基于程序思想的无线网络技术教学改革

周 珂，张俨娜，刘志丹，郭 念

（1.河南大学 计算机与信息工程学院，河南 开封 475004；2.河南大学 实验室与设备管理处，河南 开封 475004；3.河南大学 软件学院，河南 开封 475004）

1 无线网络技术课程现状

近年来，我国互联网发展迅猛。2018年，中国互联网络信息中心（CNNIC）发布的第41次中国互联网络发展状况[1]指出，截至2017年12月，我国网民规模达7.72亿，我国手机网民规模达7.53亿，网民中使用手机上网人群的占比由2016年的95.1%提升至97.5%，无线网络在人们的生产生活中越来越不可或缺。

为适应应用需求的不断扩张，相关网络设备制造商，如华为、思科、华三等，与很多高等院校纷纷开设无线网络技术的培训班和相关课程，为无线网络技术的应用、服务和研究提供多层次技术人才支持。设备制造商的培训更多立足于自身的设备，普适性不强；高校的无线网络技术课程教学是通用的，与具体设备关联度较低，难以达到学以致用的目标。无线网络技术课程本身涵盖的内容非常广泛，涉及应用需求分析、软件配置、硬件配置、工程规划与实施等诸多领域，包括从用户需求提出到需求满足再到后期运维的全过程全生命周期训练。当前大多数高校理论教学和实验课时数一般是每周4～8学时，远远不能够满足本课程的需要，同时由于不同的网络设备制造商生产的网络产品的应用方式有较大的差异，实验教学设备选取比较困难，极易造成学生学习的内容和应用内容不相适应，影响教学效果。

许多从事无线网络技术课程教学的专家学者分别从不同侧面、不同层次进行阐述并提供相应的解决方法。文献[2]提出在校外实践教学基地平台，采用工学交替的创新教学模式，强化学生的工程实践能力；文献[3]提出“师生在课堂上共同发明移动互联网”的教学理念，并从教学、科研、教材等教学全过程阐述教学实践探索；文献[4]提出仿真实验和实测实践相结合的建设思路；文献[5]提出一种基于市场导向的“计算机网络”课程内容规划；文献[6]从信息网络课程群建设的角度进行教学改革，加强学生网络分析和实践能力的综合发展；文献[7]通过引入课前探究环节、利用对比法讲解、借助仿真手段讲解、借助RBL教学方法等具体改革措施提升教学效果。这些学者都深入分析了不同类型高校无线网络技术及相关课程开设过程中存在的问题，并给出很好的建议，但由于不同高校教学定位不同，学生情况千差万别，师资力量也有差异，因而难以被借鉴吸收。

当前，用人单位和高校对无线网络课程的教学存在不同的看法：用人单位认为高校学生不能够直接适应单位工作岗位要求，需要培训后才可上岗；高等学校认为自身的人才培养定位是通识性教育，若只针对一家用人单位进行定制性的教学，势必影响学生的就业广度；学生为了能够满足用人单位的需求，不得不另外支付二次培训费用，同时认为学校所学内容难以满足需求，形成一种供需不平衡、不相适应的僵局。

2 课程改革思路

2.1 课程定位

无线网络技术课程一般设置为专业选修课，涵盖的内容包括无线技术的基础、无线网络的协议规范、相关技术、无线网络产品、无线网络规划、安装与运维等。学生通过课程的学习，一方面加深对计算机网络原理的理解，另一方面能够了解无线网络和移动计算系统的基本原理、体系结构以及面临的挑战，同时通过文章阅读和工程实践加深对某种特定技术的理解。课程为打通无线网络技术理论到无线工程实践的最后一公里提供知识储备和技术积累，尽可能补齐学生掌握通用知识和进行具体工程实践之间的知识落差，避免出现学生进入实际工作岗位后仍需大量的时间进行工程实践训练的窘境，提升学生学以致用的能力和对相关设备的理解能力，尽可能压减学生进入具体工作岗位所需的时间和经济成本。

2.2 改革思路

教学是科学技术推广应用的一种重要手段，科学技术的进步是推动经济快速发展的重要力量。影响技术推广应用的诸多因素中，成本占较大的比重。技术的学习曲线能够有效刻画技术推广应用的累计产出、累计投入以及其他相关因素与成本之间的关联度，通过其量化表达形式（学习率）能够揭示产出或投入等翻倍时成本下降的比例，从而有效衡量技术的成本变动趋势[8]。无线网络技术课程的改革就是基于此理念进行的，以期达到提升教育教学质量的目的。

2.2.1 理论基础

根据学习曲线理论，不同产品的学习率会有不同。学习曲线具有初始下降速度较快，而后逐渐变得缓慢的特点，如图1所示。

图1 学习曲线

把学生的课程学习作为一种标准产品，初始学习阶段花费的时间多，学习到的内容少，经过一段时间以后进入学习曲线的标准阶段，就可以较少的时间代价获取更多的知识内容。

以计算机技术为代表的信息学科，是人们通过程序告诉计算机完成人的工作需求，以运行程序的方式解决人们生产生活中的各种问题，几乎所有信息学科专业课程的学习都可以转化为对程序的描述，其一般形式为

Y表示学生将要学习的内容，Xi（i=1,2,3…）表示学生需要具备的基础知识，F是转化函数，就是如何将新知识空间的内容转换为已有知识空间的内容。

2.2.2 技术途径

改革实施的技术途径首先是无线网络技术中涉及的各种新知识通过程序设计思想进行简化，然后是将新知识与学生原有的概念进行有效衔接，确保知识体系不断层，避免形成信息孤岛。转化技术途径如图2所示。

图 2 转化技术途径示意图

通过学习曲线理论可知，在单位时间内获得较好的学习效果依赖于学生对原有知识的掌握程度以及对新知识的理解。课程改革就是希望能够快速地将新的待学习的知识体系有效地链接在学生已有的知识体系上，形成学生自有的知识体系树。

根据课程定位，课程的知识内容涉及繁杂，但从应用的角度进行理解不外乎3个阶段，即基础条件是什么、怎么做、产出是什么，这与程序设计中的IPO，即输入（input）、处理（process）与输出（output）完全一致。虽然本课程的学习过程会涉及硬件和工程实施的内容，但这两项内容也可以转化为这3个阶段。

3 课程教学改革实例

以实现无线控制器和FITAP搭建无线网络为例来展示课程内容重组情况，该实验的器材包括一台无线控制器、若干FITAP、控制线以及若干网线。

本课程的讲解没有采用传统的仿真或者是从协议入手进行讲解，而是采用如下模式：①对课程内容，按照数据信息的流向梳理无线网络技术通信的关键点；②对关键点涉及的内容，按照IPO的方式进行分析；③将每个关键点的IPO和具体设备的操作进行对应，快速降低学生学习曲线的变化率。

首先对无线上网的过程进行分析，上网的时候都需要有IP地址、网络服务账号、网线等基础条件。为了实现无线上网，必然存在从上网终端到互联网的完整通信链路，如图3所示，涉及从上网终端到无线信号收发设备的链路，从无线信号收发设备到网络接入设备如路由器、交换机、调制解调器等的链路。考虑到服务能力的问题，在大应用场景如百人或千人会场需要多个无线信号收发设备AP协同工作，从而需要产生AP协同控制的设备无线控制器。

图 3 无线终端上网连接示意图

按照数据信息的流向梳理出无线通信的关键点有上网终端、AP、无线控制器以及网络接入设备，涉及的通信链路包括无线和有线两类。

然后对每个关键点进行IPO分析，如对于上网终端其输入就是上网需求、账户以及用户名，其处理过程就是对上网终端的网络接口卡进行配置管理，其输出就是上网终端能够获得上网服务。

在整个教学过程中结合数据信息的流动有效地调用学生学习过的计算机网络原理知识，可以使学生快速理解每一个关键点有何基础（输入），需要做什么（处理），产生什么效果（输出），进而搭建起新旧知识体系的有效链接，提高教学效果和学生接受的程度。

4 实验情况与分析

河南大学软件学院网络工程专业的一个班级在2017—2018学年度进行课程的改革实验，学生人数是38人，按照学院课程建设指导意见，学生的考核分为两种模式：一是通过认证考试，达到一定标准后免考；二是直接参加期末的闭卷考试。

认证考试满分900，考试成绩高于600认证通过。参加认证考试的是33人，通过人数为27人，报考通过率为81.8%，通过人数占同一考点通过人数的29.7%；780分及以上的11人，占比为47.8%。绝大多数学生在期末考试中取得较好的成绩。

通过对成绩的统计和学生的调查来看，学生比较容易接受相关的教学内容，可以非常熟练地在通识性教育（基本原理）和特定领域知识（公司产品）间进行切换。

从用人单位的角度看，通过认证考试能够发现具有较强的自主学习能力和专业技能的人才，减轻用人单位的技能培训压力；从学生的角度看，在不增大投入的情况下，实现与用人单位技能需求的匹配耦合；从教学单位的角度看，在不影响学校通识性教育的同时，可比较有效地解决学生知识学习与用人单位需求之间的技术落差，基本达到教、学、用三方有效衔接的效果。

5 结语

课程的改革尝试虽已取得初步效果，但教育学是一个动态变化的过程，学生的层次多样，接受能力也有很大的不同，不可能通过一次改革就把所有问题都解决掉，因此，需要在后续的工作中做出改进：一是进一步在强调实践的同时强化理论教学和知识体系构建；二是将抽象理论融入实验场景，提升学生的学习率。在后续的教学过程中还需凝练提升，以数据流向为主线，以程序设计思想为技术手段，构建体系化的无线网络技术课程和实验教材，形成知识体系构建，应用技能训练一体的教育教学新方式，进一步提升无线网络技术课程的教育教学质量，为培养更多的优秀高级专门技术人才提供支持。