淺談通信工程專業(yè)的計算機教學(xué)方法
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1教學(xué)目標(biāo)定位
1.1專業(yè)定位
院?？梢愿鶕?jù)自身特點對推薦的課程體系進(jìn)行適當(dāng)修改，進(jìn)一步體現(xiàn)自己的辦學(xué)特色。高等教育首先是國民教育的一個組成部分，在具體課程體系設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容安排上應(yīng)滿足高等教育的基本要求。但是高等教育又有其獨特的職業(yè)價值取向，即培養(yǎng)勝任第一任職的“基礎(chǔ)寬厚、信息主導(dǎo)、技指合一、全面發(fā)展”的高素質(zhì)初級指揮人才。從CC2005劃分的專業(yè)來看，面向初級指揮崗位的通信工程專業(yè)更接近信息技術(shù)專業(yè)或信息系統(tǒng)專業(yè)，具體的需求可以表述為：在特定軍事應(yīng)用環(huán)境下，通過選擇、創(chuàng)造、應(yīng)用、集成和管理的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)來滿足作戰(zhàn)需要，或者關(guān)注戰(zhàn)場信息資源的獲取、部署、管理及使用，并能分析戰(zhàn)場信息需求和相關(guān)的組織運用過程，詳細(xì)描述、設(shè)計、組織、維護(hù)與作戰(zhàn)目標(biāo)相一致的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。筆者認(rèn)為，使學(xué)員理解現(xiàn)代指揮信息系統(tǒng)的組成與工作原理，并在戰(zhàn)爭實踐中發(fā)揮作戰(zhàn)效能應(yīng)該是教學(xué)的出發(fā)點和立足點，具體目標(biāo)應(yīng)該落實到針對網(wǎng)絡(luò)體系中的各種部件、裝備乃至系統(tǒng)做到“能組網(wǎng)、懂管理、會應(yīng)用”，這應(yīng)該是軍事院校通信人才培養(yǎng)的基本定位和鮮明特色。
1.2課程定位
計算機網(wǎng)絡(luò)是增強學(xué)員的信息素質(zhì)至關(guān)重要的一門課程，這一觀念基本上已經(jīng)形成普遍共識。由于計算機網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)展最快的信息技術(shù)之一，課程內(nèi)容非常龐雜。而對于通信工程專業(yè)來說，計算機類課程學(xué)時非常有限，遠(yuǎn)不能與地方高校同類專業(yè)相比。因此，在具體教學(xué)過程中，教學(xué)目標(biāo)定位一直比較模糊。早期計算機網(wǎng)絡(luò)并不單獨設(shè)課，而是采取在一些涉及網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)專業(yè)課程中泛泛介紹7層協(xié)議概念。近年單獨設(shè)課后，一度出現(xiàn)了寬帶通信網(wǎng)與Internet的主線之爭。目前仍然存在偏重基礎(chǔ)理論還是偏重應(yīng)用能力的分歧。CFC2008對理工類非計算機專業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用課程的要求是“從應(yīng)用的角度出發(fā)，以TCP/IP協(xié)議作為基礎(chǔ)，以Internet作為實例講解計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基本原理，使學(xué)生建立計算機網(wǎng)絡(luò)的基本概念，掌握計算機網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成和基本工作原理，學(xué)會計算機網(wǎng)絡(luò)的基本應(yīng)用方法，了解網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的最新發(fā)展”。從中可以看出，計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)應(yīng)該以Internet為主線，并且要強調(diào)基本原理。筆者認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)基本概念和原理作為教學(xué)重點是毋庸置疑的，因為素質(zhì)教育要求必須著眼學(xué)員未來職業(yè)生涯的長期發(fā)展，必須培養(yǎng)學(xué)員關(guān)注表面現(xiàn)象背后的科學(xué)問題，鍛煉對問題的抽象思維能力。但是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用能力同樣需要給予高度關(guān)注，這一點對于學(xué)員尤其重要。如何處理學(xué)時有限的矛盾呢？關(guān)鍵是要摒棄用一門課解決所有問題的幻想，通過合理設(shè)計課程體系和分層次的應(yīng)用能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)達(dá)到基礎(chǔ)理論和應(yīng)用能力并舉的目標(biāo)。結(jié)合解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院的實際情況，筆者梳理的通信工程專業(yè)課程體系中與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的模塊。數(shù)字通信原理、計算機硬件基礎(chǔ)和程序設(shè)計基礎(chǔ)是先修課程。計算機網(wǎng)絡(luò)課程的基本定位是使學(xué)員了解并掌握計算機網(wǎng)絡(luò)的基本概念、體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議工作原理和基本網(wǎng)絡(luò)工具的使用。在此基礎(chǔ)上通過后續(xù)課程理解和掌握軍事網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點，比如戰(zhàn)術(shù)環(huán)境下對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、設(shè)備、組網(wǎng)應(yīng)用的特殊要求。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用能力則可以通過學(xué)員自主選擇開放實驗，或者在本科導(dǎo)師的指導(dǎo)下申請創(chuàng)新課題，完成畢業(yè)設(shè)計得到必要的培養(yǎng)和拓展訓(xùn)練。
2教材選取
目前公開出版的計算機網(wǎng)絡(luò)教材種類繁多。筆者重點比較了幾本獲得大多數(shù)本科院校公認(rèn)的教材：Tanenbaum教授編著的《計算機網(wǎng)絡(luò)》、謝希仁教授編著的《計算機網(wǎng)絡(luò)》、Peterson和Davie編著的《計算機網(wǎng)絡(luò)——系統(tǒng)方法》、Kurose和Ross編著的《計算機網(wǎng)絡(luò)——自頂向下方法》。Tanenbaum教授與謝教授的《計算機網(wǎng)絡(luò)》早期版本都以O(shè)SI7層協(xié)議模型為主線，較新的版本改為以TCP/IP的5層結(jié)構(gòu)來組織內(nèi)容，并結(jié)合了一些新出現(xiàn)的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。課程內(nèi)容從物理層向應(yīng)用層自底向上講解網(wǎng)絡(luò)的概念、基本原理、技術(shù)和體系結(jié)構(gòu)，教學(xué)比較偏重理論，不便于開展實驗?！队嬎銠C網(wǎng)絡(luò)——系統(tǒng)方法》同樣采用自底向上逐層講解的思路，但是作者反對嚴(yán)格地分層，強調(diào)計算機網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)觀，圍繞“為什么這樣設(shè)計網(wǎng)絡(luò)”闡述關(guān)鍵技術(shù)和協(xié)議如何在實際應(yīng)用中發(fā)揮作用，需要有充足的學(xué)時保證才能達(dá)到良好的教學(xué)效果。筆者選用了《計算機網(wǎng)絡(luò)——自頂向下方法》，講授內(nèi)容以Internet為線索，自應(yīng)用層向下逐層講解協(xié)議原理。自頂向下方法避免了傳統(tǒng)方法講解體系結(jié)構(gòu)內(nèi)容枯燥、不易理解的通病，從學(xué)員最熟悉的應(yīng)用層開始層層深入。該教材的另一個特點是精心設(shè)計了大量的課后實踐任務(wù)，使復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)問題變得易于理解，便于學(xué)員開展自主學(xué)習(xí)。
3教學(xué)內(nèi)容安排
對于計算機網(wǎng)絡(luò)這樣飛速發(fā)展的領(lǐng)域來說，教學(xué)內(nèi)容面面俱到是不可取的，應(yīng)該著重培養(yǎng)學(xué)員的洞察力，能夠通過自己思考辨別什么重要，什么不重要，哪些是本質(zhì)的，哪些是表面的；因此在教學(xué)內(nèi)容選取上既要兼顧知識的系統(tǒng)性，又要考慮學(xué)員的接受能力，同時還要強調(diào)網(wǎng)絡(luò)基本應(yīng)用能力。對于不同專業(yè)來說，普遍認(rèn)可的方法是對教學(xué)層次和內(nèi)容進(jìn)行分類，以更好地滿足不同專業(yè)的教學(xué)需求。筆者認(rèn)為即便對同一專業(yè)的學(xué)員也應(yīng)該提供分層次的自主學(xué)習(xí)和實驗環(huán)節(jié)，鼓勵學(xué)員依據(jù)自己的興趣愛好，深入鉆研網(wǎng)絡(luò)中的科學(xué)和技術(shù)問題，達(dá)到個性化教學(xué)的目的。筆者按照通信工程專業(yè)初級指揮人才的培養(yǎng)目標(biāo)，突出“學(xué)為主體”的教學(xué)理念，從理論教學(xué)和實踐環(huán)節(jié)兩個方面進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計，以解決學(xué)時不夠這一突出矛盾。理論教學(xué)內(nèi)容僅選取了教材《計算機網(wǎng)絡(luò)——自頂向下方法》的前5章，具體內(nèi)容和知識點，強調(diào)重要概念的對理解。實踐環(huán)節(jié)區(qū)分了協(xié)議分析實驗、編程實驗、虛擬實驗、開放實驗和創(chuàng)新課題5個層次。其中，協(xié)議分析實驗、編程實驗和虛擬實驗要求課內(nèi)完成，開放實驗和創(chuàng)新課題則由學(xué)員自主選擇。解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院規(guī)定在畢業(yè)設(shè)計開題之前每名本科生至少要完成一個開放實驗或創(chuàng)新課題。
4教學(xué)方法設(shè)計
鑒于計算機網(wǎng)絡(luò)課程的重要地位和作用，解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院一直在探索和推廣以小班化教學(xué)模式進(jìn)行本課程的教學(xué)。近幾年，筆者多次承擔(dān)了計算機網(wǎng)絡(luò)課程重點教學(xué)改革試點，在多種教學(xué)形式和方法綜合運用的基礎(chǔ)上，總結(jié)了兩種行之有效的教學(xué)法：問題驅(qū)動式教學(xué)法和課題研討教學(xué)法。
4.1問題驅(qū)動式教學(xué)法
問題驅(qū)動式教學(xué)法采取“提出問題—解決問題—歸納分析”的模式，從實際到理論，從具體到抽象，從個別到一般。課程教學(xué)中，困擾學(xué)員的第一個問題就是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為什么要分層？教材第1章對這個問題的解釋并不能完全打消他們的疑慮，實際上這個問題必須等到對整個網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展史、廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)等基本概念以及網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計有一定認(rèn)識之后才能真正理解。因此，筆者并不急于解釋這個問題，而是讓學(xué)員帶著這個問題從應(yīng)用層逐層向下邊學(xué)習(xí)、邊思考、邊實踐，直到最后安排一次課堂討論，得出大家都能夠接受的答案。再比如，講解HTTP協(xié)議時，筆者首先從早期互聯(lián)網(wǎng)上多媒體信息共享不便的問題，講到Berners-Lee在一個“靈感”啟發(fā)下用3個創(chuàng)新發(fā)明了萬維網(wǎng)，然后通過軍訓(xùn)網(wǎng)上的具體實例分析，發(fā)現(xiàn)非持久連接HTTP協(xié)議傳輸效率低下的問題，引導(dǎo)學(xué)員提出并發(fā)連接、持久連接、流水線式持久連接等改進(jìn)方案。最后，結(jié)合當(dāng)前萬維網(wǎng)信息檢索不便的問題，展望未來語義網(wǎng)的發(fā)展。實踐證明，這種問題驅(qū)動的方法符合計算機應(yīng)用教育的特點和學(xué)員的認(rèn)知規(guī)律，讓學(xué)員從關(guān)注知識點轉(zhuǎn)向關(guān)注思維過程，取得了很好的教學(xué)效果。
4.2課題研討式教學(xué)法
筆者根據(jù)班級人數(shù)制定了十幾個課題，不僅側(cè)重原理應(yīng)用同時也兼顧理論。課題主要是用Wireshark分析協(xié)議的工作原理和交互過程，另外還有Dijkstra算法和Socket網(wǎng)絡(luò)編程，以及ALOHA和CSMA協(xié)議性能分析等。教員提供必要的參考資料、示例程序和課外閱讀材料，要求每個學(xué)員完成所有課題，課堂上指定一名學(xué)員上講臺簡短報告完成情況，就其中的重要原理和問題展開集體討論。近幾年的教學(xué)實踐情況說明，這是在課內(nèi)學(xué)時有限的情況下，督促和引導(dǎo)學(xué)員利用課余時間自主學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，鍛煉網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用能力的好方法，受到學(xué)員的普遍歡迎。通過上述教學(xué)手段和方法的綜合運用，計算機網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)效果良好，激發(fā)了學(xué)員學(xué)習(xí)、應(yīng)用、開發(fā)網(wǎng)絡(luò)的濃厚興趣。2012年度解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院立項的本科生創(chuàng)新課題項目中，有40%與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用有關(guān)，特別是在軟件制作類項目中比例高達(dá)70%。2011年本科畢業(yè)設(shè)計選題中，30.1%的學(xué)員選擇網(wǎng)絡(luò)方面的研發(fā)課題，2012年這一比例上升到33.4%。
5結(jié)語
在通信工程專業(yè)全期培養(yǎng)計劃中增加計算機教育的比重，確定計算機網(wǎng)絡(luò)課程的重要地位，是培養(yǎng)適應(yīng)未來聯(lián)合作戰(zhàn)初級指揮人才信息素養(yǎng)的必然要求。在教學(xué)目標(biāo)定位、教材選取、教學(xué)內(nèi)容組織和教學(xué)方法創(chuàng)新方面深入研究、精心設(shè)計是保證良好教學(xué)效果的必要條件。按照“學(xué)為主體，教為主導(dǎo)”的教學(xué)理念，計算機網(wǎng)絡(luò)課程已建立了課堂教學(xué)、實驗教學(xué)和工程應(yīng)用交叉融合的教學(xué)結(jié)構(gòu)，各教學(xué)環(huán)節(jié)相輔相成，形成了立體化的教學(xué)模式。在小班化教學(xué)模式下，通過問題驅(qū)動式和課題研討式相結(jié)合的教學(xué)方法，注重學(xué)員自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，充分發(fā)揮學(xué)習(xí)主體的主觀能動性，達(dá)到了基本概念原理和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用能力并舉的教學(xué)目標(biāo)。
作者：劉 熹，王 海，吳連才，彭來獻(xiàn)，王 琦 單位：解放軍理工大學(xué) 通信工程學(xué)院