研究生网络课程群实践教学体系研究

　　文章编号：1672-5913(2011)23-0017-04 中图分类号：G642 文献标识码：B
　　
　　摘 要：分析目前研究生计算机网络实践教学的现状和面临的挑战。提出柔性的计算机网络课程群实践体系。包括：1)培养研究生软硬件动手能力的实践内容；2)新形势下的教学模式；3)调动学生参与实践的积极性，建立注重实践过程控制为目标的考核体系。整个体系通过新颖的教学内容和人性化的管理提高了实践教学质量。
　　关键词：计算机网络; 实践教学体系;能力培养
　　基金项目：2011年江苏省研究生教育教学改革研究与实践项目“研究生网络课程群实践体系改革与实现”(JGKT11_005)。
　　
　　计算机网络涉及的内容较为广泛，已成为迅速发展并广泛应用的一门综合性学科。在我校的研究生教学中，计算机网络已经不仅仅是一门专业课，而是逐渐发展成了一个以网络技术为核心的课程群，包括计算机网络基础，高级计算机网络，网络与信息安全，移动计算及无线网络，网络通信实验，网络安全实验等。通过该课程群的学习，可以了解网络当前发展的主流技术，掌握网络通信的实现方法以及协议、算法的仿真；熟悉网络工程所涉及的路由器、交换机、防火墙等设备的安装和配置以及调试。网络课程群实践教学环节对学生深刻理解、熟练应用网络基本原理和核心技术至关重要。我们在“十一五”期间进行了南京航空航天大学研究生核心课程改革项目“《现代计算机网络》专业核心课程建设”的研究，侧重于网络课程理论教学的改革，并在实践教学改革方面进行了初步的尝试[1]。在此基础上，本文从整个研究生阶段网络相关的课程出发，进行了研究生网络课程群实践教学体系的研究。
　　1 相关研究
　　目前国内高校在计算机网络实践教学中积极引入新的教学指导思想，不断探索更有效的教学手段和方法，以期达到良好的教学效果，使学生所学与社会所需无缝接轨。南京师范大学提出了网络课程群的实验体系、实验组织、实验设备和环境的建设方案，建立了符合计算机网络教学和人才培养综合平台[2]。湘潭大学针对当前计算机网络专业学生对实践教学中存在的问题，提出了四层的阶梯式实验教学模，通过全方位分层次的实践教学提高了学生的实践动手能力[3]。苏州大学对计算机网络课程进行了重新组织，结合多种软件进行实践教学改革，将理论与实践教学紧密联系。增强了学生对各种协议的理解及运用能力[4]。华南师范大学以提高学生的设计能力和解决实际问题的能力为目标，提出基于设计型学习的实践教学思路和教学课程，训练学生的批判性思维和创新思维[5]。此外，温州大学、湘南学院、盐城工学院、南京大学、东南大学等在计算机网络实践教学改革方面进行了很多有益的尝试，取得了良好的效果。
　　上述研究大多进行了一些完善性、提高性的改革，并且主要针对本科生进行。针对研究生能力培养，将网络课程群实践环节作为一个整体，从社会需求和学生发展出发系统培养研究生计算机网络硬件配置、协议研究、算法实现和应用开发能力的教改研究还鲜有报道。尤其是国家教委推行卓越工程师计划，强调能力训练一方面通过企业实践获得，另一方面也绝对不能忽视学校本身对研究生的工程能力训练，从而实现阶梯式上升的能力培养体系。基于此，我们“以就业为导向，以企业需求为依据，以能力为内涵，以创新为外延”进行研究生网络课程群实践教学的改革研究，以培养与业界无缝接轨的适应能力强大的网络专业人才。
　　2 研究生计算机网络实践教学面临的挑战
　　网络课程群相关实验具有较强的理论性和实用性。通过实践环节，学生能够把枯燥的理论知识和平时感兴趣的网络应用结合起来，可以让学生兴致盎然地主动学习网络原理和知识点。然而由于网络课程群本身的特点，相关的实验体系容易走向两个极端：一个是简单应用性实验。这类实验学生容易上手，但不能让学生深入理解网络协议、算法，对研究生的动手能力和研究能力帮助不大；另一个是底层协议和设备原理相关的实验，具有较强的理论性，学生可以精通所做实验相关领域的技术细节，但实验难度较大，不容易上手。
　　另一方面，随着Internet的飞速发展，计算机网络已经成为整个社会基础设施的一部分，作为信息传输的基础，网络与其它研究方向密切相关。因此，计算机网络相关课程已经变得越来越重要，本专业所有研究生都选修其中多门课程，非计算机专业研究生选课人数逐年递增。另外随着技术的发展，网络技术本身的发展也很快。同时，针对目前我校研究生招生的实际情况，研究生生源越来越多样化。新入校的研究生来自不同学校，学生整体水平差异较大。并且在本科阶段所学的计算机网络课程涵盖的内容存在差异，有的同学在本科阶段甚至没有接触过网络设备和实验。所以，在实际教学过程中，网络课程群相关的实践教学存在不少挑战：
　　1) 选课人数越来越多，指导、管理和考核难度越来越大；
　　2) 学生基础不同，所具有的初始知识存在较大差异；
　　3) 学生缺乏实践经验，对于网络工程、网络仿真和网络通信编程没有进行过实践；
　　4) 外专业选修学生具有不同的专业背景，网络基础较差，但却有将网络知识应用到他们自己专业领域的强烈需求，需要网络课程群实践体系具有较强的适应性；
　　5) 设计网络实验时，需把握适中的难度，太简单的学生没有兴趣，太难的学生做不了；
　　6) 网络技术快速发展，使得研究生网络课程群实验内容必须动态调整；
　　因此，如何构建合理的网络课程群实验体系，设计由浅入深的实验课程，既注重实验的趣味性又让学生能循序渐进地开展实验活动是其中关键问题。
　　3 研究生计算机网络课程群实践教学改革的主要内涵
　　在计算机网络课程群实践体系的研究中，我们的主要思路是“拉平基础，因材实践；拓宽视野，注重个性；强化管理，灵活考核”。我们通过进行产业调研、职业分析和岗位能力分解，对研究生网络课程群实践模式进行广泛深入的研究，重新定位高级专业人才网络技术和实践方面的培养目标，将实践重点向实用技术、新技术倾斜。通过教改，带动整个网络方向的课程整合，完善实践教学手段和方案，提升网络实践的含金量，为卓越工程师计划打下基础，扩大在业内的影响。我们主要从以下几方面进行了尝试。
　　3.1 柔性的网络课程群实践体系
　　在改革中，我们注重“拉平基础，因材实践”，按照1+5+3的原则组织实践内容。“1”就是在实践开始阶段，做一个演示性实验，激发学生兴趣，让学生了解网络的精神实质；“5”就是按照5大部分来组织实验内容，包括：网络通信实验、计算机网络基础、高级计算机网络(包括网络路由协议及算法)、移动计算及无线网络、网络与信息安全。“3”就是从模型、协议和工具三个主题方向，设计实验内容，让学生精通一种模型，一种网络协议，掌握一个研究工具。
　　我们采用模块化思想，设计了一种积木式的研究生网络课程群实践体系，如图1所示。所谓柔性是指：一方面是实践体系足够完善，老师和学生可选择性教强，可根据学生的兴趣选做，但同时仍能满足培养质量的要求；另一方面，由于网络技术的快速发展，实践课程也必须适时做出相应调整，该实践体系充分考虑新技术、新实验的加入并保证原体系的完整性。
　　为了适应不同性别、不同基础、不同兴趣、不同类型的研究生，我们将研究生网络课程群实践体系中的实验课程分为不同的层次：1)模仿型；2)应用型；3)探索型；4)创新型。在不同类型和层次的实验中，我们订制了个性化的实验内容、差别化实践要求。这样本专业硕士和外专业硕士、学术型硕士和专业型硕士各有侧重，但不割裂，实现“因才实践”。
　　
　　
　　同时，实验计划和内容可以紧随技术的发展而变化，不断根据业界的技术发展和要求调整。例如由于近几年无线网络技术发展迅猛，我们及时增加了无线技术相关的实验。同时将课内实践和课外实践整合起来。一是将部分导师的科研项目纳入实践课程体系，引导学生进行一些研究性的实践。二是企业实践课程，通过和相关企业和研究院所合作，将一部分实践课程直接开设在企业生产一线，作为课堂实践课的补充。
　　3.2 实践教学模式的改革
　　在教学过程中，我们坚持“拓宽视野，注重个性”，以验证性实验为基础、以综合性实验为主体、以研究性实验为扩展。拓宽学生视野，杜绝以完成实验拿到学分为目的。加大实践能力训练的投入和课时，充分利用校内与校外提供的实践资源为学生提供实践场所和题目。鼓励学生从实践中发现问题，在实践中解决问题。根据学生的特点和兴趣，指导选择实践内容、实践时间，时间地点等，张扬个性，注重实效。主要体现在以下几个方面。
　　1) 建立完善的实验管理系统。实践课程大纲以及每堂课的实践内容的发布、学生选题、课题过程管理、实验成果的都进行集中统一管理，并且提供交流平台，如学习资源、新闻组、讨论组、聊天室等，以支持师生之间、学生之间的交流；
　　2) 内引外联，加强业务学习。每学期前进行实践指导老师集体讨论，针对前一期教学中存在的问题和经验，在自编《计算机网络实验指导书》中更新实践教学内容并制定相对应的策略。和业界有代表性的企业一起开展教学研究活动，达到实验先进性、教学难度与学生接受能力的最佳平衡；
　　3) 软硬兼施，强化应用能力和科研能力的训练。包括网络工程训练，网络模拟仿真，网络通信编程等多种类型，加强应用能力和科研能力的培养；
　　4) 开放式管理。坚持教学与实践相结合，在实验选题和完成过程中，采用完全开放的管理，从选题到完成过程，从实验结果提交到考核，学生有完全的自主，但同时又有明确的考核标准和尺度；
　　5) 鼓励横向交流，强化激励机制。实验过程中，鼓励学生之间的横向交流，通过共同解决问题培养学生的创造能力、协作能力、科学研究能力和解决实际问题的能力。选择部分实验，让学生自己准备演示和演讲，激发学生的成就感和自豪感。
　　3.3 进行实践教学过程控制，强调能力培养
　　在教学过程中，我们采用启发式、探究式紧密结合的实践教学方式，使得学生能够学会一种方法，掌握一门工具，精通一个方向。通过启发式培养学生独立思考问题、提出问题和解决问题的能力；通过探究式实现师生互动，培养学生的创造能力、科学研究能力和解决实际问题的能力。注重实践教学的过程控制，强调实践体系的可管理性，通过确保实践过程保证实践质量。在实践教学过程中，严格按照软件工程规范进行管理。实验室配置了Harvest平台，对实践的版本进行管理，同时培养学生自觉按软件工程的要求进行实践软件的编制。借助版本管理完成过程控制。通过定期提交不同的版本和区分不同版本之间的差别，确保学生在规定的时间段内投入足够的精力，杜绝实践环节中出工不出力，甚至连工都不出的情况。这样通过确保实践过程控制保证质量。
　　在能力培养方面，注重软件能力和硬件能力两手抓。
　　1) 软件能力方面，主要包括网络算法、网络模拟和网络通信编程。例如网络算法实现主要选取包分类算法中的Trie树、HyperCut和Hicut等算法进行实现，并比较其性能。网络模拟实验采用著名的NS2工具，对已经公开发表的科技论文涉及到仿真的部分进行验证。网络通信编程部分由学生自主从实验题库中选择，结合自身研究的兴趣和已有的能力基础；
　　2) 硬件能力方面，主要包括网络工程能力培养。对常用的网络设备进行配置和管理。在研究生公共实验室和计算机综合能力训练开放实验室的支撑下，研究生可以进行Cisco的路由器、交换机和防火墙，华为3COM的路由器、交换机和防火墙&VPN，SonicWall防火墙&VPN等的验证性实验、设计性实验和综合性实验。在综合性实验中，实现不同厂家的设备互通；在设计性实验中，学生可以自主设计网络拓扑结构，自主进行网络路由配置，实现较为复杂的网络架构。
　　(4) 改革群实践评价体系和考核制度
　　在考核中，我们注重的是实践过程，而非用统一的尺度衡量不同专业不同类型研究生的实验结果。结合过程控制强化管理，综合考虑实践时间和精力投入，着重考察学生通过实践教学取得的进步，把平时表现作为考核的重要方面。我们制订了全面的考核指标供老师和学生有针对性地执行，最终的实验结果只占较小的比例。
　　4 结论和进一步工作
　　计算机网络课程群实践教学对计算机专业和相近专业研究生能力培养具有重要的意义。然而随着社会和网络技术本身的发展，现有的实践教学已经不能适应新形势的要求。本文通过调研业界对研究生在计算机网络能力方面的需求，针对我校研究生的实际情况，进行了研究生网络实践教学的改革，建立了柔性的“软硬兼施”的计算机网络课程群实践体系，着重拉平基础、培养研究生的发现问题解决问题的能力；同时对教学方法、教学过程控制和考核标准和方法进行了有效的尝试。经过近几年的实践，该项改革初见成效，学生的实践热情和主动性高涨。今后在这方面主要的工作是完善发展该实践体系，根据业界发展趋势调整实践内容，使教学过程控制和考核体系更完善、更具可操作性。
　　
　　参考文献:
　　[1]