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一、教學(xué)設(shè)計(jì)

1.教學(xué)目標(biāo)本科階段的課程教學(xué)一般偏重于了解和掌握理論與技術(shù)基礎(chǔ)，其教授方法為“授之以魚”，即重點(diǎn)是給學(xué)生講述已有的經(jīng)典解決方案和技術(shù)原理。而研究生階段的教學(xué)則側(cè)重于對(duì)學(xué)生研究與開發(fā)能力的進(jìn)一步培養(yǎng)，其教學(xué)更注重“授之以漁”，即培養(yǎng)學(xué)生如何解決問題的思路和方法。因此針對(duì)研究生開設(shè)的“高級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程的教學(xué)必須以培養(yǎng)學(xué)生的研究和創(chuàng)新能力為目標(biāo)來講述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)原理，并使學(xué)生了解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域研究的前沿問題、方法、進(jìn)展和趨勢，便于學(xué)生選擇今后的研究方向，并為進(jìn)一步的研究提供方法論的參考。

2.教學(xué)內(nèi)容的組織歸納國內(nèi)各高校研究生階段的“高級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程的教學(xué)內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)通常分為兩類。一類是沿襲“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程的內(nèi)容以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的軟件體系結(jié)構(gòu)的分層架構(gòu)為脈絡(luò)，對(duì)其原理的講述在深度和廣度上進(jìn)行提升，另一類是開設(shè)一系列的前沿技術(shù)專題講座，以便學(xué)生了解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域研究的前沿問題、方法、進(jìn)展和趨勢。上述兩種授課模式各有優(yōu)缺點(diǎn)，第一類講授模式能夠幫助研究生更加深入地理解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)及核心問題，但該課程課時(shí)較少（我校為27學(xué)時(shí)），無法完整和透徹地講授該教學(xué)內(nèi)容。第二類講授模式能夠幫助研究生迅速把握本專業(yè)的熱門研究方向和研究問題，但課程內(nèi)容的組織缺乏系統(tǒng)性，難以幫助學(xué)生把握課程的核心知識(shí)點(diǎn)。因此本課程的教學(xué)模式無法單純遵從以上兩種授課模式。本課程的教學(xué)目標(biāo)是幫助研究生選擇今后的研究方向，并為進(jìn)一步的研究提供方法論的參考。因此教學(xué)內(nèi)容既要反映計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域研究的主流和前沿問題，又要分析如何選擇解決問題的方法和具體算法，以便既開闊學(xué)生的專業(yè)視野又培養(yǎng)學(xué)生的研究創(chuàng)新能力。經(jīng)過研究確定了本課程的授課方式，擬定了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)剖析、無線網(wǎng)絡(luò)，P2P網(wǎng)絡(luò)，云計(jì)算這四大模塊為教學(xué)內(nèi)容。

（1）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)剖析。本科階段不同專業(yè)學(xué)生的“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程的教學(xué)側(cè)重點(diǎn)不同，特別是對(duì)工科類學(xué)生只是較淺顯地介紹了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)的基本內(nèi)容，并未涉及較核心的原理。而且在講述和原理時(shí)，往往直接平鋪直敘，即“是什么？”。為了培養(yǎng)研究生的解決問題的能力，該部分內(nèi)容應(yīng)側(cè)重分析“怎么找解決方案？”。所以，仍然將計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)模塊納入“高級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程的教學(xué)范疇，但賦予新的教學(xué)思路。該模塊的主要內(nèi)容包括：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述、物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、介質(zhì)訪問子層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層等。（2）無線網(wǎng)絡(luò)。隨著有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟，人們除了科技和商務(wù)需要外，日常生活也越來越依賴各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。無線網(wǎng)絡(luò)安裝方便，性價(jià)比高，成為當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢。因此無線網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)技術(shù)已成為了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)重要組成部分，作為研究生必須了解其技術(shù)的基本原理，以便為今后的研究方向的選擇奠定研究基礎(chǔ)。此模塊的教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)包括兩部分。一是各無線網(wǎng)絡(luò)類型的最常用和經(jīng)典的實(shí)現(xiàn)協(xié)議介紹，二是各種典型的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基本原理。該模塊的主要內(nèi)容包括：無線局域網(wǎng)：IEEE802.11的協(xié)議；無線個(gè)域網(wǎng)：IEEE802.15和藍(lán)牙技術(shù)；無線城域網(wǎng)：IEEE802.16d的技術(shù)；無線廣域網(wǎng)：IEEE802.20的技術(shù)；移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)；無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)。（3）P2P網(wǎng)絡(luò)。P2P網(wǎng)絡(luò)的中文全稱為對(duì)等網(wǎng)絡(luò)（PeertoPeer，簡稱P2P），主要指前些年為了解決若干用戶同時(shí)到服務(wù)器上下載音樂文件而造成的網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器的重負(fù)荷而提出并設(shè)計(jì)實(shí)施的一種邏輯對(duì)等網(wǎng)，該網(wǎng)絡(luò)目前已廣泛應(yīng)用于即時(shí)通信軟件、下載文件軟件、網(wǎng)絡(luò)游戲軟件、數(shù)據(jù)搜索及查詢軟件、協(xié)同計(jì)算軟件中。鑒于該網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用性，學(xué)生有必要了解P2P網(wǎng)絡(luò)的基本原理。其次，P2P網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)原理中有不少巧妙、經(jīng)典的解決方案，深入學(xué)習(xí)該網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)核心原理有助于學(xué)生開拓思路、啟發(fā)學(xué)生的解決思路。該模塊的主要內(nèi)容包括P2P網(wǎng)絡(luò)概述；第一代P2P網(wǎng)絡(luò)：混合式P2P體系及代表產(chǎn)品BitTorrent的特點(diǎn)和原理；第二代P2P網(wǎng)絡(luò)：無結(jié)構(gòu)P2P體系及代表產(chǎn)品電驢的特點(diǎn)和原理；第三代P2P網(wǎng)絡(luò)：結(jié)構(gòu)化P2P體系及代表產(chǎn)品的特點(diǎn)和原理；P2P的核心機(jī)制等。（4）云計(jì)算。云計(jì)算是近年來研究的一種熱點(diǎn)計(jì)算模式，它是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算方式，通過這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需求提供給計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備。繼個(gè)人計(jì)算機(jī)變革、互聯(lián)網(wǎng)變革之后，云計(jì)算被看作是第三次IT浪潮，它將帶來生活、生產(chǎn)方式和商業(yè)模式的根本性改變。云計(jì)算是分布式計(jì)算、并行計(jì)算、效用計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、虛擬化、負(fù)載均衡等技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物。了解云計(jì)算的相關(guān)原理有利于把握未來計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢。該模塊的主要內(nèi)容是：云計(jì)算的概念、發(fā)展現(xiàn)狀、實(shí)現(xiàn)機(jī)制、網(wǎng)格計(jì)算與云計(jì)算技術(shù)介紹；云計(jì)算理論的研究熱點(diǎn)和體系結(jié)構(gòu)研究、關(guān)鍵技術(shù)研究、編程模型研究、支撐平臺(tái)研究等內(nèi)容。

二、教學(xué)方法

本課程的教學(xué)采取教師課堂講授、學(xué)生自主學(xué)習(xí)、課堂講解與討論相結(jié)合的方式。

1.課堂教學(xué)（1）類比啟發(fā)式教學(xué)法。為了培養(yǎng)研究生的分析問題和解決問題的能力，課堂教學(xué)的重點(diǎn)不是直接陳述現(xiàn)成的原理和算法，而是重點(diǎn)分析如何尋找解決方案的思路，因此在教學(xué)中采用類比啟發(fā)式教學(xué)法來完成該教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。筆者將日常生活中的類比問題引入教學(xué)，讓學(xué)生先思考生活中問題的解決方法，再啟發(fā)學(xué)生自己提出計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)問題的解決方案，既方便學(xué)生理解原理，又調(diào)用學(xué)生的積極性，訓(xùn)練了學(xué)生分析問題和解決問題的能力。具體類比啟發(fā)式教學(xué)案例如下所述：提問：實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信的軟件體系結(jié)構(gòu)的理想5層結(jié)構(gòu)是否可減少一些功能層次，比如有了數(shù)據(jù)鏈路層可否省略傳輸層？類比案例：處于甲地的A寫信給處于乙地的B的整個(gè)通信實(shí)現(xiàn)過程。分析：通信步驟可分解為：1）A寫信，具體內(nèi)容、語言以及書寫格式由A或AB協(xié)商確定。2）為保證信件一定被收到，A與B事先約定收到對(duì)方信件后立刻回信。3）A將信放入信封交給郵局。郵局按照收件人地址安排運(yùn)送路線。4）為保證信件能正確到達(dá)目的地，郵局要求每個(gè)轉(zhuǎn)接點(diǎn)均與前一個(gè)轉(zhuǎn)接點(diǎn)簽字確認(rèn)。5）信件按照每一段選定路線由交通工具運(yùn)送至下一轉(zhuǎn)接點(diǎn)，一直傳送到目的地為止。其中1）2）由用戶完成。3）4）5）由郵局完成。2）4）分別是用戶和郵局保證信息正確傳輸采取的手段，4）不能取代2）。與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信軟件需完成的功能對(duì)應(yīng)可得出相應(yīng)層次的主要功能。1）應(yīng)用層。用戶按照收發(fā)雙方的約定對(duì)信息進(jìn)行處理。2）傳輸層。用戶采用相應(yīng)手段保證收發(fā)雙方信息的正確傳輸和接收。3）網(wǎng)絡(luò)層。保證通信子網(wǎng)提供源點(diǎn)到目的點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送（Packet）。實(shí)現(xiàn)路由選擇、擁塞控制與網(wǎng)絡(luò)互連。4）數(shù)據(jù)鏈路層。保證相鄰兩個(gè)連接點(diǎn)間（數(shù)據(jù)鏈路）無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)傳輸。5）物理層。在物理線路上傳輸原始的二進(jìn)制數(shù)據(jù)位。其中1）2）由用戶計(jì)算機(jī)終端用戶完成。3）4）5）由通信子網(wǎng)完成。傳輸層不能省略。（2）課堂討論、自主學(xué)習(xí)。本課程的無線網(wǎng)絡(luò)模塊、P2P模塊和云計(jì)算模塊對(duì)于學(xué)生來說是新內(nèi)容，為了培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，先將模塊中的教學(xué)要點(diǎn)公布，提供參考教材，然后指定部分要點(diǎn)或難點(diǎn)要求學(xué)生上講臺(tái)講述，其他學(xué)生提問，教師最后再提問和講評(píng)。

2.網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺(tái)和多媒體動(dòng)態(tài)演示課件教學(xué)（1）網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺(tái)。為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的不足，推進(jìn)學(xué)生個(gè)性化自主學(xué)習(xí)，利用教學(xué)網(wǎng)站來輔助教學(xué)，可以打破傳統(tǒng)教學(xué)時(shí)空的限制，讓學(xué)生體驗(yàn)到自由獲取知識(shí)的樂趣。筆者利用學(xué)校提供的課程中心網(wǎng)上教學(xué)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了協(xié)同的教學(xué)環(huán)境。模塊有：課程簡介、教學(xué)大綱、電子教案、教學(xué)進(jìn)度、動(dòng)態(tài)演示、課后思考、視頻資料、課程互動(dòng)。（2）多媒體動(dòng)態(tài)演示課件。在前述網(wǎng)站中的動(dòng)態(tài)演示欄目中的內(nèi)容既可以是直接內(nèi)嵌在網(wǎng)頁上的動(dòng)態(tài)演示構(gòu)件，也可以是能下載至本地機(jī)的動(dòng)態(tài)演示構(gòu)件。動(dòng)態(tài)演示構(gòu)件是指通過編程方法制作完成的課件，演示內(nèi)容并不是事先預(yù)備好的固定算法執(zhí)行過程圖片，而是參數(shù)由用戶自己任意填入，演示內(nèi)容能根據(jù)用戶給予的參數(shù)自動(dòng)變換繪出。該演示構(gòu)件是一種較復(fù)雜和有效的原理或算法演示工具，讓難弄懂難理解的概念或算法形象化、具體化，能更好地表達(dá)講課內(nèi)容，因此便于學(xué)生理解教學(xué)原理，達(dá)到事半功倍的效果。例如筆者專門為本課程的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理部分編寫了幾個(gè)動(dòng)態(tài)演示構(gòu)件，以路由選擇算法RIP和OSPF為例。在該演示構(gòu)件中最上面的圖形區(qū)，用戶可以自己建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。當(dāng)點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，將自動(dòng)在點(diǎn)擊位置畫出圓點(diǎn)（代表路由器）并命名，連續(xù)用右鍵點(diǎn)擊兩個(gè)圓點(diǎn)，則在兩點(diǎn)間畫出連線，開銷值可由構(gòu)件右側(cè)的文本框的輸入值來改動(dòng)。指定源端路由器后，點(diǎn)擊“開始”按鈕，在圖形區(qū)下端的文本區(qū)1中則按照用戶選擇的RIP或OSPF算法一邊計(jì)算，一邊顯示計(jì)算的中間結(jié)果，同時(shí)在圖形區(qū)把正在計(jì)算的路線變?yōu)榧t色來給用戶提示。算法計(jì)算完畢，在文本區(qū)2繼續(xù)計(jì)算各路由器的路由表，并將結(jié)果顯示出來。

三、結(jié)束語

“高級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信領(lǐng)域的研究生核心課程，對(duì)該領(lǐng)域的科學(xué)研究與工程技術(shù)工作者至關(guān)重要。通過分析“高級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程在教學(xué)實(shí)踐中的問題，筆者根據(jù)教學(xué)對(duì)象的實(shí)際情況和教學(xué)目標(biāo)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行了研究，力求培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，拓寬學(xué)生解決問題的思路，因此設(shè)計(jì)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理剖析、無線網(wǎng)絡(luò)、P2P網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)四個(gè)教學(xué)模塊，并采用類比啟發(fā)式教學(xué)法、課堂討論、自主學(xué)習(xí)、網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺(tái)和多媒體動(dòng)態(tài)演示課件教學(xué)等方法提高教學(xué)水平，通過實(shí)踐，取得了很好的教學(xué)效果。在后續(xù)的教學(xué)實(shí)踐過程中，筆者將不斷對(duì)課程進(jìn)行相應(yīng)的改革創(chuàng)新，達(dá)到傳授知識(shí)、提升能力的教學(xué)目標(biāo)。

作者：袁健趙逢禹張艷單位：上海理工大學(xué)光電信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院