面向互聯(lián)網(wǎng)+創(chuàng)新的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)改革

張士庚 奎曉燕 劉璇

摘 要：為了解決現(xiàn)有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中教學(xué)內(nèi)容與領(lǐng)域前沿研究進(jìn)展脫節(jié)、學(xué)生學(xué)習(xí)熱情不足、難以實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)等問(wèn)題，從課程組織方式、課程內(nèi)容設(shè)置、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行改革。通過(guò)自頂向下的方式組織課程內(nèi)容以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，通過(guò)設(shè)計(jì)面向互聯(lián)網(wǎng)+的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式實(shí)驗(yàn)以提高學(xué)生動(dòng)手能力，通過(guò)組織專題討論讓學(xué)生了解領(lǐng)域前沿知識(shí)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)。提出的教學(xué)改革措施改進(jìn)了教學(xué)效果，提升了學(xué)生對(duì)課程核心知識(shí)的掌握程度，激發(fā)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情，提高了學(xué)生參與面向互聯(lián)網(wǎng)+創(chuàng)新實(shí)踐的能力。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；互聯(lián)網(wǎng)+；自頂向下；項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)

DOIDOI：10.11907/rjdk.181154

中圖分類號(hào)：G434

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-7800（2018）010-0224-03

英文摘要Abstract：To overcome the current drawbacks in computer networking teaching，including the mismatch between the course content and the research edge of the field，passive engagment in studying the course，difficulty to benefit both the teacher and students，we conduct a teaching reform incomputer networking teaching in course organization style，course content selection，and design of experiments.We strengthen the students′ studying passion by organizing the course content in a top-down style，enhance the students′ ability in developing applications by designing Internet+ oriented experiments and projects，and help students acquire the research edge of the networking community by organizing workshops on special topics.The course reformation helps the students to master the core knowledge of this course better，motivates them to study actively，and boosts their ability in developing novel Internet+ applications.The proposed course reformation measure are helpful in improving the quality of computer networking teaching and educating innovative students.

英文關(guān)鍵詞Key Words：computer networks；Internet+；top-down approach；project driven

0 引言

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程是計(jì)算機(jī)類相關(guān)學(xué)科（包括計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)工程、網(wǎng)絡(luò)空間安全等）中的核心課程之一[1-3]。當(dāng)前計(jì)算機(jī)的主流研究領(lǐng)域，不管是云計(jì)算、大數(shù)據(jù)，還是面向互聯(lián)網(wǎng)+的移動(dòng)應(yīng)用創(chuàng)新與物聯(lián)網(wǎng)，都與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有著密不可分的關(guān)系。通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的學(xué)習(xí)，可以讓學(xué)生們理解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)原理，掌握最新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)技術(shù)，對(duì)于激勵(lì)學(xué)生開(kāi)發(fā)創(chuàng)新型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用至關(guān)重要。因此，結(jié)合國(guó)家計(jì)算機(jī)人才發(fā)展需求，如何設(shè)計(jì)出更加合理、有效的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)方案，提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)質(zhì)量，是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。特別是近年來(lái)政府大力推動(dòng)面向“互聯(lián)網(wǎng)+”的創(chuàng)新，更加需要學(xué)生深入掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)知識(shí)。本文針對(duì)面向互聯(lián)網(wǎng)+創(chuàng)新的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)改革展開(kāi)探討。

雖然之前人們已認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的重要性，并提出多種方法試圖改善計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)質(zhì)量，但收效并不顯著。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程包含內(nèi)容極其豐富，并且處于高速發(fā)展之中，而且由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)涉及的各領(lǐng)域發(fā)展速度不一致，往往是上層協(xié)議與應(yīng)用發(fā)展較快，而底層協(xié)議與算法發(fā)展相對(duì)較慢。因此，采用傳統(tǒng)的自底向上的方法講授計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程，學(xué)生們首先學(xué)習(xí)到的是較為枯燥的、發(fā)展速度較慢的底層協(xié)議與算法。這些知識(shí)與實(shí)際軟件開(kāi)發(fā)中需要使用的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)技能相差甚遠(yuǎn)，因而無(wú)法很好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。等到學(xué)生們初步了解了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)知識(shí)，希望能進(jìn)行一些創(chuàng)新型應(yīng)用開(kāi)發(fā)時(shí)，往往已到了課程后期，沒(méi)有足夠的時(shí)間進(jìn)行基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)與訓(xùn)練，導(dǎo)致學(xué)生們既沒(méi)有學(xué)到扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，也缺少實(shí)際的編程訓(xùn)練，教學(xué)效果并不理想。

本文以面向互聯(lián)網(wǎng)+創(chuàng)新為出發(fā)點(diǎn)討論計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程改革，以互聯(lián)網(wǎng)+創(chuàng)新激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，通過(guò)調(diào)整傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程授課的先后順序，以先掌握應(yīng)用方法、再了解基礎(chǔ)原理的方式，讓學(xué)生們首先接觸當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展最快、最激動(dòng)人心的上層協(xié)議，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)+應(yīng)用的開(kāi)發(fā)，然后逐步引導(dǎo)其學(xué)習(xí)背后的原理知識(shí)與技術(shù)。期望通過(guò)該方法讓學(xué)生以實(shí)踐帶動(dòng)學(xué)習(xí)，更好地了解與掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)，從而提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)效果。

1 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

王琦等[1]提出講授式、問(wèn)題驅(qū)動(dòng)式和課題研究式相結(jié)合的課堂教學(xué)方案；郭磊等[2]針對(duì)創(chuàng)新型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)人才培養(yǎng)特點(diǎn)，分析課程群建設(shè)的必要性，并對(duì)課程群建設(shè)前后的效果進(jìn)行了比較分析；周全興等[3]結(jié)合“網(wǎng)絡(luò)工程師”培養(yǎng)模式，從 “雙師型”教師培養(yǎng)等方面提出教學(xué)改革具體辦法；杜洪樂(lè)等[4]從創(chuàng)設(shè)場(chǎng)景、啟發(fā)引導(dǎo)、自主探究、協(xié)作交流、總結(jié)提高5個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)到多元化考核方式對(duì)研究性教學(xué)進(jìn)行了探討；吳敏剛等[5]從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)角度出發(fā)，闡述網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)改革對(duì)理論教學(xué)的影響；馮峻青等[6]結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)思維討論了非計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)改革問(wèn)題；賈偉等[7]從培養(yǎng)計(jì)算思維對(duì)計(jì)算機(jī)教育的重要性入手，分析了計(jì)算思維在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用；美國(guó)馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的James F Kurose和紐約理工大學(xué)的Keith W Ross等[8]研究自頂向下的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方法；奎曉燕等[9]提出基于互動(dòng)式“3W”的計(jì)算機(jī)課程教學(xué)方法；張煥俊[10]和張雪[11]討論了高職院校中基于應(yīng)用能力培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)改革；李紅等[12]針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的需求討論了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程群建設(shè)；汪永偉等[13]從實(shí)踐應(yīng)用出發(fā)闡述相關(guān)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)思路；周國(guó)軍[14]結(jié)合實(shí)際教學(xué)案例，闡述了運(yùn)用反思法進(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的思路；王勇等[15]研究了面向研究生的高級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程系統(tǒng)化教學(xué)。

2 面向互聯(lián)網(wǎng)+創(chuàng)新的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程內(nèi)容改革

2.1 基于自頂向下方法的課程內(nèi)容選取

傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程講授方法對(duì)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)按照物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層5層模型的順序進(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理介紹。該教學(xué)模式主要存在兩方面不足。

（1）過(guò)多強(qiáng)調(diào)底層技術(shù)。傳統(tǒng)教學(xué)模式首先進(jìn)行物理層、數(shù)據(jù)鏈路層的學(xué)習(xí)，但這兩部分內(nèi)容包含了很多通信原理與電信技術(shù)知識(shí)，內(nèi)容復(fù)雜，在有限學(xué)時(shí)內(nèi)無(wú)法一一介紹。而且有很多計(jì)算機(jī)專業(yè)本科未開(kāi)設(shè)通信原理課程，學(xué)生缺乏該部分的基礎(chǔ)理論儲(chǔ)備，導(dǎo)致許多學(xué)生學(xué)習(xí)初期在理解相關(guān)技術(shù)時(shí)十分困難，從而漸漸喪失了學(xué)習(xí)興趣。

（2）原理與應(yīng)用分離。許多采用傳統(tǒng)自底向上教學(xué)方式編寫的教材中，對(duì)基本概念的解釋僅限于原理介紹，而極少結(jié)合應(yīng)用進(jìn)行講解，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法理解相關(guān)概念，學(xué)習(xí)效果不理想。

本文通過(guò)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的選取與整合，以自頂向下[8]的方法組織教學(xué)內(nèi)容，以避免上述問(wèn)題。以互聯(lián)網(wǎng)+創(chuàng)新為目標(biāo)，緊扣實(shí)踐應(yīng)用環(huán)境；強(qiáng)調(diào)理論結(jié)合實(shí)踐，必須在實(shí)踐應(yīng)用環(huán)境中進(jìn)行理論驗(yàn)證；將知識(shí)重點(diǎn)放在Internet、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等主流網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上，使學(xué)生可以很方便地在實(shí)踐應(yīng)用環(huán)境中驗(yàn)證原理知識(shí)，真正做到“做中學(xué)，學(xué)中做”；對(duì)講解材料進(jìn)行認(rèn)真取舍及優(yōu)化組織，以保證內(nèi)容重點(diǎn)突出，割舍底層實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)等難以驗(yàn)證的原理和技術(shù)，淡化通信原理等基礎(chǔ)理論的講解，突出計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的核心理論內(nèi)容；針對(duì)大多數(shù)學(xué)生，在有限時(shí)間里講授對(duì)其最有用的知識(shí)，而讓學(xué)有余力的學(xué)生自行選學(xué)更深入的內(nèi)容。

2.2 以創(chuàng)新型項(xiàng)目開(kāi)發(fā)為導(dǎo)向的新型教學(xué)與實(shí)踐模式

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)的首要任務(wù)是讓學(xué)生掌握實(shí)用的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)，在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)行創(chuàng)新型應(yīng)用開(kāi)發(fā)，以提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。本文結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)+與大眾創(chuàng)業(yè)的大背景，提出以項(xiàng)目為導(dǎo)向，讓學(xué)生快速學(xué)會(huì)基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)，有助于提高其學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)性探索。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)是實(shí)施探究性實(shí)踐教學(xué)的一種方法，通過(guò)讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)感興趣的、有一定實(shí)際意義的、符合學(xué)科專業(yè)發(fā)展方向的創(chuàng)新型項(xiàng)目，啟發(fā)學(xué)生積極思考、探索解決方案，由原先的被動(dòng)接受變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)、自主創(chuàng)造，從而達(dá)到提高創(chuàng)新能力與實(shí)踐能力的目的。

2.3 基于專題的領(lǐng)域前沿文獻(xiàn)閱讀與研討

為了激發(fā)學(xué)生對(duì)于科研的興趣，本文提出基于專題的領(lǐng)域前沿文獻(xiàn)閱讀與研討機(jī)制。通過(guò)收集本領(lǐng)域頂級(jí)國(guó)際期刊與國(guó)際會(huì)議上的最新論文，分成不同專題進(jìn)行研討，可幫助學(xué)生了解當(dāng)前的研究熱點(diǎn)與難點(diǎn)，從而提高其科研水平，促進(jìn)教研相長(zhǎng)。筆者精心選擇了如IEEE/ACM匯刊系列與SGCOMM/NSDI/MOBIOCM/MOBISYS/SENSYS等的最新論文，按照不同主題進(jìn)行分類，并制定相應(yīng)規(guī)章制度，鼓勵(lì)學(xué)生課外自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，同時(shí)采用預(yù)約制度均衡實(shí)驗(yàn)室學(xué)生流量；在項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)過(guò)程中，對(duì)于破壞性項(xiàng)目，擬采用虛擬實(shí)驗(yàn)室方式進(jìn)行管理，并通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)室展現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐結(jié)果；利用仿真技術(shù)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室管理控制系統(tǒng)，用于支持成組項(xiàng)目與團(tuán)隊(duì)協(xié)作項(xiàng)目，滿足學(xué)生多層次實(shí)踐的需求。

3 結(jié)語(yǔ)

本文探索面向互聯(lián)網(wǎng)+、以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)的自頂向下計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)改革與建設(shè)，從課程內(nèi)容選取與組織、基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以及面向主題的前沿課題論文閱讀等方面提出有效的解決方案，能夠較好地解決當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中存在的認(rèn)知/踐行脫節(jié)、學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力差、不了解領(lǐng)域前沿知識(shí)等問(wèn)題，對(duì)于激發(fā)學(xué)生科研熱情、提高課程教學(xué)效果起到了較好的促進(jìn)作用。

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（責(zé)任編輯：黃 ?。?/p>