使用。應用層每一個技術的發(fā)展都是從具體應用需求提出的，啟發(fā)學生思考Killer Application促進技術發(fā)展的重要性。

對于其他偏向于協(xié)議改進的層次，如傳輸層來講，除了TCP和UDP的基本理論，還可以介紹TCPng-SCTP[6]、TCP擁塞控制的具體各種改進協(xié)議，針對UDP協(xié)議的擁塞控制協(xié)議DCCP[7]等。對網(wǎng)絡層則從IP地址不足的角度介紹分類別IP地址、VLSM、CIDR、NAT、IPv5、IPv6、IPv7等，當然對于下一代的IP協(xié)議還是以IPv6協(xié)議作為重點介紹，說明IPv6同IPv4相比增加或減少的功能及原因；數(shù)據(jù)鏈路層則可以從CSMA系列展開，如CSMA/CD、CSMA/CA、CSMA/CN[8]、CSMA/CP[9]等。

以上的內容都需要學生利用課下時間通過Internet找相關的文章和素材，提前準備，方便課上介紹和討論等。至于其他的網(wǎng)絡新技術，如無線網(wǎng)絡、網(wǎng)絡安全、網(wǎng)絡管理、光網(wǎng)、量子通信網(wǎng)絡等，則更是需要利用Internet查閱相應的材料。探索網(wǎng)絡課程體系中網(wǎng)絡資源的系統(tǒng)化、網(wǎng)絡教學模式，利用網(wǎng)絡資源進行教學模式的創(chuàng)新，完善網(wǎng)絡課程組織方案。

但是這些組織方法只適合于本專業(yè)、本科學過“計算機網(wǎng)絡”及相關計算機科學技術系課程的研究生，對于在職的工程碩士，則無法直接從系列技術的分析和技術的延展進行組織，需要其他的組織方案。

2.2 在職工程碩士的課程組織研究

在職工程碩士來自于不同的專業(yè)，不同的班級又是不同的情況。以筆者今年上半年上的3門在職工程碩士的高級計算機網(wǎng)絡為例，大連半脫產(chǎn)2016級，56人，每周二、四、五上課，每周7學時，上3周半；大連在職2016級班，50人，每周六晚上上課，每次4學時，上8周；營口在職2016級（AS）班，74人，周四至周日上課，每天4—12學時，4天上課。3個班不同的人數(shù)，不同的上課強度，不同的基礎。其中，大連半脫產(chǎn)2016級的學生雖然不是全日制學生，但是上課的時間集中，同全國統(tǒng)考的碩士生上課形式類似，且周末也會集中上課，2年的研究生課程會在一年以內完成，所以本文還是把這類班級歸到在職工程碩士一類。

基本每個班有一半或一半以上的學生曾經(jīng)是其他專業(yè)的，包括英語、化學、材料、會計等，質量參差不齊，沒有辦法以上一小節(jié)的內容組織教學內容，需要新的教學方法。

除了讓學生課后找相關資料外，在這種類型的班級里筆者采用了問題驅動的方法，在3個班級里都獲得了一定的效果。

（1）舉一個曾經(jīng)用過的“計算機網(wǎng)絡”試卷，提前通過網(wǎng)站、QQ群、微信圈子等方法分發(fā)給學生。要求每位學生在課上回答一個問題，以完成課程參與度的分數(shù)（一般為20%），在學生回答題目的基礎上做知識點的展開。讓學生自己或通過班級QQ群、微信圈子里找其他人詢問、討論，是一種自學或學生互相之間討論的方式。特別是學生互相之間討論的方式，可以激發(fā)學生以P2P的方式詢問和解答問題，解決教師作為“服務器”的瓶頸問題，加快討論速度和效果。endprint

（2）以課件的outline頁為引導，鼓勵學生自己論述某個技術，在某位學生說過后，再進行必要的補充，由學生選擇所在某一層次的技術講解的先后順序。這種對某個技術的論述，也可以作為參與度分數(shù)的評判標準。

（3）在主體內容完成后，提出問題讓大家討論，給有基礎的學生更高的討論。當然討論的問題也可以用于脫產(chǎn)的研究生課程上，這種問題除了細節(jié)外，還會多一些分析或思考。

① UDP頭、IPv4頭、IPv6頭中都有total length或payload length字段，但是在 TCP頭中為什么沒有相應表示segment長度的相應length字段？

② UDP頭、IPv4頭、TCP頭中都有Internet Checksum字段， 但為什么IPv6沒有校驗和字段？

③ 在常見的頭中，都是源地址在前、目的地址在后，如TCP頭和UDP頭中都是源Port在前，目的Port在后；IPv4頭和IPv6頭中都是源IP地址在前，謎底IP地址在后；但在Ethernet幀或802.3幀結構中卻是目標MAC地址在前，源MAC地址在后。

④ token ring的效率理論上要比CSMA/CD高得多，為什么沒有使用token ring？為什么WLAN中的MAC地址會多于兩個？

其他的一些常見的討論，如為何IP地址和MAC地址可以共存，CSMA/CD為什么不能在無線網(wǎng)絡中使用，TCP在有線網(wǎng)絡中的擁塞控制方法為什么在無線網(wǎng)絡中不適用等。

在本次3門在職工程碩士的“高級計算機網(wǎng)絡”課程中，通過這些方法的使用，明顯感覺學生的參與度要好，課上及課間的參與度大大提高，特別是在課下與教師的交流和探討問題的頻率和次數(shù)要大大增多。還有學生因為出差錯過了一次課程，在考試結束后，還專門約時間單獨補上錯過的課程內容。

整體來說，這種組織方法提升了在職研究生培養(yǎng)質量，利用Internet環(huán)境和資源，進行科研與教學相融合的人才培養(yǎng)模式研究與資源實踐的探索，為以后進一步優(yōu)化教學組織方法、培養(yǎng)研究生教學模式提供參考。

2.3 實驗課程材料的組織

理論和實踐結合，一方面要求對于實際問題能夠進行整體把握、進行系統(tǒng)分析，另一方面要求學生對于實際問題能夠通過實驗建立相關的概念模型、數(shù)學模型或解決方案等，以準確描述具體的實際問題。課堂教學與實驗教學是分離的，課堂教學處于主導地位，實驗處于輔助地位。課堂教學具有非常鮮明的灌輸特點，不太強調學習者的內在條件，學生只是接受者的角色，長期下去，學生很難學會學習。理想的學習方法應強調學習者的主導作用，在計算機教育實踐中，要求將課堂教學與實驗教學合二為一，互為補充。強調教師的責任是為學生提供豐富的學習環(huán)境，其顯著特征是基于問題的學習和訓練學生的批判思維，利用各種工具輔助教學，這些工具將和各個抽象層次的可視化支持結合起來。在實際教學過程中，給定一個編程任務，提供學習環(huán)境和背景知識；將課堂教學和實驗有機地結合起來，要求教師把主要的精力放在學習環(huán)境的構建上，將學習的主動權還給學生。特別是對于在職工程碩士來說，很少有機會做配套的實驗，只能從原理和步驟及他人視頻上做一些了解，這就需要學生通過Internet使用優(yōu)質的教育資源，不再單純地依賴授課老師去學習知識。研究生在宿舍或者課余時間就能完成知識的學習，課堂變成了老師與研究生之間和研究生與研究生之間互動的場所，包括答疑解惑、知識運用等，從而達到更好的教育效果。進行實驗的遠程模擬部署和錄像演示并可以遠程訪問，以此讓對課程感興趣的研究生隨時隨地進行遠程學習。

3 分類教學網(wǎng)站的設計和實現(xiàn)

對于教學網(wǎng)站的設計，課件分享和組卷、自動評分系統(tǒng)都已有一些研究，比如在林桂亞等[10]的工作中，根據(jù)學生頻繁使用手機這一趨勢，結合教學環(huán)境和教學改革情況，建立了基于WAP的課程教學網(wǎng)站。吳巧玲等[11]研究了主觀題自動評分系統(tǒng)的實現(xiàn)，系統(tǒng)采用自然語言理解，并依據(jù)CNKI的“知識庫”來作為自動評分的依據(jù)，實現(xiàn)了分類教學網(wǎng)站的設計。

網(wǎng)站的基本功能如圖1所示。網(wǎng)站的訪問者分為兩種，一種是游客，另一種是注冊用戶。游客與注冊用戶共有的功能是搜索與觀看視頻，注冊用戶有修改個人信息、評論以及查看評論等功能。網(wǎng)站的維護者是管理員，管理員負責推薦信息管理、視頻管理、評論管理以及賬戶管理等。網(wǎng)站的核心功能在于視頻管理和評論管理，學生可以作為訪問者觀看網(wǎng)站視頻，并可以用提交評論的方式與其他網(wǎng)站訪問者交流或分享學習心得。網(wǎng)站用JSP和MySQL數(shù)據(jù)庫等相關技術進行了實現(xiàn)，目前已經(jīng)在教育網(wǎng)內部進行了使用。

4 教學效果和總結

以考試成績?yōu)榻y(tǒng)計的教學效果見表1，其中2016級3個班是使用了在線視頻網(wǎng)站的，而之前2個2015級的班級并沒有使用該系統(tǒng)。特別要說明的是，2016級大連半脫產(chǎn)和16級大連在職的兩個班的開卷形式是“一本書開卷”，即學生只能帶紙版的參考材料；而2015級的三個班及2016級營口在職班的考試形式是“全網(wǎng)開卷”，即學生可以用電子版和紙版的參考材料。

從成績上可以看出，2016級大連半脫產(chǎn)和2016級大連在職在實行改進教學方法后平均分都有了很明顯的提高，同時80分以上優(yōu)秀的學生比例也提高了。即使他們面對的參考資料只是紙質的材料，沒有電子材料的快速查找功能，他們的成績相對來說也與之前的對應班級有比較大的提升。而與此相比，營口2016級的成績則變化不大，由于2016級營口班級上課時間比較短，上課期間也沒有辦法嚴格要求學生在線學習，同時留給學生網(wǎng)上學習的時間也比較少，造成只有少數(shù)學生認真使用了學習系統(tǒng)，所以在總體成績與往年沒有大的提高。但從2016級2個大連班的情況看，成績比2015級的3個班級，特別是比2015級的大連脫產(chǎn)和在職班的成績有提高很多。統(tǒng)計結果說明，經(jīng)過改進的教學方法確實提高了學生的學習熱情和效率。endprint

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)+”等技術活躍地應用在教育教學方面，并體現(xiàn)出良好的效果。筆者將“互聯(lián)網(wǎng)+”教育教學模式應用于在職研究生教學中，提出了3種不同的在職工程碩士的課程組織模式，具體分析了每一種組織模式下“互聯(lián)網(wǎng)+”教學模式的具體實現(xiàn)方式。最后提出了一種分類教學網(wǎng)站設計和實現(xiàn)的方案，給定了網(wǎng)站設計的目標和網(wǎng)站的基本功能，并實現(xiàn)了諸如視頻管理、評論管理、用戶個人信息管理等大部分核心功能，并在教育網(wǎng)內部進行使用和測試，獲得學生的廣泛認可，加強師生之間的互動，提高學生的學習熱情，收到良好的效果。下一步工作是繼續(xù)完善分類教學網(wǎng)站更多的功能，并在互聯(lián)網(wǎng)上推廣使用。同時，我們也需要注意到，僅僅是新技術的使用并不能提高教學效果和學生成績，課程時間持續(xù)跨度、留給學生消化理解的時間也是一個很重要的因素，如何平衡在職工程碩士的上課時間和學生本職工作時間，也是一個需要解決的問題。

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（編輯：史志偉）endprint