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Education Research Frontier December 2012, Volume 2, Issue 4, PP.112-116

Discussing on Course Construction of Computer Networking for Computer Science Guangwei Xu*, Zhiyong Wang, Qiao Pan, Youqun Shi School Of Computer Science and Technology, Donghua University, Shanghai 201620, China Email: dh.xuguangwei@gmail.com

Abstract With the rapid development of the wireless communication network and the internet of things, the information technology gets an important direction of development on the independent innovation. These issues bring to new opportunity and challenge for students training in the university. The existing computer couse systems of the graduate students in the university should be adapted to meet the needs of the innovation of course contents and teaching methods. This paper explores wireless network course appended in the system of network courses, reforms the course from three fields: teaching contents, teaching methods, and teaching means. For students better to learn these new theories and technology, we fully arouse their enthusiasm of learning and develop their spirit of teamwork. Finally, the results achieved and the problems encountered in the course are preliminarily analyzed. Key words: Network Courses; Wireless Network; Professional Teaching; Teaching Innovation

面向计算机专业学生的网络课程建设探讨 徐光伟,王梓勇,潘乔,史有群 东华大学 计算机科学与技术学院,上海 201620 摘

要:无线通信网络和物联网技术的快速发展,为信息技术的自主创新提供了新的重点突破方向,也为高校人才培养

提出了新的机遇和挑战。现有的高校计算机专业的研究生课程教学体系也要适应这些变化,以满足教学内容与教学方法 创新的需要。本文探讨在网络课程体系中增加无线网络课程建设,通过教学内容、教学方法、教学手段等三个主要方面 的改革,充分调动学生学习的积极性并培养团队协作精神,帮助他们更好的掌握新理论和新技术。最后,结合实际课程 教学中遇到的问题和取得的成果进行了初步的分析。 关键词:网络课程;无线网络;专业教学;教学创新

引言 近年来,信息产业的快速发展及信息技术的交叉融合为通信网络发展提供了新的发展机遇。尤其是在 移动通信领域,随着我国第三代移动通信网络(3G)的逐渐普及以及第四代移动通信网络(4G)试验的逐步展 开,无线通信网络数据传输速率将实现由“量变”到“质变”的跨越,“移动互联网”也将为我们学习和 生活带来极大的便利和效率。然而,由此引发的网络信息安全,隐私保护,网络质量保证等附加问题也同 样较为突出,这一切将为高校科学研究和人才培养提出新的挑战。 其次,以物联网为代表的新兴产业更是发展迅猛。物联网是继计算机互联网与移动通信网络之后的又 一次信息产业革命,其发展已经成为当今世界新一轮经济和科技发展的战略制高点之一,世界各国都在纷 纷制定自己的物联网战略,并把其作为国家战略优先发展。在我国,物联网作为战略新兴产业的重要组成 部分,其发展已经被写入《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》。物联网作为我国未来自主创新 - 112 -


信息技术突破的重点方向,将在芯片、传感器、数据传输、海量数据处理与集成等领域蕴含着巨大的发展 空间。快速发展的物联网同样为高校人才培养提出了新的要求。 为应对未来信息产业革命和响应国家发展战略的号召,国内外很多高校已经纷纷开设“物联网技术” 等相关课程。物联网涉及到目前已有的信息技术和相关产业的各个领域,内容非常庞杂,包括传感器件、 无线通信、信息安全、海量数据分析、嵌入式系统和云计算等,涉及到软硬件的方方面面,需要来自各方 面的技术支撑,所以高校人才培养仅仅满足于概念的灌输是不能满足未来国际竞争对人才的需求,还需要 在深层次的基础理论和技术上传授知识,只有走工程实践和理论学习相结合的教育之路,才能培养出合格 的物联网人才。为此我们不是简单的开设“物联网技术”方面的课程,而是在研究生阶段开设无线网络的 理论和技术课程,为适应“卓越工程师教育培养计划”的目标进行了一些有益的探索。

教学内容探讨

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1.1 课程定位 开设“无线网络理论和技术”这门课程完全是从技术发展和产业人才需要着眼的。一方面,移动通信 网络发展之迅猛,技术更新之迅速为高校教学内容更新提出了新的要求,即:教学必须紧跟技术发展,及 时针对新技术加开新课程。这样才能使高校科学研究和人才培养跟上时代发展的步伐。另一方面,技术的 发展和更新促进了产业的快速发展,产业的快速发展必然要求更多的专业人才的加入,这也是大多数高校 开设新课程的主要考虑。

1.2 受众定位 我们面向计算机专业研究生开设的“无线网络理论和技术”课程也面临者一些问题。由于目前计算机 专业入学的研究生大都是没有太多电子和通信理论等方面的背景知识,其专业知识结构偏“软”,也就是 他们擅长的是软件方面的编程和技术,而传统开设无线网络课程的专业是具有较深物理学和电子学方面知 识的学生。因此,需要建立合适的理论和实践体系,通过这门课程的学习,让计算机专业的研究生初步了 解无线网络的基本理论和技术,拓展科学视野,为提高未来的研究能力和开拓职业发展道路积累一定的理 论和实践基础。

1.3 改革要点 长期以来,大多数高等学校受制于教学和实验条件的限制以及传统教育观念的影响,重理论轻实践, 教学内容陈旧,跟不上产业发展的步伐,有造成理论教学与技术发展脱节的潜在危险。针对具体课程的教 学来说,存在的主要问题是传统或习惯教学带来的教学模式、教学方法和教学手段的单一,导致以灌输为 主,问题讨论太少,带来的创新思维培养不足,学生兴趣不高。此外,考试成绩是衡量一个学生掌握知识 能力的重要评判标准,但考试内容的设置缺乏对学生创新能力方面的考核,常导致这种评价体系不能全面 的反映学生的学习情况。最后,实践环节中实验设备和条件的缺乏和缺失,进一步影响了实践操作能力的 培养以及实践能力的考核。因此,需要在这些方面进行深入的改革,采取先进的教学方法及手段有效调动 学生的学习积极性,促进学生积极思考,激发学生学习潜能和创新思维的培养,提高人才的培养质量。

1.4 内容定位 我们在课程内容上做了精心的准备,既注重了基础理论的传授,同时也注重了对实践的融合,且适时引 入了新技术的探讨。使课程结构更加科学合理,且更富时代性。课程内容的建设主要围绕以下几个方面: 1.4.1

无线通信技术

无线通信系统的基本知识是本次课程教学的基石。因此,对现有技术的基本概念和基本原理的讲授必 - 113 -


须成为教学的重点,以此来帮助学生建立起无线通信网络的基本概念。其内容含盖无线通信系统基本知 识、移动通信系统、微波与卫星通信系统、WLAN 技术、WiMAX 技术、无线接入相关技术、无线市话系 统、蓝牙技术等方面的基础知识。 Ad hoc 网络

1.4.2

Ad Hoc 网络以相对于传统 GSM 不具有的优点逐渐被人们认识并成为一个研究热点。移动 Ad Hoc 网络 是一种无固定通信网络基础设施而临时组建的一种网络体系,网络中的节点具有动态性,表现为可以随意 地进入或离开网络的基本特性。移动 Ad Hoc 网络的主要特点是组网灵活、移动节点之间自组织和自管理、 网络拓扑动态变化、节点既是主机又是路由器、多跳性、能量受限、异质性、有限的安全性等。目前,Ad Hoc 在国外已经从基础理论转向工程应用方面,现在欧洲和北美很多科研组织都在展开相关应用的研究,这 些应用包括智能家居,无线传感网,全 IP 等热点领域。 无线传感网络

1.4.3

无线传感网络作为一种由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成的无线多跳自组织网络, 成为物联网基础架构的一部分,无线传感网络同样是我们教学的重点内容。无线传感网络虽然尚未形成大 规模的市场应用,但拥有广阔的发展前景。在军事应用领域,主要是信息搜集、跟踪敌人、战场监测、目 标分类。在环境农业领域,用于对动物生活规律的观测和种群复杂度的研究,观测天气预报和天象,监视 农作物灌溉情况、土壤温度情况和肥料含量、光照强度等,监控森林火情等。在医疗应用领域,医生可以 远程监视测试人群的健康状况和生理状态。在城市及城市管理领域,监测异常事件并及时报警,自动启动 应急措施等。

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教学方法探讨

2.1 以学生为主体,布置阅读任务并个性化汇报 教学的成功与否与学生学习的主动性有着紧密的关系,因此调动学生的学习热情,让学生充分发挥学 习的积极性就显得尤为重要。强调学生学习的主体性,就是要让学生做好学习上的自我管理。为了充分发 挥学生学习的积极性和自主性,我们制定了定期阅读汇报机制,即:教师根据教学进度,布置相当数量的 课外阅读,然后,再根据学生阅读的情况做定期汇报,包括口头和书面的阅读日志。 其一,无论课程内容更新的速度多么快,它都无法跟上理论和技术发展的实际速度,因此,课堂教学 内容不能涵盖全部相关知识,更多的内容需要学生自己去学习和探索;其二,考虑到研究生课程学时较 短,学生对本科式的教学方式有着天然的抵触情绪,他们更喜欢在老师的指导下自主学习和自主研究。 基于此,我们借鉴美国高校的传统教法,做“外延式教学”,即定期布置阅读任务,然后把“研究成 果”撰写成小论文,做定期汇报。同时,把这项内容也作为课程最终成绩考核的一项主要内容,这样不仅 可以促进学生学习课程的深度和广度,而且还实现了学生成绩考核的多元化,更为重要的是提高了教学的 效果。

2.2 以知识点带动学生主动去探索问题 技术总是在不断发展和革新中的,因此,无论我们的教学内容做怎样的改革,都无法赶上时代和技术 更新的速度,唯有以有限的“不变”去应对未知的“变化”才能立于不败之地。课堂教学上讲授的知识点 是有限的,很多知识需要学生主动去探索和发现。要紧跟技术发展,需要我们更加主动地用有限的知识作 为发现未知的“跳板”。“授之于鱼,不如授之于渔”。学生获取知识能力的培养也是我们教学任务和能 力培养特别重要的一部分,在探索未知领域的同时也加强了学生自主获取知识的能力以及创新能力的培养 是非常有益的。 - 114 -


2.3 以实验为创新平台,推动学生的创新能力 工科教学离不开实验。实验课不仅能促进学生动手能力,更是学生创新能力培养的主阵地。虽然这些 年各大高校都在加强实验环节的教学,但收效甚微。究其原因,很大一部分是因为我们实验的内容过于陈 旧和方式上过于老套,而不切实注重学生实际能力的培养,这其中很大一部原因是我们设置的实验科目大 部分千篇一律的验证性的实验,对能调动学生学习研究热情的开放性和独创性实验设计不够。无线网络是 一个快速发展的学科领域,很多内容需要我们不断的探索和创新。这也客观上为我们设计创新性实验和探 索性实验创造了条件。

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教学手段探讨 教学目的决定教学手段,要达到什么样的教学目的和效果决定了采用什么样的教学手段,所以,在用

什么样的教学手段的问题上,教学目的是最好的参考。我们要培养什么样的人才,以及我们需要通过教学 达到怎样的效果是我们最需要关心的问题。具体来讲,有以下几点:

3.1 以团队方式完成项目 团队合作学习在国外又叫“合作学习法(Cooperative Learning)”,是 20 世纪 70 年代末由美国教育学家 和心理学家布卢姆所提出的。它强调人际交往对学生认知能力发展的促进作用,促进学生在课业、个人成 长、学习策略及社会交往技巧方面的发展。在高校教学方法中以学生为中心,老师作为教学的指导者或组 织者,围绕事先设定好的教学主题,由学生采用合作的学习方法共同完成教学任务。这种学习方法的目的 是提高学生学习的主动性,充分调动学生学习的积极性并帮助他们培养团队协作精神,培养学生的主动创 新精神和实践能力。 正如前面所言,研究生阶段安排的课程学时一般都较短,对于有一定深度和广度的项目不可能由学生 单独完成,所以把学生分组,以小组为团队去完成一个相关的项目,就是一个可行而且很有意义的教学手 段。通过团队合作完成项目,不仅加深了学生对知识的理解,而且还能培养学生的协作能力和交流能力。

3.2 以协作方式改进实验平台 从课程建设和发展的长远角度来看,“无线网络理论和技术”课程的相关实验平台的建设也是课程改 革的重点。实验平台的建设不是一蹴而就,一劳永逸的事情,它需要教师能够根据学生学习过程中的反馈 及时调整实验内容和形式,以促进实验平台的完善。因此,建立课程学生反馈机制也是课程改革的一项重 要内容。另外,还要广泛借鉴广大高校成功的做法,博采众长,逐步精进。具体实施应该以“设计”到 “评估”到再“设计”的循环往复螺旋上升的过程。在实验平台的改进中不断深化教学理念和方法的渗 透,促进实验平台的发展和完善。

3.3 以讨论形式展示个人能力 研究生阶段的课程教学和本科阶段有很大的不同:本科阶段教学主要是以传授知识为主,研究为辅, 而研究生阶段的教学更多的是一种启发和研究方法上的指引。鼓励学生勇于以讨论的形式展现个人能力, 发挥自己的优势和能力。这不仅有助于活跃教学气氛,而且也提高了学生学习的自主性和积极性,同时也 锻炼了学生的交流和表达能力,对学生创新能力的培养也大有裨益。

3.4 借鉴国外工程教学理念 考虑到我国研究生教育的改革,即研究生教学逐渐从注重学术型人才的培养向学术性和应用研究型人 才并重的方向转移,故可广泛借鉴国外成功的工程教育教学理念改进教学计划,制定更加符合工业需要的 人才。 - 115 -


最后,我们还必须在教学方法上有所突破。以往的教学模式和方法过于单一,简单灌输,学生学习热 情较低,教学效果不好。为此,我们可以充分利用网络平台,建立跨越时空,方便学生自主学习的网络课 堂等都是很好的教学方法和手段。 上述教学手段中的“以团队方式完成项目”在国内外的课程教学中普遍得到应用,只是部分学生在 “协作和互相交流”方面做的不是很好。由于目前的实验设置都是授课教师在制定教学大纲和教学计划时 就已经计划好的,通常学生们只要按实验指导书完成实验内容就算达到教学要求了,而对于“���协作方式 改进实验平台”并没有太多的尝试。以“讨论形式展示个人能力”往往也成了部分优秀同学的个人秀,大 多数同学并没有得到实质性的提高。通过几种教学手段的结合应用,不仅可以弥补单一教学手段的不足, 还可以在各种教学手段之间起到相辅相成的作用。现有的教学常常把理论教学与工程教学割裂开来,认为 工程教学是种层次较低的培养模式,借鉴“国外工程教学理念” 可以不至于在教学中迷失方向,也可以促 进高等教育面向社会需求培养工程教育人才。通过上述这些教学内容的增加,以及教学方法和教学手段的 综合应用,学生选修网络课程的兴趣得到提高,实验设施也从原有的只能支持有线网络实验发展到可以支 持无线网络实验。

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结语 根据我们的教学实践经验,我们从教学内容,教学方法,教学手段等三个方面进行了探索性研究。从

教学实践效果来看,通过该教学手段或方法能够有效激励学生自我探求未知知识,主动提出问题,然后通 过广泛讨论再到团队协作完成相关的实验项目。教学达到了预期效果,学生普遍反映能够学到知识,同时 也提高了实践和创新的能力,为未来的科研或职业发展打下了良好的基础。 参考文献 [1] 《物联网“十二五”发展规划》[EB/OL]. 国家科技部科技司,2011, http://www.gov.cn/zwgk/2012-02/14/content_2065999.htm [2] 徐光伟, 史有群, 黄秋波. 培养创新能力的计算机专业实践教学体系探索[J]. 计算机教育, 2007 年第 14 期 [3] 马忠梅, 孙娟, 李奇. 物联网工程专业课程体系与实践探讨[J]. 单片机与嵌入式应用, 2011 年第 10 期 [4] 赵钦. 大学计算机教育中自主学习理念的渗透[J]. 教育理论与实践, 2011 年第 12 期 [5] 黄丙申, 初旭宏, 焦仁宝等. 论大学生创新能力和工程素质的培养[J]. 边疆经济与文化, 2012 年第 1 期 [6] 陈朝阳, 李先江. 大学生创新教育问题及对策研究[J]. 现代商贸工业, 2012 年第 4 期 [7] 徐志文, 詹伟达, 唐雁峰. 工程创新实践教学平台与工程创新人才培养问题探析[J]. 教育与职业, 总第 715 期

【作者简介】 徐光伟(1969- ),男,汉,副教授,主要研究方向为移动 Ad Hoc 网络与传感网络的研究与教学。 Email: dh.xuguangwei@gmail.com 王梓勇(1984- ),男,汉,硕士研究生,主要研究方向为移动 Ad Hoc 网络与传感网络的理论与技术。 Email: 1125481756@qq.com

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