“网络性能分析”课程问题驱动式教学法初探

徐慧+王春枝+陈宏伟

摘 要：针对湖北工业大学网络工程专业“网络性能分析”课程教学存在的问题，提出问题驱动式教学法，并构建了网络性能分析核心问题驱动教学模式，指出驱动式教学法在物联网工程专业应用时需要注意的问题，旨在探索面向物联网工程专业的“网络性能分析”课程教学方法。

关键词：物联网工程；网络性能分析；问题驱动式教学方法

中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2014）02-0042-02

收稿日期：2013-07-10

作者简介：徐慧（1983—），女，湖北武汉人，湖北工业大学计算机学院讲师，主要从事网络与服务管理研究。

基金项目：湖北省高等学校省级教学改革研究项目“面向物联网工程专业的网络管理与安全课程群建设”（2012273）；湖北省自然科学基金面上项目“基于P2P技术的网络安全协同管理机制研究”（2012FFB00601）

《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》针对新一代信息技术产业的重点领域，提出“促进物联网、云计算的研发和示范应用”[1]。“网络性能分析”课程作为物联网工程专业网络管理与安全课程群中的一门重要课程，其教学方法是一个急需解决和值得探讨的问题。本文结合湖北工业大学网络工程专业“网络性能分析”课程的教学经验展开讨论，提出问题驱动式教学方法，阐述网络性能分析核心问题驱动的教学模式，并思考问题驱动式教学方法在物联网工程专业应用时需要注意的内容。

一、运用问题驱动式教学方法的意义

目前，网络工程专业网络性能分析方面的本科教材比较少，而面向物联网工程专业的网络性能分析方面的本科教材就更加有限。尽管“网络性能分析”课程是物联网工程专业网络管理与安全课程群中的一门重要课程，但是教材的局限性给课程教学的具体实施带来了不少的困难。

相对于其他知识体系比较成熟的课程，“网络性能分析”课程仍缺乏相对固定的知识体系结构。在网络工程专业“网络性能分析”课程的教学过程中，我们发现这种教材局限性带来困难的同时也为课程教学带来了新的机遇。在这一背景下，我们提出问题驱动式教学方法，在教学过程中通过引入网络性能分析的核心问题，激发学生寻求解决方案的兴趣，进而指导学生开放思想，不断地帮助学生建立并完善网络性能分析的知识体系结构。

二、网络性能分析核心问题驱动教学模式的构建

对于网络性能分析而言，为了给学生一个较为清晰的概念，课程教学过程中我们首先提出第一个核心问题，并围绕该问题，引导学生建立网络性能的初步概念。

（一）量度网络性能的重要性

“网络性能分析”课程的相关先修课程已从一些角度考虑过网络性能问题，在此基础上，指导学生思考仅仅停留在定性描述（如从速度的角度分为高速和低速等）的层面上能否确切地比较两个网络的特征。

在引导学生思考核心问题的过程中，帮助学生整理已有知识，并希望学生通过经验逐步意识到，这种定性方法不足以确切地比较两个网络的特征，而需要使用定量的量度来精确地描述网络的性能。

（二）网络性能的度量指标

通过这一核心问题的提出，指导学生结合真实的网络服务体验，如即时聊天工具和IPTV业务等，逐步了解网络性能的度量指标，并结合实际为学生解释延迟、吞吐量、丢包率等主要的网络性能度量指标。

更进一步，引导学生思考这些网络性能度量指标是否具有一定的相关性。例如，可以通过道路交通堵塞的例子说明吞吐量与延迟之间不是独立无关的，即将吞吐量类比为道路车辆，将延迟类比为车辆拥塞情况，这样学生可以通过实例了解吞吐量与延迟之间存在一定的关联：吞吐量的增加将导致延迟随之增加，以及当吞吐量接近网络容量的100%时，延迟急剧上升等事实。按照这一思路，继续引导学生思考如何测量在某一时刻网络正在传输中的数据量，学生这时则比较容易得到采用吞吐量与延迟的乘积这种方式。

（三）网络性能指标的测量

关于网络性能指标的测量问题，首先引导学生通过常用的网络抓包工具观测网络流量，监视网络性能。这一解决方案在相关先修课程中都有所涉及，并且具有一定的通用性，可以帮助学生对网络性能指标测量问题形成一个比较容易掌握的解决方案。在实际教学过程中，还需要从多视角引导学生思考这一核心问题。

一方面，指导学生尝试将网络测试方法学应用于网络性能分析中。网络测试方法学相关的标准RFC文档详细介绍了按照网络体系结构逐层的主要技术指标[2]。由于暂时没有网络测试设备的支持，可以通过常用的网络测试命令测量网络性能指标，依据现有的实验条件，也可以考虑从软件开发的角度实现网络性能指标的测量。

另一方面，鉴于先修的网络管理相关课程已经帮助学生掌握网络管理事实上的协议标准——简单网络管理协议（Simple Network Management Protocol，SNMP）的理论体系，引导学生相互间讨论网络管理理论在网络性能指标测量方面应用的可行性，并尝试应用基于SNMP标准的网络管理应用开发方法实现网络性能管理功能。

从多视角思考“如何测量网络性能指标”这一核心问题将有助于学生在不同场景下选择合适的方案实现网络性能指标的测量。当然，这同时又需要研究测量结果的可信度问题。

（四）网络性能指标测量结果的可信度

考虑到网络性能指标的测量结果，指导学生讨论其可信度问题。

通过提问的方式引导学生意识到，无论是采用网络抓包工具、网络测试命令，还是网络管理方法，发送用来测量网络性能的通信量本身有可能又会影响网络的性能，进而导致测量结果的不可信。

另外，从精确测量的角度，引导学生思考网络条件的不断变化、网络业务的突发行为等对网络性能指标测量结果的影响。

三、应用问题驱动式教学法需要注意的问题

考虑到物联网工程专业人才的培养问题，目前存在缺乏学科交叉培养、人才专业知识结构单一等问题，而物联网工程教育与物联网技术又存在着一定程度的脱节。采用提出的这种问题驱动式教学方法在物联网工程专业应用时需要注意的内容是值得我们深入探讨的。

在面向物联网工程专业的“网络性能分析”课程教学过程中，应用问题驱动式教学方法，在此基础上需要进一步考虑在物联网工程专业应用问题驱动式教学方法时需要注意的问题。

（一）引进CDIO工程教育模式，提高学生的实践能力

在面向物联网工程专业的“网络性能分析”课程教学改革过程中，引进国际先进的CDIO（Conceive构思、Design设计、Implement实现和Operate运行）工程教育模式。

作为近年来国际工程教育改革的最新成果，CDIO 工程教学模式以工程实践为载体， 培养学生掌握基础工程技术知识，加强动手操作能力，这将有利于推进问题驱动式教学方法在物联网工程专业“网络性能分析”课程教学中的具体实施。

在将问题驱动式教学方法应用于面向物联网工程专业的“网络性能分析”课程教学时，考虑按照CDIO工程教育理念培养学生系统地掌握物联网性能相关理论、技术和方法，建立网络性能分析知识体系，最终具备网络性能分析的实践技能，能够参与物联网性能相关研究、开发与应用，承担一定的创新性工作。

（二）利用多层次实践平台，激发学生的创新能力

从课程实践的角度，湖北工业大学全天（包括晚上与周末）对所有本科生开放计算机网络实验室、计算机硬件实验室等专业实验室，为学生提高网络性能分析实践能力提供了较好的条件。我们通过引导学生思考网络性能分析核心问题的解决方案，加强实践教学的指导和管理，合理安排实践教学内容。

近年来，湖北工业大学投入大量经费建设物联网大学生创新实验室。2010年，湖北工业大学与武汉奋进电力技术有限公司和武汉思美特科技公司联合建立物联网实验室和科研基地。2011年，湖北工业大学与台湾晶心宏科技有限公司确定合作关系，作为一家集成电路企业，台湾晶心宏科技有限公司捐赠相关设备用于建立联合实验室，并请来企业资深培训师通过直接上机实践操作指导学生嵌入式开发。

所有这些实践平台从多层次为面向物联网工程专业的“网络性能分析”课程实践提供了开放场地与各种硬件设备的支持，有利于应用问题驱动式教学方法指导学生通过实践思考物联网环境下的网络性能分析的新问题，并通过创新性实验寻求解决方案。

考虑到“网络性能分析”课程是湖北工业大学物联网工程专业网络管理与安全课程群中的一门重要课程，本文旨在探索面向物联网工程专业的“网络性能分析”课程教学方法。我们提出问题驱动式教学方法，并将网络性能分析核心问题驱动的这种教学模式应用于网络工程专业的教学过程中，教学效果良好。当采用这种问题驱动式方法在物联网工程专业应用时，我们积极探索从网络工程专业过渡到物联网工程专业需要注意的内容，最终为物联网工程专业的网络管理与安全课程群建设奠定基础。

参考文献：

[1]国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定

[R].2010.

[2]林川，施晓秋，胡波等.网络性能测试与分析[M].北京：

高等教育出版社，2009：1-158.