“信息网络技术”课程教学改革探讨

王 剑，刘星彤，张 权

(国防科学技术大学 电子科学与工程学院，湖南 长沙 410073)

“信息网络技术”课程教学改革探讨

王 剑，刘星彤，张 权

(国防科学技术大学 电子科学与工程学院，湖南 长沙 410073)

“信息网络技术”课程的教学应以网络互联为主线，以网络分层为核心思想，突出实验教学的重要性，筑牢学生信息网络基础理论知识这块基石，强化学生实践能力和创新意识的培养。本文首先分析了课程教学中存在的主要问题，然后探讨了课程内容、实践教学及教学方式改革的思路和措施，为进一步提高课程的教学质量提供参考。

信息网络；教学改革；教学方式

0 引言

目前，我国高校中开设“信息网络技术”课程的并不多，通常讲授的是“计算机网络”或“通信网络”。

“计算机网络”课程主要结合OSI参考模型和TCP/IP模型对网络的每一个层次进行介绍，并以网络层、传输层和应用层为重点[1-3]。“通信网络”课程则从传送网、支撑网、业务网的角度对传输质量、接入方式、交换技术、通信业务、网络管理等进行介绍，并着重描述了电话通信网、移动通信网和数据通信网这几种网络表现形式。

21世纪是信息时代，信息交互、信息共享主要依赖各种形态的网络来实现。未来网络呈现出日趋融合的发展趋势，而不在于终端形式是计算机、智能手机还是PAD，接入方式是DSL、HFC、OAN还是Wifi，网络形态是电话网、移动通信网、卫星通信网还是计算机网，网络将以信息为核心，为信息的传输、存储、处理和应用提供服务。因此，我们将信息网络定义为由终端、传输链路、交换设备、协议等信息网元所构成的集合体，用于支持信息的传输、存储、处理和应用等服务的体系。

我校通信工程、信息工程等专业已不再开设“计算机网络”或“通信网络”课程，而是新设一门“信息网络技术”课程。该课程淡化了网络的表现形态，而突出信息的传输、处理和应用以及网络的融合和互联互通。这门课程在我校已经开设了3年，并取得较好的教学效果，但无论在教学内容组织还是教学方法、手段等方面还存在很多需要改进之处，因此本文将分别针对存在的问题、改革的方案进行详细阐述。

1 存在问题

“信息网络技术”是一门综合性较强的课程,涉及信息与通信工程、计算机科学与技术等多个学科，具有基础理论知识广、工程实践性强、技术更新快等特点，对于教师来讲，最重要的是把握好课程的主线，深入理解课程的设计思想和教学目标。该课程不是要把形形色色的网络介绍给大家，而是要着重把握现代信息网络的体系结构，突出网络互联的基本原理和方法以及各类网络日益融合的发展趋势，使学生具备扎实的信息网络理论功底和良好的工程应用能力。但在教学实践中，由于课程主线把握不足，导致存在教学重点不够突出、实践教学环节较为薄弱、教学手段过于单一等问题。

1.1 教学重点不够突出

原课程包含九章，课程结构如表1所示。

表1原课程结构

课程力图面面俱到把信息网络的体系架构、基本理论、应用方式及各种类型的信息网络在50个学时内都灌输给学生。什么都想讲到，什么都讲不透彻，重点不突出。在实际教学过程中，学生也反映课程内容太多、太杂，抓不住重点。因此迫切需要精简课程的内容，突出课程的重点。

1.2 实验教学较为薄弱

实验教学主要解决理论与实践相结合的问题。在教学实践中，很多知识学生学过不久后就忘得一干二净，而对于亲手做过的实验却印象深刻。因此，课堂教学和实验教学应该紧密配合、相辅相成，通过课堂教学来指引实验教学，通过实验教学来验证课堂教学。但是，目前课程计划中的实验学时仅为4个学时，设置了2组实验，一组为网络服务器配置实验，一组为网络通信编程实验。这两组实验均侧重于网络应用，而教学计划中对于网络接入、网络组网、网际协议、路由算法等体现网络互联原理的重点内容并未设置相应的实验。对于一门应用性很强的课程，这是远远不够的，因此需要提高实验教学在课程中的地位，加大实验课程的比重。

1.3 教学手段过于单一

课程的教学虽然采用双主教学模式，也就是在教师指导下以学生为中心的模式。在这种模式下，教师是主导、学生是主体，主导与主体相辅相成共同完成学习任务[4]。但这种教学模式的关键是如何激发学生自主学习的热情，发挥学生的主体地位。要发挥学生的主动学习的能力，综合使用多种教学方法和教学手段就显得尤为重要。课程中很多内容非常抽象，难于理解，学生对这些难度较高的理论知识兴致不高，其原因在于课程教学还是以单一的、静态的多媒体教学为主，还是对学生采取灌输知识点的方式，导致学生的兴趣不高，学生主动学习的能力得不到充分发挥。因此，需要让教师的教学“动”起来，刺激学生的多种感官，激发学生的兴趣，从而使学生也“动”起来。教师的“动”则要求教师针对不同的课程内容采取灵活多变的教学方法，采用各种形象生动的教学手段。

2 改革方案

“信息网络技术”课程的核心思想是基于IP实现各种信息网络的互联互通，在统一的IP协议框架上实现各种应用，也就是“IP over Everything”和“Everything over IP”。课程的改革应围绕这个核心思想，进一步优化教学内容以突出课程的重点，强化实践环节以加强学生工程应用能力的培养，丰富方法手段以激发学生自主学习的意识。

2.1 把握课程主线，优化教学内容

课程应重点把握两个思想，一是分层的思想，二是互联的思想。这两个思想贯穿了整个课程。

分层是解决网络通信问题非常重要的手段，通过将复杂问题划分为若干个简单问题，由每一个层次解决某一个简单问题，以达到复杂问题简单化的目的。比如，网络体系结构是分层的，分为物理层、链路层、网络层、传输层和应用层等；路由选择协议是分层的，分为内部网关协议和外部网关协议；IP地址是分层的，分为网络号、主机号等；网络互联是分层的，分为物理层互连、链路层互连、网络层互连和高层互连等；域名结构是分层的，分为顶级域名、二级域名和三级域名等。网络互联将异构网络连接起来实现各种资源共享，实现互联的方法是采用统一的协议来屏蔽下层网络的差异。比如，PSTN通过网关、关守等和因特网互联；移动通信网通过GGSN、PDSN、WEB网关等和因特网互联，通过GMSC与PSTN互联；无线局域网通过AP、WAG、PDG等和移动通信网及因特网互联。

因此，课程首先应系统阐述信息网络的基本概念和原理，使学生建立起信息网络体系结构的概念。其次，加强网络结构、网络流量、路由算法、接入方式和交换方法等基础理论的讲授，使学生掌握信息网络的基本理论和方法，重点介绍信息网络的互联层次、类型和方法，使学生掌握信息网络互联的基本原理；最后,结合实际，介绍信息网络的应用模型和方式，使学生熟悉信息网络中典型应用的原理，并具备应用开发的能力。

根据课程的核心思想和主线，我们对教学内容进行了调整优化，将原来9章的内容调整为6章。去掉第9章“下一代网络”；将原第3章“电话网”和第4章“移动通信网”合并成一章“电信网络”，并简化教学内容；将原第5章“数据通信网”和第6章“计算机通信网”合并为一章“计算机网络”。调整后的课程结构如表2所示。

优化后的课程突出了信息网络体系结构、信息网络基础理论、信息网络互联等重点内容，对信息网络的各种表现形态仅作简要描述，一些老旧或过时的技术不再进行详细阐述，而是注重介绍网络结构、技术发展演变的过程，这样使得课程的脉络更为清晰，重点更为突出。比如说，在电信网络的教学中重点介绍电话网和移动通信网结构的演化过程以及7号信令网，并舍弃程控交换原理、移动通信原理等内容；在计算机网络的教学中不再详细介绍X.25分组交换网、帧中继网、DDN等内容，而着重阐述物理层协议、链路层的协议以及局域网等内容；不再详细介绍下一代网络的相关技术，只在信息网络的发展趋势中进行简单介绍。

表2 调整后的课程结构

课程目前采用的教材为刘少亭编写的《现代信息网络概论》，该教材虽然包含了电话通信网、移动通信网、数据通信网、计算机通信网等各方面的内容，但每个方面都阐述得不够深入透彻，而且该教材是2005年出版的，很多内容过于陈旧。谢希仁编著的《计算机网络》第6版是一本经典教材，主要从物理层、链路层、网络层等各个层次出发来介绍计算机网络，但传送网、电信网的内容很少。Andrew S.Tanebaum编著的《计算机网络》第5版，虽然也是从网络体系结构的角度介绍网络技术，但相关路由选择算法、电话网、移动通信网的内容更丰富一些，因此我们用Andrew S.Tanebaum的这本教材来替换原来的教材。当然，“信息网络技术”课程还没有一本特别合适的教材，我们教学组已着手编写该课程的教材。

2.2 理论联系实际，强化实践教学

信息网络中各种接入方式、路由表的配置和更新、路由算法的性能分析、网络流量的采集与分析、拥塞控制算法的分析、网络管理的方法、因特网各种应用服务的配置等都需要设置相应的实验，使课堂教学和实验教学彼此衔接、互为补充、相互印证，成为一个有机的整体，促使学生的感性认识和理性认识的过程互动，加深学生对课堂内容的理解。因此需要大大提高实践教学在整个课程中的比重，具体举措有如下三个方面：

(1)在课堂教学过程中增加实践教学的内容，将课程理论教学和实际情况紧密结合起来。比如说在授课过程中，对涉及到的网络设备，如集线器、交换机、路由器、调制解调器、网卡等进行实物的展示，现场演示网线的制作方法，采用软件无线电平台模拟基站演示基站和移动终端的交互过程，采用Sniffer、Wireshark等抓包工具分析网络数据包的结构，利用NS-2、OPNET等网络仿真工具对协议的机制、性能、网络吞吐率、延时等进行仿真演示，编写演示软件分析RIP、OSPF等路由算法的性能。加入实践教学内容后，使学生对网络技术有较为直观的认识，对协议的工作机制及性能有更为深入的理解。

(2)大幅增加实验教学的学时数。经过课程内容的优化调整将课堂讲授的学时数压缩为40个学时，实验学时数由4个学时增加到10个学时，增设3组实验。1组实验为网络接入实验，分别利用ADSL、以太网、802.11、HFC、PON等方式实现对因特网的接入，使学生熟悉不同接入方式的原理、接入配置方法以及网络布线和架设方法；1组实验为网络互联实验，利用集线器、交换机、路由器、网关等设备实现多个或多种网络的互联互通，使学生熟悉网络互联的原理和技术，掌握子网划分与IP地址分配、交换机/路由器的配置方法，增强学生对设备的操作和管理能力；1组实验为网络应用实验，利用HTML、Javascript等语言编写静态和动态网页，使学生熟悉网页制作、网站架设的方法。

(3)设置课程自主性综合实验，也即课程设计。课程设计由教师根据教学内容设置一些课题，学生自主选择某一个课题并在课后完成。课程设计内容涉及信息网络的各个层次和技术，如以太网帧构造及发送程序设计、ARP数据包解析及发送程序设计、IP数据包捕获及解析程序设计、TCP数据包构造及发送程序设计、基于OPNET/NS2的网络路由算法性能仿真分析、基于SNMP的简单网络管理系统等。

2.3 启发引导为主，丰富教学方法

课堂教学中的启发引导非常重要，在每堂课上都要设置相应的问题，以问题为导向，使学生和教师一起在课堂上思考解决问题的方法。比如，在网络体系结构的讲述中，围绕信息网络要解决的问题、为什么采用分层的网络体系结构、每一层次分别解决什么问题等来展开；在讲授数据链路层协议时，围绕数据链路层协议主要考虑什么问题、停等协议存在什么缺陷、死锁问题如何解决、重复帧问题如何解决、发送序号如何选取、检错如何解决、重传时间如何选取、信道效率如何提高等逐步深入讨论；在讲授信息网络互联时，围绕网络互联分为几个层次、网络互联应解决什么问题、网际协议如何实现互联等问题一步一步展开。实践证明以问题为牵引的教学能够启发学生的思维，引导学生自主地思考。

课堂教学多采用类比和对比法，尽量选用日常生活中常见的事物来进行类比，以加深学生对相关概念的理解。比如说，网络层可类比为交通警察，交通警察要解决道路互通、车辆引导、交通拥堵等问题；网络层也要解决网络互联、路由选择、网络拥塞等问题。网际协议可类比为一种世界语，在本国和本国人交流使用本国语言，去外国和外国人交流就要用世界语，计算机在局域网内传输信息可使用自己的协议，但和其他网络交互信息就要把信息转换成世界语的格式来传递，世界语也就是网际协议；分层路由可类比为城市交通和城际交通，自治区域相当于城市，自治区域中运行的内部网关协议相当于给出一张城市内部的交通图，自治区域之间的路由器相当于高速公路的出入口，其运行的外部网关协议相当于给出城市之间的交通图。 课程当中有很多相近的概念容易造成混淆，因此要加强对比分析，使学生能正确区分相关概念。如计算机网络分层和计算机系统分层的区别，OSI参考模型与TCP/IP参考模型的对比，信号带宽和网络带宽的对比，统计时分复用与同步时分复用的区别，多址接入和多路复用的区别，CSMA/CD和CSMA/CA的对比，电路交换、报文交换、分组交换的比较，虚电路方式和数据报方式的对比、ATM的分组交换和IP分组交换的比较，小区制和大区制的对比，IP地址和MAC地址的区别，内部网关协议与外部网关协议的对比，B/S架构和C/S架构的区别，因特网和广域网的异同等。

3 结语

“信息网络技术”课程教学值得研讨。

(王 剑等文)

针对教学过程中存在的课程主线把握不足、教学重点不够突出、实践教学环节较为薄弱、教学手段过于单一等问题，对课程的内容进行了优化调整，侧重于介绍信息网络的理论基础、信息网络互联原理、信息网络的应用。在教学内容优化调整的基础上，加强了实践教学环节，增加了实验教学学时数，增设了课程设计内容，课堂教学、课程实验和课程设计三者相辅相成，使学生不仅掌握信息网络的基本概念、基本原理，同时具备使用网络、分析网络和构建网络的能力。在教学方式中，以问题为牵引引导学生主动思考，同时加强学生和教师的互动，采用类比法、对比法等多种教学方法，采用视频播放、软件演示、实物展示等多种手段，以加深学生对基本概念和原理的理解，激发学生的学习兴趣和热情，促使学生自主地学习。

[1] 邢长友, 陈鸣, 张国敏, 李兵, 胡超.高级计算机网络课程教学改革探析[J].北京:计算机教育, 2013, 14:50-53.

[2] 杨晓辉，陈国华，肖仁良.“信息通信网络概论”平台课建设的实践与探索[J].南京:电气电子教学学报, 2002,24(6):17-18.

[3] 陈国华.“信息通信网络概论”课程的教学实践[J].南京:电气电子教学学报, 2008, 30(4):25-26.

[4] 彭珞丽.现代通信网课程“双主”教学模式的探索[J.北京:中国现代教育装备, 2012, 23:45-46.

Investigation of Teaching Reform of Information Network Technology Course

WANG Jian, LIU Xing-tong, ZHANG Quan

(SchoolofElectronicScienceandEngineering,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China)

Network interconnect should be the principal line and network layered should be the core idea in the teaching of the course of Information Network Technology.And the important of experimental teaching should be emphasized.The basic theoretical knowledge of information network should be laid a solid foundation.And the students' ability of practice and innovation consciousness should be reinforced.In the paper, we firstly analyze the main problems existing in the teaching and then discuss the ideas and measures of the reform of course content, practice teaching and teaching mode, which can provide reference for further improving the teaching quality of the course.

information network; teaching reform; teaching mode

2016-05-04;

2016-09-13

王 剑(1975-)，男，博士，副教授，主要从事通信网组网、通信网安全、量子通信等教学和研究工作，E-mail：jwang@nudt.edu.cn

G642.0

A

1008-0686(2016)06-0031-05