“无线网络和移动计算”课程教学实践探索

摘要：“无线网络和移动计算”是一门重要的研究生学位课程。文章给出课程的定位目标，提出“师生在课堂上共同发明移动互联网”的教学理念，从教学体系、课堂教学、教科结合、课程项目、教材建设等方面阐述教学实践探索，以期培养具有创新思维和创新能力的研究型人才。

关键词：无线网线；移动计算；教学实践；教材建设

随着无线与移动通信技术的不断进步，社会已逐渐进入了无线移动互联网时代，各个领域对无线网络与移动计算技术的人才需求不断增加。为满足这种需求，近年来国内多所高等院校相继开设了移动计算、无线移动互联网等相关专业课程。

清华大学是最早开设此类课程的大学之一，于2006年就面向信息学院研究生开设“无线网络和移动计算”课程，课堂规模限定在60人以内。课程至今已开设9期，约400余名研究生选修了该课程。为培养创新型高层次研究人才，在课程教学实践过程中，我们坚持以科研促教学，注重培养学生的创新思维和创新能力，提出“师生在课堂上共同发明移动互联网”的教学理念，并不断优化教学内容和教学体系，积极探索启发式和研究式教学方法，取得了较好的教学效果，获得选课学生的广泛好评。该课程在清华大学课程教学评估中多次被评为优秀，并于2012年入选为清华大学研究生精品课程。

1 课程定位及目标

1.1 课程定位

清华大学开设的网络相关课程已经形成相对完善体系，为了取得更好的教学效果，我们遵循“本科打基础、硕士重能力、博士出创新”的多层次培养理念，将本科、硕士和博士的计算机网络系列课程教学内容有机结合，同时突出各自的培养重点，以实现不同层次的人才培养目标。

基于这种多层次的培养理念，在计算机网络方向相关本科课程和研究生课程设置的基础上，“无线网络和移动计算”课程重点定位于偏向研究性质的提高课程，因此要求该课程不仅要深入剖析无线网络体系结构和经典协议，而且要在传授具体知识的同时，着重引导学生学习无线移动网络的研究方法，并鼓励学生在该领域进行大胆创新。

1.2 课程目标

基于研究性提高课程的定位，本课程的教学目标是：通过课程学习，要求学生不仅要了解无线网络的基本知识和研究方向，同时还需要在一定程度上把握无线网络和移动计算的研究热点和发展趋势，为将米进一步从事该领域的研究打下基础。具体目标如下：

（I）在掌握计算机网络原理的基础上，深入学习无线网络体系结构、协议和基本设计思想；

（2）初步掌握无线网络和移动计算领域中的国内外最新研究成果，分析该领域的研究热点问题；

（3）以无线网络和移动计算领域为切入点，进行一定的研究创新和论文写作训练，探讨并初步掌握科学研究的基本方法。

2 课程教学实践

2.1 优化课程教学体系

作为研究生课程，应当充分注重教学内容的先进性和新颖性，同时需要考虑不同层次、不同基础学生的差异性，考虑不同学生的接受能力和兴趣关注点。经过多年的教学实践，初步形成了学时安排合理、内容新颖有趣、兼顾学生差异性的模块化教学体系，如表1所示

除课堂教学外，教师在课下还定期与同学们交流讨论，注重因材施教，针对不同学生的特点，引导他们充分发挥所长。例如，有的学生擅长技术创新，有的擅长实验分析，有的擅长工程开发，有的对市场调查感兴趣，等等。针对不同的学生，给出不同的课程项目（如表2所示），在项目目标和难度加以区别，并根据学生各自所长，逐一给出不同的建议和指导，使每个学生都能高质量地完成课程项目，实现学生的差异性培养。

2.2 注重创新思维启发

作为一门面向研究生的专业基础课，其目标不仅是学习知识，更重要的是研究方法和创新思维的学习。本课程从“人们发现了移动计算，还是发明了移动计算”的问题人手，采用启发式教学方法，引导学生逐步去“发明移动互联网”

对于课程中的核心技术和协议等重点内容，始终采用“师生共同去发明”的思路去讲解、分析和探讨。首先阐述当时的技术背景，与学生一起深入分析技术问题，在此基础上启发学生提出各种可能的解决方案，并逐一分析每一种方案的可行性或优缺点，最终与学生一起“发明”无线网络和移动计算中的核心技术例如，在讲授AdHoc网络路由协议时，首先让学生思考AdHoc与GSM、WLAN等移动/无线网络有什么本质区别？能否将传统的路由协议移植到AdHoc网络中？然后，根据AdHoc网络特点，分析相应路由协议设计面临的一些挑战（如拓扑动态变化、全分布式结构、节点资源受限等）；最后，引导学生逐一去解决这些挑战，设计相应AdHoc路由协议。具体做法是从最基本的Flooding方式人手，逐步分析引出DSR协议的设计思想，并循序渐进地与学生一起去解决协议设计中路由失效恢复、包转发碰撞、路由广播风暴等问题，让学生明白为什么协议优化时要采用Route Caching、Location Aided Routing、QueryLocalization等技术，进一步地掌握如何通过随机等待、位置/距离感知等方式来减少广播风暴。采用类似的以问题为引导，通过深入浅出、逐步分析的方式，与学生一起去“发明”AODV、OLSR、DSDV、ZRP等其他典型AdHoc路由协议。从学生的课堂表现和课后讨论看，这种“师生在课堂上共同发明移动互联网”教学理念的贯彻实施达到了很好的教学效果。当学生遇到各种技术问题时，他们不再是急于去学习现有的解决方案，而更多的是去思考自己如何创新、如何去解决相应的技术难题，创新思维也由此得到了有效提高。

2.3 坚持教学与科研相结合

课程力求教学与研究紧密结合，坚持知识经验“从研究中来”，结合笔者研究经历和优秀学生案例，引导学生“到研究中去”，着力提高其研究能力，在授学生以“鱼”的同时授之以“渔”。

一方面，注重课程内容的先进性和新颖性，根据领域最新研究成果，不断更新教学内容，每年更新授课内容约为25%。笔者紧密跟踪ACMMobicom等无线网络和移动计算领域顶级会议，将本领域最新研究进展补充到课堂教学中，同时还将自己最新取得的研究成果转化为教学内容，如近年来在Wi-Fi环境下数据传输能耗建模、性能感知的蜂窝移动设备节能优化、需求感知的WLAN负载平衡方法、高效的移动云存储同步设计等方面的研究成果。另外，还注重产业发展情况，在课堂中增加业界最新发展动态介绍，使学生了解现实生活中的移动互联网发展状况，进一步激发他们学习和研究的兴趣。

另一方而，笔者结合多年研究经历和优秀学牛案例，提炼并与学生分享研究经验。教学过程中，在介绍最新研究成果的同时，注重将科学研究方法渗透到教学的知识点中，与学生分享如何做科研，如何去提出问题、分析问题和解决问题。此外，还邀请有一定研究成果的优秀学长来讲述他们的研究成长经历，分享在研究过程中遇到的各种问题、走过的“弯路”以及解决问题的方式和方法，让同学们在交流中获得第一手的研究经验，引导同学积极参与到科学研究中去。

从近几年选课学生的研究成果看，坚持教学科研紧密结合，把研究式教学方法贯穿到整个教学过程中，对培养学生研究兴趣、提高研究能力和积累研究经验起到了十分重要的作用，达到了“学生惬意，教师满意”的教学效果。

2.4 加强课程项目指导

课程项目是指学生分组完成一个小型综合研究项目，是培养学生创新思维和提高学生研究能力的重要环节。课前，我们会根据移动互联网领域当前的研究热点（如移动设备能耗优化、移动汁算迁移、移动云存储、移动定位与位置隐私保护、智能可穿戴技术、新型移动应用、移动电子商务与移动支付等），给出一些前沿课题（参见表2），并精选部分文献资料供学生选题参考，同时积极鼓励学生结合自己的研究兴趣自选研究题目。考虑到选课学生多为刚入学的研一学生，大都没有研究创新经验，因此我们特别在课程项目选题上强调不宜过“大”，但一定要“新”。

在课程项日研究过程中，笔者经常与学生讨沦交流，引导学生要打破常规，采用逆向思维来提出新观点和新方法。对于初步取得创新思路的学生，积极鼓励他们在课堂上将创新思路与大家分享，同时鼓励其他学生积极参与讨论，提出不同的看法和意见，引导大家一起帮助做报告的同学完善创新思路，改进技术方案，使台上台下的学生都得到启发，都受益匪浅。对于创新思路小明确的学生，组织有经验的同学与其一起讨沦，引导他们从不同角度来分析问题，用小同方法米尝试解决问题，使其尽快提出创新思路

与此同时，积极邀请学生参与到实验室的研究工作中来，为学生的研究提供相应软硬件支持和研究环境保障，安排实验室经验丰富的学长对其研究进行一对一的指导，有针对性地帮助他们解决研究过程中遇到的问题和困惑，使学生的课程项目研究能够顺利开展，力促做出更好的研究成果。同时，鼓励学生及时将课程项目研究成果进行总结，开展学术论文创作，争取发表到国内外重要会议和期刊上。

从近几年的课程作业反馈看，不少学生的课程项目取得了较好的成果，特别足一些旁听学生和工程硕士生，尽管他们专业不对口、基础相对弱，但也都在各自的选题卜.做出了一些创新性的探索，其中多名学生的研究成果还发表于IEEEINFOCOM等知名国际会议和国内一级学报上。

3 课程教材建设

教材在人才培养中起着基础性作用，不仅体现教学理念、教学内容和教学要求，而且对培养学生科学思维习惯和创新能力具有十分重要的作用。因此，我们注重加强教材建没，编著了两部内容新颖、前瞻性强、具有大量应用实例的教学参考书，为研究式课程教学和创新人才培养提供了有力支撑。

针对移动计算的兴起而国内缺乏相关教材的现状，我们收集整理了大量学术会议沦文、发明专利和业界研究技术报告，结合作行多年的研究成果，撰写了《无线移动互联网：原理、技术与应用》。该书全面、系统、深入地介绍无线移动互联网的相关知识，并力图培养学生的独立研究能力，使得学生能够在较短时问内掌握移动互联网的基本原理和关键技术，了解学术界和产业界的最新研究进展。同时，通过大量应用实例增强学生的感性认识，达到学以致用的目的。书中的每一章都从基本原理出发，结合实例介绍基本协议原理及其运行机制和关键技术，然后分析学术界在该问题上的最新研究进展以及产业界的最新应用，最后展望该技术的未来研究方向。该书具有入门要求低、内容涵盖广且实用性强的特点，在学生中取得了良好的反响，被评为“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材，已被北京邮电大学、西安邮电大学、东北大学、清华大学等40余所高等院校使用。

与此同时，为加强学生移动互联网的实际应用编程训练，笔者专门联系了中国通信标准化协会移动互联网技术委员会副主席以及中国电信移动互联网的主要技术负责人，共同编写了《移动互联网技术基础与开发案例》。该教材坚持理论联系实际，从移动互联网基础技术人手，循序渐进地引导学生如何去设计出一款具有吸引力的移动互联网应用。教材分为技术基础篇和开发实例篇两大部分。-卜篇分析了移动互联网的特点及其对商业和技术领域的影响，对移动互联网技术体系架构进行系统阐述并分层解析，内容涵盖终端、平台、网络三大领域，使学生能够全面了解移动互联网主流技术的发展现状和趋势。下篇则从应用开发者的实际需求出发，由浅入深，从创意到商用，指导学生尝试移动应用设计开发的全过程。笔者基于多年开发经验，特别精选出移动瓦联网中的热门应用案例，介绍系统设计、开发环境，剖析开发中的技术难点，进行详尽的代码示例，引导学生在该领域进行编程和创新。

4 结语

课程教学实践是一个不断总结和反复提高的过程。在后续的教学实践过程中，我们将进一步强化“在课堂上发明移动互联网”的教学理念，积极引导学生从问题分析人手，去“发明”移动互联网的经典关键技术；将继续坚持科研与教学的紧密结合，加强科研成果向教学内容的转化，实时补充和优化教学内容，使学生能够及时了解移动互联网的当前发展现状和最新研究热点；将进一步加大课程实践教学力度，着力在培养学生研究能力上下功夫，通过邀请专家讲学、组织讨论交流、分享研究经验、开展项目研究等方式，提高学生的创新意识和创新能力。