“網絡性能分析”課程問題驅動式教學法初探

徐慧+王春枝+陳宏偉

摘 要：針對湖北工業大學網絡工程專業“網絡性能分析”課程教學存在的問題，提出問題驅動式教學法，并構建了網絡性能分析核心問題驅動教學模式，指出驅動式教學法在物聯網工程專業應用時需要注意的問題，旨在探索面向物聯網工程專業的“網絡性能分析”課程教學方法。

關鍵詞：物聯網工程；網絡性能分析；問題驅動式教學方法

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2014）02-0042-02

收稿日期：2013-07-10

作者簡介：徐慧（1983—），女，湖北武漢人，湖北工業大學計算機學院講師，主要從事網絡與服務管理研究。

基金項目：湖北省高等學校省級教學改革研究項目“面向物聯網工程專業的網絡管理與安全課程群建設”（2012273）；湖北省自然科學基金面上項目“基于P2P技術的網絡安全協同管理機制研究”（2012FFB00601）

《國務院關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》針對新一代信息技術產業的重點領域，提出“促進物聯網、云計算的研發和示范應用”[1]?！熬W絡性能分析”課程作為物聯網工程專業網絡管理與安全課程群中的一門重要課程，其教學方法是一個急需解決和值得探討的問題。本文結合湖北工業大學網絡工程專業“網絡性能分析”課程的教學經驗展開討論，提出問題驅動式教學方法，闡述網絡性能分析核心問題驅動的教學模式，并思考問題驅動式教學方法在物聯網工程專業應用時需要注意的內容。

一、運用問題驅動式教學方法的意義

目前，網絡工程專業網絡性能分析方面的本科教材比較少，而面向物聯網工程專業的網絡性能分析方面的本科教材就更加有限。盡管“網絡性能分析”課程是物聯網工程專業網絡管理與安全課程群中的一門重要課程，但是教材的局限性給課程教學的具體實施帶來了不少的困難。

相對于其他知識體系比較成熟的課程，“網絡性能分析”課程仍缺乏相對固定的知識體系結構。在網絡工程專業“網絡性能分析”課程的教學過程中，我們發現這種教材局限性帶來困難的同時也為課程教學帶來了新的機遇。在這一背景下，我們提出問題驅動式教學方法，在教學過程中通過引入網絡性能分析的核心問題，激發學生尋求解決方案的興趣，進而指導學生開放思想，不斷地幫助學生建立并完善網絡性能分析的知識體系結構。

二、網絡性能分析核心問題驅動教學模式的構建

對于網絡性能分析而言，為了給學生一個較為清晰的概念，課程教學過程中我們首先提出第一個核心問題，并圍繞該問題，引導學生建立網絡性能的初步概念。

（一）量度網絡性能的重要性

“網絡性能分析”課程的相關先修課程已從一些角度考慮過網絡性能問題，在此基礎上，指導學生思考僅僅停留在定性描述（如從速度的角度分為高速和低速等）的層面上能否確切地比較兩個網絡的特征。

在引導學生思考核心問題的過程中，幫助學生整理已有知識，并希望學生通過經驗逐步意識到，這種定性方法不足以確切地比較兩個網絡的特征，而需要使用定量的量度來精確地描述網絡的性能。

（二）網絡性能的度量指標

通過這一核心問題的提出，指導學生結合真實的網絡服務體驗，如即時聊天工具和IPTV業務等，逐步了解網絡性能的度量指標，并結合實際為學生解釋延遲、吞吐量、丟包率等主要的網絡性能度量指標。

更進一步，引導學生思考這些網絡性能度量指標是否具有一定的相關性。例如，可以通過道路交通堵塞的例子說明吞吐量與延遲之間不是獨立無關的，即將吞吐量類比為道路車輛，將延遲類比為車輛擁塞情況，這樣學生可以通過實例了解吞吐量與延遲之間存在一定的關聯：吞吐量的增加將導致延遲隨之增加，以及當吞吐量接近網絡容量的100%時，延遲急劇上升等事實。按照這一思路，繼續引導學生思考如何測量在某一時刻網絡正在傳輸中的數據量，學生這時則比較容易得到采用吞吐量與延遲的乘積這種方式。

（三）網絡性能指標的測量

關于網絡性能指標的測量問題，首先引導學生通過常用的網絡抓包工具觀測網絡流量，監視網絡性能。這一解決方案在相關先修課程中都有所涉及，并且具有一定的通用性，可以幫助學生對網絡性能指標測量問題形成一個比較容易掌握的解決方案。在實際教學過程中，還需要從多視角引導學生思考這一核心問題。

一方面，指導學生嘗試將網絡測試方法學應用于網絡性能分析中。網絡測試方法學相關的標準RFC文檔詳細介紹了按照網絡體系結構逐層的主要技術指標[2]。由于暫時沒有網絡測試設備的支持，可以通過常用的網絡測試命令測量網絡性能指標，依據現有的實驗條件，也可以考慮從軟件開發的角度實現網絡性能指標的測量。

另一方面，鑒于先修的網絡管理相關課程已經幫助學生掌握網絡管理事實上的協議標準——簡單網絡管理協議（Simple Network Management Protocol，SNMP）的理論體系，引導學生相互間討論網絡管理理論在網絡性能指標測量方面應用的可行性，并嘗試應用基于SNMP標準的網絡管理應用開發方法實現網絡性能管理功能。

從多視角思考“如何測量網絡性能指標”這一核心問題將有助于學生在不同場景下選擇合適的方案實現網絡性能指標的測量。當然，這同時又需要研究測量結果的可信度問題。

（四）網絡性能指標測量結果的可信度

考慮到網絡性能指標的測量結果，指導學生討論其可信度問題。

通過提問的方式引導學生意識到，無論是采用網絡抓包工具、網絡測試命令，還是網絡管理方法，發送用來測量網絡性能的通信量本身有可能又會影響網絡的性能，進而導致測量結果的不可信。

另外，從精確測量的角度，引導學生思考網絡條件的不斷變化、網絡業務的突發行為等對網絡性能指標測量結果的影響。

三、應用問題驅動式教學法需要注意的問題

考慮到物聯網工程專業人才的培養問題，目前存在缺乏學科交叉培養、人才專業知識結構單一等問題，而物聯網工程教育與物聯網技術又存在著一定程度的脫節。采用提出的這種問題驅動式教學方法在物聯網工程專業應用時需要注意的內容是值得我們深入探討的。

在面向物聯網工程專業的“網絡性能分析”課程教學過程中，應用問題驅動式教學方法，在此基礎上需要進一步考慮在物聯網工程專業應用問題驅動式教學方法時需要注意的問題。

（一）引進CDIO工程教育模式，提高學生的實踐能力

在面向物聯網工程專業的“網絡性能分析”課程教學改革過程中，引進國際先進的CDIO（Conceive構思、Design設計、Implement實現和Operate運行）工程教育模式。

作為近年來國際工程教育改革的最新成果，CDIO 工程教學模式以工程實踐為載體， 培養學生掌握基礎工程技術知識，加強動手操作能力，這將有利于推進問題驅動式教學方法在物聯網工程專業“網絡性能分析”課程教學中的具體實施。

在將問題驅動式教學方法應用于面向物聯網工程專業的“網絡性能分析”課程教學時，考慮按照CDIO工程教育理念培養學生系統地掌握物聯網性能相關理論、技術和方法，建立網絡性能分析知識體系，最終具備網絡性能分析的實踐技能，能夠參與物聯網性能相關研究、開發與應用，承擔一定的創新性工作。

（二）利用多層次實踐平臺，激發學生的創新能力

從課程實踐的角度，湖北工業大學全天（包括晚上與周末）對所有本科生開放計算機網絡實驗室、計算機硬件實驗室等專業實驗室，為學生提高網絡性能分析實踐能力提供了較好的條件。我們通過引導學生思考網絡性能分析核心問題的解決方案，加強實踐教學的指導和管理，合理安排實踐教學內容。

近年來，湖北工業大學投入大量經費建設物聯網大學生創新實驗室。2010年，湖北工業大學與武漢奮進電力技術有限公司和武漢思美特科技公司聯合建立物聯網實驗室和科研基地。2011年，湖北工業大學與臺灣晶心宏科技有限公司確定合作關系，作為一家集成電路企業，臺灣晶心宏科技有限公司捐贈相關設備用于建立聯合實驗室，并請來企業資深培訓師通過直接上機實踐操作指導學生嵌入式開發。

所有這些實踐平臺從多層次為面向物聯網工程專業的“網絡性能分析”課程實踐提供了開放場地與各種硬件設備的支持，有利于應用問題驅動式教學方法指導學生通過實踐思考物聯網環境下的網絡性能分析的新問題，并通過創新性實驗尋求解決方案。

考慮到“網絡性能分析”課程是湖北工業大學物聯網工程專業網絡管理與安全課程群中的一門重要課程，本文旨在探索面向物聯網工程專業的“網絡性能分析”課程教學方法。我們提出問題驅動式教學方法，并將網絡性能分析核心問題驅動的這種教學模式應用于網絡工程專業的教學過程中，教學效果良好。當采用這種問題驅動式方法在物聯網工程專業應用時，我們積極探索從網絡工程專業過渡到物聯網工程專業需要注意的內容，最終為物聯網工程專業的網絡管理與安全課程群建設奠定基礎。

參考文獻：

[1]國務院關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定

[R].2010.

[2]林川，施曉秋，胡波等.網絡性能測試與分析[M].北京：

高等教育出版社，2009：1-158.