课程教学高级计算机网络论文

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一、教学设计

1.教学目标本科阶段的课程教学一般偏重于了解和掌握理论与技术基础，其教授方法为“授之以鱼”，即重点是给学生讲述已有的经典解决方案和技术原理。而研究生阶段的教学则侧重于对学生研究与开发能力的进一步培养，其教学更注重“授之以渔”，即培养学生如何解决问题的思路和方法。因此针对研究生开设的“高级计算机网络”课程的教学必须以培养学生的研究和创新能力为目标来讲述计算机网络的相关原理，并使学生了解计算机网络领域研究的前沿问题、方法、进展和趋势，便于学生选择今后的研究方向，并为进一步的研究提供方法论的参考。

2.教学内容的组织归纳国内各高校研究生阶段的“高级计算机网络”课程的教学内容，发现通常分为两类。一类是沿袭“计算机网络”课程的内容以计算机网络的软件体系结构的分层架构为脉络，对其原理的讲述在深度和广度上进行提升，另一类是开设一系列的前沿技术专题讲座，以便学生了解计算机网络领域研究的前沿问题、方法、进展和趋势。上述两种授课模式各有优缺点，第一类讲授模式能够帮助研究生更加深入地理解计算机网络的体系结构及核心问题，但该课程课时较少（我校为27学时），无法完整和透彻地讲授该教学内容。第二类讲授模式能够帮助研究生迅速把握本专业的热门研究方向和研究问题，但课程内容的组织缺乏系统性，难以帮助学生把握课程的核心知识点。因此本课程的教学模式无法单纯遵从以上两种授课模式。本课程的教学目标是帮助研究生选择今后的研究方向，并为进一步的研究提供方法论的参考。因此教学内容既要反映计算机网络领域研究的主流和前沿问题，又要分析如何选择解决问题的方法和具体算法，以便既开阔学生的专业视野又培养学生的研究创新能力。经过研究确定了本课程的授课方式，拟定了计算机网络体系结构剖析、无线网络，P2P网络，云计算这四大模块为教学内容。

（1）计算机网络体系结构剖析。本科阶段不同专业学生的“计算机网络”课程的教学侧重点不同，特别是对工科类学生只是较浅显地介绍了计算机网络的体系结构的基本内容，并未涉及较核心的原理。而且在讲述和原理时，往往直接平铺直叙，即“是什么？”。为了培养研究生的解决问题的能力，该部分内容应侧重分析“怎么找解决方案？”。所以，仍然将计算机体系结构模块纳入“高级计算机网络”课程的教学范畴，但赋予新的教学思路。该模块的主要内容包括：计算机网络概述、物理层、数据链路层、介质访问子层、网络层、传输层、应用层等。（2）无线网络。随着有线网络技术的成熟，人们除了科技和商务需要外，日常生活也越来越依赖各种网络应用。无线网络安装方便，性价比高，成为当今网络发展的趋势。因此无线网络的相关技术已成为了计算机网络中的一个重要组成部分，作为研究生必须了解其技术的基本原理，以便为今后的研究方向的选择奠定研究基础。此模块的教学内容重点包括两部分。一是各无线网络类型的最常用和经典的实现协议介绍，二是各种典型的无线网络技术的基本原理。该模块的主要内容包括：无线局域网：IEEE802.11的协议；无线个域网：IEEE802.15和蓝牙技术；无线城域网：IEEE802.16d的技术；无线广域网：IEEE802.20的技术；移动AdHoc网络的技术；无线传感器网络的技术；无线Mesh网络的技术。（3）P2P网络。P2P网络的中文全称为对等网络（PeertoPeer，简称P2P），主要指前些年为了解决若干用户同时到服务器上下载音乐文件而造成的网络和服务器的重负荷而提出并设计实施的一种逻辑对等网，该网络目前已广泛应用于即时通信软件、下载文件软件、网络游戏软件、数据搜索及查询软件、协同计算软件中。鉴于该网络的广泛应用性，学生有必要了解P2P网络的基本原理。其次，P2P网络的实现原理中有不少巧妙、经典的解决方案，深入学习该网络的相关核心原理有助于学生开拓思路、启发学生的解决思路。该模块的主要内容包括P2P网络概述；第一代P2P网络：混合式P2P体系及代表产品BitTorrent的特点和原理；第二代P2P网络：无结构P2P体系及代表产品电驴的特点和原理；第三代P2P网络：结构化P2P体系及代表产品的特点和原理；P2P的核心机制等。（4）云计算。云计算是近年来研究的一种热点计算模式，它是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需求提供给计算机和其他设备。继个人计算机变革、互联网变革之后，云计算被看作是第三次IT浪潮，它将带来生活、生产方式和商业模式的根本性改变。云计算是分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡等技术发展融合的产物。了解云计算的相关原理有利于把握未来计算机网络发展的趋势。该模块的主要内容是：云计算的概念、发展现状、实现机制、网格计算与云计算技术介绍；云计算理论的研究热点和体系结构研究、关键技术研究、编程模型研究、支撑平台研究等内容。

二、教学方法

本课程的教学采取教师课堂讲授、学生自主学习、课堂讲解与讨论相结合的方式。

1.课堂教学（1）类比启发式教学法。为了培养研究生的分析问题和解决问题的能力，课堂教学的重点不是直接陈述现成的原理和算法，而是重点分析如何寻找解决方案的思路，因此在教学中采用类比启发式教学法来完成该教学目标的实现。笔者将日常生活中的类比问题引入教学，让学生先思考生活中问题的解决方法，再启发学生自己提出计算机网络中相关问题的解决方案，既方便学生理解原理，又调用学生的积极性，训练了学生分析问题和解决问题的能力。具体类比启发式教学案例如下所述：提问：实现计算机网络通信的软件体系结构的理想5层结构是否可减少一些功能层次，比如有了数据链路层可否省略传输层？类比案例：处于甲地的A写信给处于乙地的B的整个通信实现过程。分析：通信步骤可分解为：1）A写信，具体内容、语言以及书写格式由A或AB协商确定。2）为保证信件一定被收到，A与B事先约定收到对方信件后立刻回信。3）A将信放入信封交给邮局。邮局按照收件人地址安排运送路线。4）为保证信件能正确到达目的地，邮局要求每个转接点均与前一个转接点签字确认。5）信件按照每一段选定路线由交通工具运送至下一转接点，一直传送到目的地为止。其中1）2）由用户完成。3）4）5）由邮局完成。2）4）分别是用户和邮局保证信息正确传输采取的手段，4）不能取代2）。与计算机网络通信软件需完成的功能对应可得出相应层次的主要功能。1）应用层。用户按照收发双方的约定对信息进行处理。2）传输层。用户采用相应手段保证收发双方信息的正确传输和接收。3）网络层。保证通信子网提供源点到目的点的数据传送（Packet）。实现路由选择、拥塞控制与网络互连。4）数据链路层。保证相邻两个连接点间（数据链路）无差错的数据传输。5）物理层。在物理线路上传输原始的二进制数据位。其中1）2）由用户计算机终端用户完成。3）4）5）由通信子网完成。传输层不能省略。（2）课堂讨论、自主学习。本课程的无线网络模块、P2P模块和云计算模块对于学生来说是新内容，为了培养学生的自主学习能力，先将模块中的教学要点公布，提供参考教材，然后指定部分要点或难点要求学生上讲台讲述，其他学生提问，教师最后再提问和讲评。

2.网络辅助教学平台和多媒体动态演示课件教学（1）网络辅助教学平台。为了弥补传统教学的不足，推进学生个性化自主学习，利用教学网站来辅助教学，可以打破传统教学时空的限制，让学生体验到自由获取知识的乐趣。笔者利用学校提供的课程中心网上教学平台，实现了协同的教学环境。模块有：课程简介、教学大纲、电子教案、教学进度、动态演示、课后思考、视频资料、课程互动。（2）多媒体动态演示课件。在前述网站中的动态演示栏目中的内容既可以是直接内嵌在网页上的动态演示构件，也可以是能下载至本地机的动态演示构件。动态演示构件是指通过编程方法制作完成的课件，演示内容并不是事先预备好的固定算法执行过程图片，而是参数由用户自己任意填入，演示内容能根据用户给予的参数自动变换绘出。该演示构件是一种较复杂和有效的原理或算法演示工具，让难弄懂难理解的概念或算法形象化、具体化，能更好地表达讲课内容，因此便于学生理解教学原理，达到事半功倍的效果。例如笔者专门为本课程的计算机网络原理部分编写了几个动态演示构件，以路由选择算法RIP和OSPF为例。在该演示构件中最上面的图形区，用户可以自己建立网络拓扑图。当点击鼠标左键，将自动在点击位置画出圆点（代表路由器）并命名，连续用右键点击两个圆点，则在两点间画出连线，开销值可由构件右侧的文本框的输入值来改动。指定源端路由器后，点击“开始”按钮，在图形区下端的文本区1中则按照用户选择的RIP或OSPF算法一边计算，一边显示计算的中间结果，同时在图形区把正在计算的路线变为红色来给用户提示。算法计算完毕，在文本区2继续计算各路由器的路由表，并将结果显示出来。

三、结束语

“高级计算机网络”课程作为计算机网络与通信领域的研究生核心课程，对该领域的科学研究与工程技术工作者至关重要。通过分析“高级计算机网络”课程在教学实践中的问题，笔者根据教学对象的实际情况和教学目标，对教学内容和教学方法进行了研究，力求培养学生分析问题和解决问题的能力，拓宽学生解决问题的思路，因此设计了计算机网络原理剖析、无线网络、P2P网络、云计算网络四个教学模块，并采用类比启发式教学法、课堂讨论、自主学习、网络辅助教学平台和多媒体动态演示课件教学等方法提高教学水平，通过实践，取得了很好的教学效果。在后续的教学实践过程中，笔者将不断对课程进行相应的改革创新，达到传授知识、提升能力的教学目标。

作者：袁健赵逢禹张艳单位：上海理工大学光电信息与计算机工程学院