研究生網絡仿真優質課程建設的創新實踐

任智+姚玉坤+雷宏江+張天騏

[摘 ? ?要] ? ?研究生優質創新課程建設作為研究生教學質量工程的重要舉措，對增強研究生的創新能力，深化研究生教育改革，提高研究生培養質量，培養高層次、高素質的創新型人才具有重要意義。本文總結了重慶郵電大學通信與信息工程學院研究生 《網絡仿真》創新型優質專業課程建設項目實施中對教學內容、教學方式與教學手段的創新實踐以及該課程在著力培養研究生科研技能方面取得的良好效果。

[關鍵詞] ? ?通信網絡;仿真技術;創新課程;實踐教學

[中圖分類號] ? ?G642.0 ? ? ? ?[文獻標志碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號] ? ?1005-4634（2014）06-0081-02

隨著通信網絡相關研究的深入和實際應用的普及，如何具體實現網絡通信機制并定量評估網絡性能受到科學技術界與工程界的日益關注和重視，工程界對掌握通信網絡實現和評估技術的創新型人才的需求也不斷增加。重慶郵電大學作為一所以信息與通信工程學科為主要特色的業內知名高校，為了配合通信網絡技術的迅猛發展，對研究生進行針對性強、效果顯著的理論和實踐相結合的課程教育，從2011年春季開始在通信與信息工程學院開設了《網絡仿真》研究生限選實驗課程。

1 ? ?課程教學目標

《網絡仿真》課程為碩士研究生專業課，通過理論講授與堂上操作相結合、邊講邊練的教學方式，使研究生熟悉以網絡仿真為手段的專業網絡研究技術，主要培養研究生掌握使用OPNET等仿真軟件對通信網絡與系統進行建模與仿真的具體方法和仿真操作動手能力，為后期進行理論研究或從事通信網絡與系統方面的應用開發工作打下必要的技能基礎。

通過學習本專業課程使學生了解通信系統與網絡（數字頻帶傳輸系統、有線網絡/無線網絡、單跳網絡/多跳網絡和IP網絡/非IP網絡等類型）建模與仿真的基本知識和技術發展方向，掌握通信網絡與系統的建模方法和仿真技能，熟悉建模和仿真實現中各個結構層面的機制、算法和協議，培養研究、設計和驗證通信網絡及其中各種算法、協議的運行性能所需的思路和能力[1]。

2 ? ?課程建設的“三個創新”

本項目以“三個創新”為突破口，從課程內容、教學方式和實驗平臺三個方面入手實施對《網絡仿真》研究生課程的改革與建設。

2.1 ? ?教學內容創新

隨著通信網絡技術和仿真技術的飛速發展，新型的通信網絡和仿真平臺不斷涌現。為適應這種發展趨勢，本課程緊跟技術發展的前沿，盡力準確地把握其發展方向，由課程組老師把學到的和在科研實踐中掌握的最新技術，及時有效地組織和編寫到《網絡仿真》課程的教學資料中。具體地，編入了以無線自組織網絡為特色并包括泛在網絡、物聯網的最新網絡技術和當前的主流仿真技術，如OPNET、NS2、MATLAB等，力爭能夠反映通信網絡及其仿真領域的最新技術成果，在教學資料的內容上努力創新。另一方面，教學內容上除了在課堂教學中加深學生的工程技術性概念外，還著力加強他們在實驗方面的訓練，努力培養其在網絡相關技術的應用中解決實際問題的能力。

2.2 ? ?教學方式創新

傳統的授課方式是老師講、學生聽并按要求按部就班做，單方面被動地接受知識，課堂氣氛不活躍，互動性差，學生學習主動性不強。針對此問題進行了教學方式改革，首先是課程的32個學時全部在實驗室完成，其次是利用在實驗室上課的優勢和便利條件再采用一些與傳統教學方式相結合的方式，如啟發互動式教學、專題討論、部分內容由學生講解和演示、學生模擬然后由老師驗證、評判等等;并將經典的仿真軟件和最新的仿真軟件結合在一起進行介紹，對同一個問題從多方面進行思考并尋求盡可能多的解決方法，加強與學生的交互，請學生進行編程講解，啟發學生思考并進行相關互動討論，完成知識的自然過渡和延伸，有效提高學生對新知識的理解和接受能力。

在課程考核方式方面，本項目針對《網絡仿真》課程工程性和實踐性強的特點也相應地進行了改革。采取了課程設計為主、考勤和平時堂上作業練習為輔的考核方式;考核的具體內容不限，在一定范圍內讓學生自由選題和發揮，而且特別提出了對創新性強的內容給予加分，鼓勵學生在達到基本要求的基礎上發揮創造性。針對有創意的方案設計將進行保留和傳承。這樣，一方面能夠使學生得到比較充分的動手訓練，另一方面也能夠讓學生的創造性得到發揮，為業界培養創新型的高層次通信網絡開發人才打下堅實基礎。

2.3 ? ?實踐平臺創新

本課程緊密依托通信與信息工程學院研究生創新基地和中央地方共建項目花費幾十萬元構建的技術先進、功能強大的無線信息網絡實物系統，能夠組建和運行真實的無線傳感器網絡、無線自組織網絡、無線局域網和物聯網等，從而使學生有機會接觸真實的網絡，能夠對實際網絡進行調試和觀察網絡運行。利用最新引進的一批新型教學和實驗軟硬件設備作為支撐，保證學生上課時1人1機，為學生進行種類多樣的實驗提供綜合性的物質保障，包括實驗場地、電腦設備等。基礎類和專題創新類實驗使用的專業仿真軟件是業界主流的OPNET、NS2等專業網絡仿真軟件的較新版本，從而保證仿真平臺軟件的先進性和新穎性。

3 ? ?實驗教學設計

本項目針對網絡仿真的具體內容、技術特點和應用需求為《網絡仿真》課程精心設計了基礎類、演示類實驗和專題創新類一系列實驗[2]。

3.1 ? ?基礎類仿真實驗設計

基礎類實驗的主要內容是通過使用專業的網絡仿真軟件對常見的通信信息網絡進行仿真并對網絡性能進行分析。在這類實驗中學生能加深對通信網絡層次架構的理解，得到C/C++語言編程技能的基礎訓練，學到如何使用專業網絡仿真軟件對網絡、節點和網絡協議進行建模，以及如何模擬通信網絡的運行、如何搜集性能參數來分析網絡性能[3]。

3.2 ? ?演示類仿真實驗設計

為了使學生對實際網絡的運行建立直觀印象，加深對通信網絡理論知識的理解，有效提高動手能力，本項目為《網絡仿真》課程設計了演示類實驗。該實驗的主要內容是在實際的無線信息網絡平臺上進行調試和操作，通過真實的操作和觀察實際網絡的運行，加深對通信網絡的理解和直觀認識。該類實驗借助中央與地方共建實驗室項目建成實際網絡系統來開展，該平臺是一種先進而新穎的實物平臺，包括不少于5個的無線移動通信網絡節點和1個以上的無線接入網關節點，在網絡形式、網絡協議標準等方面都較以往有所突破，能演示物聯網、ZigBee無線傳感網等新型網絡和IEEE802.15.4、LTE等底層通信新標準。在這類實驗中學生能觀察了解到實際網絡的真實運行情況，并有機會學習如何調試和控制實際網絡的運行。

3.3 ? ?專題創新類仿真實驗

專題創新類實驗的主要內容是在進行了多個基礎類實驗的基礎上，由任課老師指定專題，學生通過發揮自己的創造性，自主設計新的與通信網絡有關的仿真實驗內容，并在專業的網絡仿真平臺上實現、驗證創新設計的效果。目前課程已開設的專題實驗有：“包交換有線網絡建模與仿真實現”、“無線移動Ad Hoc網絡數據路由過程建模與仿真實現”、“有線網絡RIP路由協議建模與仿真實現”等。通過該類帶有一定難度的專題實驗的編程設計、仿真實現和結果驗證，較好地開拓了學生的思維，激發了他們的創造性，同時也大大提高了學生對網絡仿真軟件操作的熟練程度。

4 ? ?課程改革的實驗效果和有效性

為具體掌握《網絡仿真》課程改革的實際效果，本研究在課程開設的第2年結課后，對上課研究生進行了問卷方式的抽樣調查。主要依據該課程改革建設的教學內容、教學方式和教學手段評價以及學生能力提高等指標設計了調查問卷的項目和回答選項;學年上課人數共計180人（分兩學期

（下轉第89頁）

上），接受調查人數73人，最后收回有效問卷70份，調查樣本數量超過1/3。對有效問卷進行數據統計后得到的調查結果如表1所示。

以上調查結果表明，《網絡仿真》優質課程建設和改革的試驗效果是明顯的，該課程在教學過程了展現了以應用為導向的科研視野和方向，提供了以C語言為核心的項目研發類編程能力的實操訓練平臺，為增強重慶郵電大學學子的科研能力、完善其科研成果、增強其專業就業競爭力奠定了良好的基礎。研究生們通過該課程的延伸學習，多人在“騰訊-重郵”專利創意大賽、“華為-重郵”編程大賽等比賽中獲獎。

《網絡仿真》創新型優質實驗課程建設的意義，不僅在于打造一個創新性強的優質研究生課程，而是可以持續地培養一批理論功底扎實、動手能力和創新能力強的研究生人才，建設一個網絡軟件仿真和實際網絡系統相結合的平臺，打造一支結構合理、教研俱佳的師資隊伍，并最終形成具有一定影響力的通信網絡仿真與實際測試的科研、教學、培訓基地。這門課程把通信網絡的專業理論基礎和網絡仿真的動手實踐有機地結合起來，能夠在理論知識、C語言軟件編程、仿真建模方法、仿真軟件操作、仿真技能和實驗項目調試等方面使學生的學識和能力得到整體性的提高。由于課程新穎且切合需要，在開課的第一年里，選課的研究生的數量便超出了原計劃的1倍以上，之后的每年里選課的研究生人數持續攀升，而且每次上課學生的出勤率幾乎都能達到100%。

參考文獻

[1]郭文，桑林.通信原理——基于Matlab的計算機仿真[M].北京：北京郵電大學出版社，2006.

[2]孫臘珍，張增明，葉邦角.科研能力培養和研究生實驗教學體系的構建[J].學位與研究生教育，2010，（6）：58-60.

[3]李馨，葉明.OPNET Modeler網絡建模與仿真[M].西安：西安電子科技大學出版社，2006.