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(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，河南 開封 475004；2.河南大學(xué) 實(shí)驗(yàn)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(shí)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(yùn)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(shí)驗(yàn)課時(shí)數(shù)一般是每周4～8學(xué)時(shí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠滿足本課程的需要，同時(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)踐教學(xué)基地平臺(tái)，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(shí)踐能力；文獻(xiàn)[3]提出“師生在課堂上共同發(fā)明移動(dòng)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(shí)踐探索；文獻(xiàn)[4]提出仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)測實(shí)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(jì)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(shí)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(shí)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(fèi)用，同時(shí)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(yùn)維等。學(xué)生通過課程的學(xué)習(xí)，一方面加深對計(jì)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(dòng)計(jì)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(shí)通過文章閱讀和工程實(shí)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(shí)踐的最后一公里提供知識(shí)儲(chǔ)備和技術(shù)積累，盡可能補(bǔ)齊學(xué)生掌握通用知識(shí)和進(jìn)行具體工程實(shí)踐之間的知識(shí)落差，避免出現(xiàn)學(xué)生進(jìn)入實(shí)際工作崗位后仍需大量的時(shí)間進(jìn)行工程實(shí)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(shí)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(dòng)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(jì)產(chǎn)出、累計(jì)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(shí)成本下降的比例，從而有效衡量技術(shù)的成本變動(dòng)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(huì)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(diǎn)，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(fèi)的時(shí)間多，學(xué)習(xí)到的內(nèi)容少，經(jīng)過一段時(shí)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(shí)間代價(jià)獲取更多的知識(shí)內(nèi)容。

以計(jì)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(jì)算機(jī)完成人的工作需求，以運(yùn)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(shí)，F(xiàn)是轉(zhuǎn)化函數(shù)，就是如何將新知識(shí)空間的內(nèi)容轉(zhuǎn)換為已有知識(shí)空間的內(nèi)容。

2.2.2 技術(shù)途徑

改革實(shí)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(shí)通過程序設(shè)計(jì)思想進(jìn)行簡化，然后是將新知識(shí)與學(xué)生原有的概念進(jìn)行有效銜接，確保知識(shí)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(shí)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(shí)的掌握程度以及對新知識(shí)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(shí)體系有效地鏈接在學(xué)生已有的知識(shí)體系上，形成學(xué)生自有的知識(shí)體系樹。

根據(jù)課程定位，課程的知識(shí)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(gè)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(jì)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(huì)涉及硬件和工程實(shí)施的內(nèi)容，但這兩項(xiàng)內(nèi)容也可以轉(zhuǎn)化為這3個(gè)階段。

3 課程教學(xué)改革實(shí)例

以實(shí)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(shí)驗(yàn)的器材包括一臺(tái)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(diǎn)；②對關(guān)鍵點(diǎn)涉及的內(nèi)容，按照IPO的方式進(jìn)行分析；③將每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)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(shí)候都需要有IP地址、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)賬號(hào)、網(wǎng)線等基礎(chǔ)條件。為了實(shí)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(hào)收發(fā)設(shè)備的鏈路，從無線信號(hào)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(huì)場需要多個(gè)無線信號(hào)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(diǎn)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(gè)關(guān)鍵點(diǎn)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(gè)教學(xué)過程中結(jié)合數(shù)據(jù)信息的流動(dòng)有效地調(diào)用學(xué)生學(xué)習(xí)過的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理知識(shí)，可以使學(xué)生快速理解每一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(gè)班級(jí)在2017—2018學(xué)年度進(jìn)行課程的改革實(shí)驗(yàn)，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(bào)考通過率為81.8%，通過人數(shù)占同一考點(diǎn)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(jì)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(shí)性教育（基本原理）和特定領(lǐng)域知識(shí)（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(shí)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(shí)性教育的同時(shí)，可比較有效地解決學(xué)生知識(shí)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(gè)動(dòng)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(shí)踐的同時(shí)強(qiáng)化理論教學(xué)和知識(shí)體系構(gòu)建；二是將抽象理論融入實(shí)驗(yàn)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?yàn)橹骶€，以程序設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)教材，形成知識(shí)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(jí)專門技術(shù)人才提供支持。