基于程序思想的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教學(xué)改革

周 珂，張儼娜，劉志丹，郭 念

（1.河南大學(xué) 計算機(jī)與信息工程學(xué)院，河南 開封 475004；2.河南大學(xué) 實驗室與設(shè)備管理處，河南 開封 475004；3.河南大學(xué) 軟件學(xué)院，河南 開封 475004）

1 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程現(xiàn)狀

近年來，我國互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅猛。2018年，中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心（CNNIC）發(fā)布的第41次中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r[1]指出，截至2017年12月，我國網(wǎng)民規(guī)模達(dá)7.72億，我國手機(jī)網(wǎng)民規(guī)模達(dá)7.53億，網(wǎng)民中使用手機(jī)上網(wǎng)人群的占比由2016年的95.1%提升至97.5%，無線網(wǎng)絡(luò)在人們的生產(chǎn)生活中越來越不可或缺。

為適應(yīng)應(yīng)用需求的不斷擴(kuò)張，相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商，如華為、思科、華三等，與很多高等院校紛紛開設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的培訓(xùn)班和相關(guān)課程，為無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用、服務(wù)和研究提供多層次技術(shù)人才支持。設(shè)備制造商的培訓(xùn)更多立足于自身的設(shè)備，普適性不強(qiáng)；高校的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程教學(xué)是通用的，與具體設(shè)備關(guān)聯(lián)度較低，難以達(dá)到學(xué)以致用的目標(biāo)。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程本身涵蓋的內(nèi)容非常廣泛，涉及應(yīng)用需求分析、軟件配置、硬件配置、工程規(guī)劃與實施等諸多領(lǐng)域，包括從用戶需求提出到需求滿足再到后期運維的全過程全生命周期訓(xùn)練。當(dāng)前大多數(shù)高校理論教學(xué)和實驗課時數(shù)一般是每周4～8學(xué)時，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠滿足本課程的需要，同時由于不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的應(yīng)用方式有較大的差異，實驗教學(xué)設(shè)備選取比較困難，極易造成學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容和應(yīng)用內(nèi)容不相適應(yīng)，影響教學(xué)效果。

許多從事無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程教學(xué)的專家學(xué)者分別從不同側(cè)面、不同層次進(jìn)行闡述并提供相應(yīng)的解決方法。文獻(xiàn)[2]提出在校外實踐教學(xué)基地平臺，采用工學(xué)交替的創(chuàng)新教學(xué)模式，強(qiáng)化學(xué)生的工程實踐能力；文獻(xiàn)[3]提出“師生在課堂上共同發(fā)明移動互聯(lián)網(wǎng)”的教學(xué)理念，并從教學(xué)、科研、教材等教學(xué)全過程闡述教學(xué)實踐探索；文獻(xiàn)[4]提出仿真實驗和實測實踐相結(jié)合的建設(shè)思路；文獻(xiàn)[5]提出一種基于市場導(dǎo)向的“計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程內(nèi)容規(guī)劃；文獻(xiàn)[6]從信息網(wǎng)絡(luò)課程群建設(shè)的角度進(jìn)行教學(xué)改革，加強(qiáng)學(xué)生網(wǎng)絡(luò)分析和實踐能力的綜合發(fā)展；文獻(xiàn)[7]通過引入課前探究環(huán)節(jié)、利用對比法講解、借助仿真手段講解、借助RBL教學(xué)方法等具體改革措施提升教學(xué)效果。這些學(xué)者都深入分析了不同類型高校無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及相關(guān)課程開設(shè)過程中存在的問題，并給出很好的建議，但由于不同高校教學(xué)定位不同，學(xué)生情況千差萬別，師資力量也有差異，因而難以被借鑒吸收。

當(dāng)前，用人單位和高校對無線網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)存在不同的看法：用人單位認(rèn)為高校學(xué)生不能夠直接適應(yīng)單位工作崗位要求，需要培訓(xùn)后才可上崗；高等學(xué)校認(rèn)為自身的人才培養(yǎng)定位是通識性教育，若只針對一家用人單位進(jìn)行定制性的教學(xué)，勢必影響學(xué)生的就業(yè)廣度；學(xué)生為了能夠滿足用人單位的需求，不得不另外支付二次培訓(xùn)費用，同時認(rèn)為學(xué)校所學(xué)內(nèi)容難以滿足需求，形成一種供需不平衡、不相適應(yīng)的僵局。

2 課程改革思路

2.1 課程定位

無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程一般設(shè)置為專業(yè)選修課，涵蓋的內(nèi)容包括無線技術(shù)的基礎(chǔ)、無線網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議規(guī)范、相關(guān)技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品、無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、安裝與運維等。學(xué)生通過課程的學(xué)習(xí)，一方面加深對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理的理解，另一方面能夠了解無線網(wǎng)絡(luò)和移動計算系統(tǒng)的基本原理、體系結(jié)構(gòu)以及面臨的挑戰(zhàn)，同時通過文章閱讀和工程實踐加深對某種特定技術(shù)的理解。課程為打通無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)理論到無線工程實踐的最后一公里提供知識儲備和技術(shù)積累，盡可能補(bǔ)齊學(xué)生掌握通用知識和進(jìn)行具體工程實踐之間的知識落差，避免出現(xiàn)學(xué)生進(jìn)入實際工作崗位后仍需大量的時間進(jìn)行工程實踐訓(xùn)練的窘境，提升學(xué)生學(xué)以致用的能力和對相關(guān)設(shè)備的理解能力，盡可能壓減學(xué)生進(jìn)入具體工作崗位所需的時間和經(jīng)濟(jì)成本。

2.2 改革思路

教學(xué)是科學(xué)技術(shù)推廣應(yīng)用的一種重要手段，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步是推動經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的重要力量。影響技術(shù)推廣應(yīng)用的諸多因素中，成本占較大的比重。技術(shù)的學(xué)習(xí)曲線能夠有效刻畫技術(shù)推廣應(yīng)用的累計產(chǎn)出、累計投入以及其他相關(guān)因素與成本之間的關(guān)聯(lián)度，通過其量化表達(dá)形式（學(xué)習(xí)率）能夠揭示產(chǎn)出或投入等翻倍時成本下降的比例，從而有效衡量技術(shù)的成本變動趨勢[8]。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程的改革就是基于此理念進(jìn)行的，以期達(dá)到提升教育教學(xué)質(zhì)量的目的。

2.2.1 理論基礎(chǔ)

根據(jù)學(xué)習(xí)曲線理論，不同產(chǎn)品的學(xué)習(xí)率會有不同。學(xué)習(xí)曲線具有初始下降速度較快，而后逐漸變得緩慢的特點，如圖1所示。

圖1 學(xué)習(xí)曲線

把學(xué)生的課程學(xué)習(xí)作為一種標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，初始學(xué)習(xí)階段花費的時間多，學(xué)習(xí)到的內(nèi)容少，經(jīng)過一段時間以后進(jìn)入學(xué)習(xí)曲線的標(biāo)準(zhǔn)階段，就可以較少的時間代價獲取更多的知識內(nèi)容。

以計算機(jī)技術(shù)為代表的信息學(xué)科，是人們通過程序告訴計算機(jī)完成人的工作需求，以運行程序的方式解決人們生產(chǎn)生活中的各種問題，幾乎所有信息學(xué)科專業(yè)課程的學(xué)習(xí)都可以轉(zhuǎn)化為對程序的描述，其一般形式為

Y表示學(xué)生將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，Xi（i=1,2,3…）表示學(xué)生需要具備的基礎(chǔ)知識，F(xiàn)是轉(zhuǎn)化函數(shù)，就是如何將新知識空間的內(nèi)容轉(zhuǎn)換為已有知識空間的內(nèi)容。

2.2.2 技術(shù)途徑

改革實施的技術(shù)途徑首先是無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中涉及的各種新知識通過程序設(shè)計思想進(jìn)行簡化，然后是將新知識與學(xué)生原有的概念進(jìn)行有效銜接，確保知識體系不斷層，避免形成信息孤島。轉(zhuǎn)化技術(shù)途徑如圖2所示。

圖 2 轉(zhuǎn)化技術(shù)途徑示意圖

通過學(xué)習(xí)曲線理論可知，在單位時間內(nèi)獲得較好的學(xué)習(xí)效果依賴于學(xué)生對原有知識的掌握程度以及對新知識的理解。課程改革就是希望能夠快速地將新的待學(xué)習(xí)的知識體系有效地鏈接在學(xué)生已有的知識體系上，形成學(xué)生自有的知識體系樹。

根據(jù)課程定位，課程的知識內(nèi)容涉及繁雜，但從應(yīng)用的角度進(jìn)行理解不外乎3個階段，即基礎(chǔ)條件是什么、怎么做、產(chǎn)出是什么，這與程序設(shè)計中的IPO，即輸入（input）、處理（process）與輸出（output）完全一致。雖然本課程的學(xué)習(xí)過程會涉及硬件和工程實施的內(nèi)容，但這兩項內(nèi)容也可以轉(zhuǎn)化為這3個階段。

3 課程教學(xué)改革實例

以實現(xiàn)無線控制器和FITAP搭建無線網(wǎng)絡(luò)為例來展示課程內(nèi)容重組情況，該實驗的器材包括一臺無線控制器、若干FITAP、控制線以及若干網(wǎng)線。

本課程的講解沒有采用傳統(tǒng)的仿真或者是從協(xié)議入手進(jìn)行講解，而是采用如下模式：①對課程內(nèi)容，按照數(shù)據(jù)信息的流向梳理無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通信的關(guān)鍵點；②對關(guān)鍵點涉及的內(nèi)容，按照IPO的方式進(jìn)行分析；③將每個關(guān)鍵點的IPO和具體設(shè)備的操作進(jìn)行對應(yīng)，快速降低學(xué)生學(xué)習(xí)曲線的變化率。

首先對無線上網(wǎng)的過程進(jìn)行分析，上網(wǎng)的時候都需要有IP地址、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)賬號、網(wǎng)線等基礎(chǔ)條件。為了實現(xiàn)無線上網(wǎng)，必然存在從上網(wǎng)終端到互聯(lián)網(wǎng)的完整通信鏈路，如圖3所示，涉及從上網(wǎng)終端到無線信號收發(fā)設(shè)備的鏈路，從無線信號收發(fā)設(shè)備到網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備如路由器、交換機(jī)、調(diào)制解調(diào)器等的鏈路?？紤]到服務(wù)能力的問題，在大應(yīng)用場景如百人或千人會場需要多個無線信號收發(fā)設(shè)備AP協(xié)同工作，從而需要產(chǎn)生AP協(xié)同控制的設(shè)備無線控制器。

圖 3 無線終端上網(wǎng)連接示意圖

按照數(shù)據(jù)信息的流向梳理出無線通信的關(guān)鍵點有上網(wǎng)終端、AP、無線控制器以及網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備，涉及的通信鏈路包括無線和有線兩類。

然后對每個關(guān)鍵點進(jìn)行IPO分析，如對于上網(wǎng)終端其輸入就是上網(wǎng)需求、賬戶以及用戶名，其處理過程就是對上網(wǎng)終端的網(wǎng)絡(luò)接口卡進(jìn)行配置管理，其輸出就是上網(wǎng)終端能夠獲得上網(wǎng)服務(wù)。

在整個教學(xué)過程中結(jié)合數(shù)據(jù)信息的流動有效地調(diào)用學(xué)生學(xué)習(xí)過的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理知識，可以使學(xué)生快速理解每一個關(guān)鍵點有何基礎(chǔ)（輸入），需要做什么（處理），產(chǎn)生什么效果（輸出），進(jìn)而搭建起新舊知識體系的有效鏈接，提高教學(xué)效果和學(xué)生接受的程度。

4 實驗情況與分析

河南大學(xué)軟件學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的一個班級在2017—2018學(xué)年度進(jìn)行課程的改革實驗，學(xué)生人數(shù)是38人，按照學(xué)院課程建設(shè)指導(dǎo)意見，學(xué)生的考核分為兩種模式：一是通過認(rèn)證考試，達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)后免考；二是直接參加期末的閉卷考試。

認(rèn)證考試滿分900，考試成績高于600認(rèn)證通過。參加認(rèn)證考試的是33人，通過人數(shù)為27人，報考通過率為81.8%，通過人數(shù)占同一考點通過人數(shù)的29.7%；780分及以上的11人，占比為47.8%。絕大多數(shù)學(xué)生在期末考試中取得較好的成績。

通過對成績的統(tǒng)計和學(xué)生的調(diào)查來看，學(xué)生比較容易接受相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容，可以非常熟練地在通識性教育（基本原理）和特定領(lǐng)域知識（公司產(chǎn)品）間進(jìn)行切換。

從用人單位的角度看，通過認(rèn)證考試能夠發(fā)現(xiàn)具有較強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)能力和專業(yè)技能的人才，減輕用人單位的技能培訓(xùn)壓力；從學(xué)生的角度看，在不增大投入的情況下，實現(xiàn)與用人單位技能需求的匹配耦合；從教學(xué)單位的角度看，在不影響學(xué)校通識性教育的同時，可比較有效地解決學(xué)生知識學(xué)習(xí)與用人單位需求之間的技術(shù)落差，基本達(dá)到教、學(xué)、用三方有效銜接的效果。

5 結(jié)語

課程的改革嘗試雖已取得初步效果，但教育學(xué)是一個動態(tài)變化的過程，學(xué)生的層次多樣，接受能力也有很大的不同，不可能通過一次改革就把所有問題都解決掉，因此，需要在后續(xù)的工作中做出改進(jìn)：一是進(jìn)一步在強(qiáng)調(diào)實踐的同時強(qiáng)化理論教學(xué)和知識體系構(gòu)建；二是將抽象理論融入實驗場景，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)率。在后續(xù)的教學(xué)過程中還需凝練提升，以數(shù)據(jù)流向為主線，以程序設(shè)計思想為技術(shù)手段，構(gòu)建體系化的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程和實驗教材，形成知識體系構(gòu)建，應(yīng)用技能訓(xùn)練一體的教育教學(xué)新方式，進(jìn)一步提升無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程的教育教學(xué)質(zhì)量，為培養(yǎng)更多的優(yōu)秀高級專門技術(shù)人才提供支持。