“現代交換原理”教學中對復雜工程問題的探索與實踐

李紅巖

【摘 要】本文以“現代交換原理”課程中具體的知識點為例，緊緊圍繞復雜工程項目的分析和設計開展課堂教學，能夠幫助學生建立起工程項目的基本分析和設計思路，有助于專業認證標準中畢業要求指標點的達成。

【關鍵詞】現代交換原理；教學；復雜工程問題

“現代交換原理”是電子信息工程專業的一門重要的專業課程，本課程的目的是使學生深刻理解通信網中交換及其相關的基本概念，深刻理解不同信息傳送模式的技術特點，牢固掌握各種交換技術的基本原理，掌握交換系統的構成、交換網絡技術、控制系統技術和信令技術等。通過本課程的學習，鍛煉學生理論聯系實際分析問題和解決問題的能力，使學生了解交換技術的最新發展和最新技術動態，以適應社會的需要，為今后從事信息傳輸系統的設計、生產、維護和應用等方面的工作打下堅實的基礎。

工程教育認證是來源于國外的教育質量評價制度，目前是國際通行的高校工程專業進行質量評價評估的重要手段，基于此可以實現工程教育領域各國之間的互相認可。開展工程教育認證，能夠推進高校工程類專業的國際化，增強本校工程專業在國際上的競爭力，并能夠保證工科畢業生的質量，對我國高等教育和工程教育的進展有著重要意義。

通過學習工程認證的核心理念和認證考核標準，本文作者反思了“現代交換原理”課程的課堂教學中存在的問題，主要包括以下幾點：1）在當前的教學大綱中，每一章節的教學目標大多設定為學生對重要概念和重要通信理論的識記和理解，而沒有考慮學生在學習和掌握某個知識點的過程中如何提高分析、解決復雜工程問題的能力的；2）課堂教學的主體仍然是老師，上課以老師講學生聽為主，過于強調教學內容編排的邏輯性和完整性，而沒有對學生學習新知識時的接受能力和易于接受的方式進行考量分析，在講解一些重點難點知識時由于缺少學生的積極參與而效果不佳；3）為了幫助學生鞏固所學知識，通常布置一定量的課后習題，要求學生完成作業。但課外作業的目的仍然是考查學生對重要知識點的理解、識記或計算能力，缺乏生動的能調動起學生學習積極性，啟發學生創造性的課外練習。總之，當前的通信原理課堂教學中還存在較多的問題，這些問題的存在不利于提高學生分析解決復雜工程問題的能力，因此亟待引入新的教學理念和教學方法。

七號信令系統是一種公共信道信令，它采用分層的功能結構實現信令網中各信令點之間的控制消息傳輸，為固定電話網和移動電話網提供話路連接、運行管理和增值業務等提供必要的消息傳遞和采集。七號信令系統的分層結構是現代交換原理課程的重要知識點，是教學大綱中要求學生重點掌握的內容。在工程認證畢業要求的指引下，本文嘗試從解決復雜工程問題的角度展開來講解該知識點，在實際教學中取得了良好的教學效果。具體而言，從以下幾個方面進行課堂教學內容的組織。

1 培養學生的自主學習能力

信令系統這一章的概念多而繁雜，在講解七號信令系統的層次結構之前，需要學生能夠熟悉各種基本概念。為此，要求學生以“信令的概念、分類和發展歷程”為主題寫一篇文獻綜述。通過自主查閱文獻，并條理清晰的寫出綜述性文章，學生不僅能夠了解信令的基本概念和功能用途，認識到七號信令系統設計的必要性，而且能夠啟發學生提出問題。在接下來的教學中，學生帶著問題聽講，能取得比較好的教學效果。

2 啟發學生掌握工程項目設計的基本思路

一個復雜工程項目的開發流程大致包括需求分析、概要設計、詳細設計等部分。為了引導學生深入理解和掌握七號信令系統分層體系結構的設計思路和方法，本文從項目規劃的角度進行教學內容的組織和安排。具體而言，首先，引導學生討論七號信令系統的設計需求，即七號信令系統主要為固定電話網、移動電話網和綜合業務數據網提供局間信持，能夠快速可靠的提供各種集中維護、管理中心的信息傳遞業務，并能支持智能網業務，能夠傳送移動通信網中與用戶移動有關的各種控制信息。其次，針對用戶需求進行概要設計，即在OSI參考模型下定義七號信令系統層次結構的各層功能。引導學生理解一個系統的復雜功能是如何在一個統一框架下實現的。第一層，即信令數據鏈路層定義了信令數據傳輸物理鏈路的物理、電氣特性。第一層僅向第二層提供了一個物理的通道，不對信令消息做任何處理。第二層，信令鏈路功能主要是規定了兩個直接連接的信令點之間傳送信令消息提供可靠的信令鏈路所需要的功能。它為第三層提供了一個可靠的邏輯通道，對信令消息的內容不作任何處理。第三層，實現了信令網絡級別的功能，即具有路由尋址的功能，其在信令消息發送和接收過程中都起著重要的作用。第4-7層，為事務處理能力子層，主要用于實現某項應用業務過程，比如智能網業務，與移動用戶有關的各種控制信息。事務處理子層對對會話的啟動、保持和終結進行管理，包括會話過程異常情況的檢測和處理。由于每層功能的定義比較抽象，用以下形象化的解釋加深學生的理解：第一層的功能可比作一條初建的公路，沒有安裝交通指示燈，也沒有標明該條公路的去向。第二層的功能類似于給公路裝上交通指示燈，但該條公路還沒有標明去向。第三層就好像一條安裝了交通指示燈，同時也標明了去向的公路，該公路上的車流還有路由尋址的功能。第四到七層的功能類似于如何對不同類型的車流進行管理。詳細設計即設計每一層的協議，協議是實現每一層功能的具體規則、規范和算法。例如，第二層協議向消息碼流中插入定位定界符和差錯校驗位來實現信令單元的分界、定位、差錯檢測和差錯校正；第三層協議設定了目的信令點、路由、鏈路集、路由負荷分擔、鏈路負荷分擔、鏈路測試消息等字段，用于實現信令業務管理、信令路由管理、信令鏈路管理。

3 課外習題培養學生對知識點的運用能力

給定一段從交換機采集的信令數據，要求學生對信令數據進行分段解析，加深學生對知識點的理解。通過課外習題能促進學生的自主學習能力，加深學生對知識點的理解程度，激發學生的學習興趣。

本文以具體知識點的講解為例，在“現代交換原理”課堂教學中緊緊圍繞復雜工程項目的分析和設計開展課堂教學，能夠有效地培養學生嚴謹的工程思維習慣，幫助學生建立起工程項目設計的基本思路，從而更緊密地支撐專業認證標準中的畢業要求。

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