課程教學高級計算機網絡論文

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一、教學設計

1.教學目標本科階段的課程教學一般偏重于了解和掌握理論與技術基礎，其教授方法為“授之以魚”，即重點是給學生講述已有的經典解決方案和技術原理。而研究生階段的教學則側重于對學生研究與開發能力的進一步培養，其教學更注重“授之以漁”，即培養學生如何解決問題的思路和方法。因此針對研究生開設的“高級計算機網絡”課程的教學必須以培養學生的研究和創新能力為目標來講述計算機網絡的相關原理，并使學生了解計算機網絡領域研究的前沿問題、方法、進展和趨勢，便于學生選擇今后的研究方向，并為進一步的研究提供方法論的參考。

2.教學內容的組織歸納國內各高校研究生階段的“高級計算機網絡”課程的教學內容，發現通常分為兩類。一類是沿襲“計算機網絡”課程的內容以計算機網絡的軟件體系結構的分層架構為脈絡，對其原理的講述在深度和廣度上進行提升，另一類是開設一系列的前沿技術專題講座，以便學生了解計算機網絡領域研究的前沿問題、方法、進展和趨勢。上述兩種授課模式各有優缺點，第一類講授模式能夠幫助研究生更加深入地理解計算機網絡的體系結構及核心問題，但該課程課時較少（我校為27學時），無法完整和透徹地講授該教學內容。第二類講授模式能夠幫助研究生迅速把握本專業的熱門研究方向和研究問題，但課程內容的組織缺乏系統性，難以幫助學生把握課程的核心知識點。因此本課程的教學模式無法單純遵從以上兩種授課模式。本課程的教學目標是幫助研究生選擇今后的研究方向，并為進一步的研究提供方法論的參考。因此教學內容既要反映計算機網絡領域研究的主流和前沿問題，又要分析如何選擇解決問題的方法和具體算法，以便既開闊學生的專業視野又培養學生的研究創新能力。經過研究確定了本課程的授課方式，擬定了計算機網絡體系結構剖析、無線網絡，P2P網絡，云計算這四大模塊為教學內容。

（1）計算機網絡體系結構剖析。本科階段不同專業學生的“計算機網絡”課程的教學側重點不同，特別是對工科類學生只是較淺顯地介紹了計算機網絡的體系結構的基本內容，并未涉及較核心的原理。而且在講述和原理時，往往直接平鋪直敘，即“是什么？”。為了培養研究生的解決問題的能力，該部分內容應側重分析“怎么找解決方案？”。所以，仍然將計算機體系結構模塊納入“高級計算機網絡”課程的教學范疇，但賦予新的教學思路。該模塊的主要內容包括：計算機網絡概述、物理層、數據鏈路層、介質訪問子層、網絡層、傳輸層、應用層等。（2）無線網絡。隨著有線網絡技術的成熟，人們除了科技和商務需要外，日常生活也越來越依賴各種網絡應用。無線網絡安裝方便，性價比高，成為當今網絡發展的趨勢。因此無線網絡的相關技術已成為了計算機網絡中的一個重要組成部分，作為研究生必須了解其技術的基本原理，以便為今后的研究方向的選擇奠定研究基礎。此模塊的教學內容重點包括兩部分。一是各無線網絡類型的最常用和經典的實現協議介紹，二是各種典型的無線網絡技術的基本原理。該模塊的主要內容包括：無線局域網：IEEE802.11的協議；無線個域網：IEEE802.15和藍牙技術；無線城域網：IEEE802.16d的技術；無線廣域網：IEEE802.20的技術；移動AdHoc網絡的技術；無線傳感器網絡的技術；無線Mesh網絡的技術。（3）P2P網絡。P2P網絡的中文全稱為對等網絡（PeertoPeer，簡稱P2P），主要指前些年為了解決若干用戶同時到服務器上下載音樂文件而造成的網絡和服務器的重負荷而提出并設計實施的一種邏輯對等網，該網絡目前已廣泛應用于即時通信軟件、下載文件軟件、網絡游戲軟件、數據搜索及查詢軟件、協同計算軟件中。鑒于該網絡的廣泛應用性，學生有必要了解P2P網絡的基本原理。其次，P2P網絡的實現原理中有不少巧妙、經典的解決方案，深入學習該網絡的相關核心原理有助于學生開拓思路、啟發學生的解決思路。該模塊的主要內容包括P2P網絡概述；第一代P2P網絡：混合式P2P體系及代表產品BitTorrent的特點和原理；第二代P2P網絡：無結構P2P體系及代表產品電驢的特點和原理；第三代P2P網絡：結構化P2P體系及代表產品的特點和原理；P2P的核心機制等。（4）云計算。云計算是近年來研究的一種熱點計算模式，它是一種基于互聯網的計算方式，通過這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需求提供給計算機和其他設備。繼個人計算機變革、互聯網變革之后，云計算被看作是第三次IT浪潮，它將帶來生活、生產方式和商業模式的根本性改變。云計算是分布式計算、并行計算、效用計算、網絡存儲、虛擬化、負載均衡等技術發展融合的產物。了解云計算的相關原理有利于把握未來計算機網絡發展的趨勢。該模塊的主要內容是：云計算的概念、發展現狀、實現機制、網格計算與云計算技術介紹；云計算理論的研究熱點和體系結構研究、關鍵技術研究、編程模型研究、支撐平臺研究等內容。

二、教學方法

本課程的教學采取教師課堂講授、學生自主學習、課堂講解與討論相結合的方式。

1.課堂教學（1）類比啟發式教學法。為了培養研究生的分析問題和解決問題的能力，課堂教學的重點不是直接陳述現成的原理和算法，而是重點分析如何尋找解決方案的思路，因此在教學中采用類比啟發式教學法來完成該教學目標的實現。筆者將日常生活中的類比問題引入教學，讓學生先思考生活中問題的解決方法，再啟發學生自己提出計算機網絡中相關問題的解決方案，既方便學生理解原理，又調用學生的積極性，訓練了學生分析問題和解決問題的能力。具體類比啟發式教學案例如下所述：提問：實現計算機網絡通信的軟件體系結構的理想5層結構是否可減少一些功能層次，比如有了數據鏈路層可否省略傳輸層？類比案例：處于甲地的A寫信給處于乙地的B的整個通信實現過程。分析：通信步驟可分解為：1）A寫信，具體內容、語言以及書寫格式由A或AB協商確定。2）為保證信件一定被收到，A與B事先約定收到對方信件后立刻回信。3）A將信放入信封交給郵局。郵局按照收件人地址安排運送路線。4）為保證信件能正確到達目的地，郵局要求每個轉接點均與前一個轉接點簽字確認。5）信件按照每一段選定路線由交通工具運送至下一轉接點，一直傳送到目的地為止。其中1）2）由用戶完成。3）4）5）由郵局完成。2）4）分別是用戶和郵局保證信息正確傳輸采取的手段，4）不能取代2）。與計算機網絡通信軟件需完成的功能對應可得出相應層次的主要功能。1）應用層。用戶按照收發雙方的約定對信息進行處理。2）傳輸層。用戶采用相應手段保證收發雙方信息的正確傳輸和接收。3）網絡層。保證通信子網提供源點到目的點的數據傳送（Packet）。實現路由選擇、擁塞控制與網絡互連。4）數據鏈路層。保證相鄰兩個連接點間（數據鏈路）無差錯的數據傳輸。5）物理層。在物理線路上傳輸原始的二進制數據位。其中1）2）由用戶計算機終端用戶完成。3）4）5）由通信子網完成。傳輸層不能省略。（2）課堂討論、自主學習。本課程的無線網絡模塊、P2P模塊和云計算模塊對于學生來說是新內容，為了培養學生的自主學習能力，先將模塊中的教學要點公布，提供參考教材，然后指定部分要點或難點要求學生上講臺講述，其他學生提問，教師最后再提問和講評。

2.網絡輔助教學平臺和多媒體動態演示課件教學（1）網絡輔助教學平臺。為了彌補傳統教學的不足，推進學生個性化自主學習，利用教學網站來輔助教學，可以打破傳統教學時空的限制，讓學生體驗到自由獲取知識的樂趣。筆者利用學校提供的課程中心網上教學平臺，實現了協同的教學環境。模塊有：課程簡介、教學大綱、電子教案、教學進度、動態演示、課后思考、視頻資料、課程互動。（2）多媒體動態演示課件。在前述網站中的動態演示欄目中的內容既可以是直接內嵌在網頁上的動態演示構件，也可以是能下載至本地機的動態演示構件。動態演示構件是指通過編程方法制作完成的課件，演示內容并不是事先預備好的固定算法執行過程圖片，而是參數由用戶自己任意填入，演示內容能根據用戶給予的參數自動變換繪出。該演示構件是一種較復雜和有效的原理或算法演示工具，讓難弄懂難理解的概念或算法形象化、具體化，能更好地表達講課內容，因此便于學生理解教學原理，達到事半功倍的效果。例如筆者專門為本課程的計算機網絡原理部分編寫了幾個動態演示構件，以路由選擇算法RIP和OSPF為例。在該演示構件中最上面的圖形區，用戶可以自己建立網絡拓撲圖。當點擊鼠標左鍵，將自動在點擊位置畫出圓點（代表路由器）并命名，連續用右鍵點擊兩個圓點，則在兩點間畫出連線，開銷值可由構件右側的文本框的輸入值來改動。指定源端路由器后，點擊“開始”按鈕，在圖形區下端的文本區1中則按照用戶選擇的RIP或OSPF算法一邊計算，一邊顯示計算的中間結果，同時在圖形區把正在計算的路線變為紅色來給用戶提示。算法計算完畢，在文本區2繼續計算各路由器的路由表，并將結果顯示出來。

三、結束語

“高級計算機網絡”課程作為計算機網絡與通信領域的研究生核心課程，對該領域的科學研究與工程技術工作者至關重要。通過分析“高級計算機網絡”課程在教學實踐中的問題，筆者根據教學對象的實際情況和教學目標，對教學內容和教學方法進行了研究，力求培養學生分析問題和解決問題的能力，拓寬學生解決問題的思路，因此設計了計算機網絡原理剖析、無線網絡、P2P網絡、云計算網絡四個教學模塊，并采用類比啟發式教學法、課堂討論、自主學習、網絡輔助教學平臺和多媒體動態演示課件教學等方法提高教學水平，通過實踐，取得了很好的教學效果。在后續的教學實踐過程中，筆者將不斷對課程進行相應的改革創新，達到傳授知識、提升能力的教學目標。

作者：袁健趙逢禹張艷單位：上海理工大學光電信息與計算機工程學院