在職工程碩士高級計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)組織與建設(shè)

孫偉峰+邱鐵+惠煌

摘 要：針對研究生教學(xué)特別是在職研究生教學(xué)面對的問題，以“高級計算機網(wǎng)絡(luò)”課程為例，分析研究研究生課程的教學(xué)內(nèi)容組織形式。對“互聯(lián)網(wǎng)+”模式下的技術(shù)使用進(jìn)行討論，說明方案如何應(yīng)用于在職研究生高級計算機網(wǎng)絡(luò)課程。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)+；組織模式；技術(shù)主線

文章編號：1672-5913（2017）05-0121-04

中圖分類號：G642

1 背 景

隨著計算機技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使得信息快速傳播。“互聯(lián)網(wǎng)+”是創(chuàng)新2.0下的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的新業(yè)態(tài)，是知識社會創(chuàng)新2.0推動下的互聯(lián)網(wǎng)形態(tài)演進(jìn)及其催生的經(jīng)濟社會發(fā)展新形態(tài)?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”是互聯(lián)網(wǎng)思維的進(jìn)一步實踐成果，推動經(jīng)濟形態(tài)不斷地發(fā)生演變，從而激發(fā)社會經(jīng)濟實體的生命力，為改革、創(chuàng)新、發(fā)展提供廣闊的網(wǎng)絡(luò)平臺[1]，而這種“互聯(lián)網(wǎng)+”的思想應(yīng)用于教育教學(xué)上，則可以具體對應(yīng)上MOOC[2]（Massive Open Online Course，慕課）和SPOC[3]（Small Private Online Course，小規(guī)模限制性在線課程）。在教學(xué)教法上，將具體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)資源結(jié)合起來充分利用，可以提升教學(xué)效率和效果，目前也有一些基于MOOC和SPOC的教學(xué)教法研究[4]。

而研究生教學(xué)，特別是在職研究生教學(xué)，則更適合應(yīng)用這種“互聯(lián)網(wǎng)+”的教育教學(xué)模式。通過“互聯(lián)網(wǎng)+”的方式完善專業(yè)學(xué)位研究生教學(xué)模式，讓學(xué)生完成學(xué)校的教育之后能夠在實際工作和科研工作中快速上手，對培養(yǎng)學(xué)生動手能力和理論結(jié)合實踐能力有著巨大的意義。通過理論學(xué)習(xí)和實際環(huán)境的操作，還可以激發(fā)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力，進(jìn)一步提升研究生培養(yǎng)質(zhì)量。

2 “互聯(lián)網(wǎng)+”模式下的課程組織模式

對于研究生課程設(shè)置來說，有不少基礎(chǔ)課程都和本科生本專業(yè)的課程內(nèi)容有重合。以大連理工大學(xué)軟件學(xué)院的工程碩士課程為例，“高級計算機網(wǎng)絡(luò)”“高級數(shù)據(jù)庫”“高級軟件工程”“算法導(dǎo)論”“高級操作系統(tǒng)”就同本科生軟件工程專業(yè)的“計算機網(wǎng)絡(luò)”“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)”“軟件工程”“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”“操作系統(tǒng)”在內(nèi)容上有重合。有些基礎(chǔ)內(nèi)容是本科階段已經(jīng)講授過的，導(dǎo)致學(xué)生會覺得奇怪，研究生的課程和本科生課程到底有什么區(qū)別，這些課程和本科一樣？以“高級計算機網(wǎng)絡(luò)”為例，在脫產(chǎn)的雙證研究生班上課時，就有學(xué)生在問“高級計算機網(wǎng)絡(luò)高級在哪里”。在這種情況下就需要教師合理組織課程內(nèi)容，既要抓住課程的核心知識點，又要從更深層次的角度進(jìn)行導(dǎo)引。

2.1 脫產(chǎn)碩士生的課程組織研究

網(wǎng)絡(luò)課程中的主體內(nèi)容是重復(fù)的，特別是網(wǎng)絡(luò)中的一些基礎(chǔ)概念和協(xié)議，在各個網(wǎng)絡(luò)課程中都要講到，且有大量的重復(fù)性教學(xué)。重復(fù)的教學(xué)不能得到較好的學(xué)習(xí)效果。就如同之前我們曾提到過的[5]，研究生的“高級計算機網(wǎng)絡(luò)”教學(xué)可以考慮從技術(shù)發(fā)展的主線來整理。例如應(yīng)用層各個協(xié)議的發(fā)展，HTTP協(xié)議從non-persistant HTTP到persistant HTTP，從只支持單對象到支持多個對象；從FTP的PORT傳輸模式到PASS模式的改變，Email客戶端從POP3協(xié)議的普及使用到IMAP4協(xié)議的普及使用。應(yīng)用層每一個技術(shù)的發(fā)展都是從具體應(yīng)用需求提出的，啟發(fā)學(xué)生思考Killer Application促進(jìn)技術(shù)發(fā)展的重要性。

對于其他偏向于協(xié)議改進(jìn)的層次，如傳輸層來講，除了TCP和UDP的基本理論，還可以介紹TCPng-SCTP[6]、TCP擁塞控制的具體各種改進(jìn)協(xié)議，針對UDP協(xié)議的擁塞控制協(xié)議DCCP[7]等。對網(wǎng)絡(luò)層則從IP地址不足的角度介紹分類別IP地址、VLSM、CIDR、NAT、IPv5、IPv6、IPv7等，當(dāng)然對于下一代的IP協(xié)議還是以IPv6協(xié)議作為重點介紹，說明IPv6同IPv4相比增加或減少的功能及原因；數(shù)據(jù)鏈路層則可以從CSMA系列展開，如CSMA/CD、CSMA/CA、CSMA/CN[8]、CSMA/CP[9]等。

以上的內(nèi)容都需要學(xué)生利用課下時間通過Internet找相關(guān)的文章和素材，提前準(zhǔn)備，方便課上介紹和討論等。至于其他的網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)，如無線網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)管理、光網(wǎng)、量子通信網(wǎng)絡(luò)等，則更是需要利用Internet查閱相應(yīng)的材料。探索網(wǎng)絡(luò)課程體系中網(wǎng)絡(luò)資源的系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式，利用網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行教學(xué)模式的創(chuàng)新，完善網(wǎng)絡(luò)課程組織方案。

但是這些組織方法只適合于本專業(yè)、本科學(xué)過“計算機網(wǎng)絡(luò)”及相關(guān)計算機科學(xué)技術(shù)系課程的研究生，對于在職的工程碩士，則無法直接從系列技術(shù)的分析和技術(shù)的延展進(jìn)行組織，需要其他的組織方案。

2.2 在職工程碩士的課程組織研究

在職工程碩士來自于不同的專業(yè)，不同的班級又是不同的情況。以筆者今年上半年上的3門在職工程碩士的高級計算機網(wǎng)絡(luò)為例，大連半脫產(chǎn)2016級，56人，每周二、四、五上課，每周7學(xué)時，上3周半；大連在職2016級班，50人，每周六晚上上課，每次4學(xué)時，上8周；營口在職2016級（AS）班，74人，周四至周日上課，每天4—12學(xué)時，4天上課。3個班不同的人數(shù)，不同的上課強度，不同的基礎(chǔ)。其中，大連半脫產(chǎn)2016級的學(xué)生雖然不是全日制學(xué)生，但是上課的時間集中，同全國統(tǒng)考的碩士生上課形式類似，且周末也會集中上課，2年的研究生課程會在一年以內(nèi)完成，所以本文還是把這類班級歸到在職工程碩士一類。

基本每個班有一半或一半以上的學(xué)生曾經(jīng)是其他專業(yè)的，包括英語、化學(xué)、材料、會計等，質(zhì)量參差不齊，沒有辦法以上一小節(jié)的內(nèi)容組織教學(xué)內(nèi)容，需要新的教學(xué)方法。

除了讓學(xué)生課后找相關(guān)資料外，在這種類型的班級里筆者采用了問題驅(qū)動的方法，在3個班級里都獲得了一定的效果。

（1）舉一個曾經(jīng)用過的“計算機網(wǎng)絡(luò)”試卷，提前通過網(wǎng)站、QQ群、微信圈子等方法分發(fā)給學(xué)生。要求每位學(xué)生在課上回答一個問題，以完成課程參與度的分?jǐn)?shù)（一般為20%），在學(xué)生回答題目的基礎(chǔ)上做知識點的展開。讓學(xué)生自己或通過班級QQ群、微信圈子里找其他人詢問、討論，是一種自學(xué)或?qū)W生互相之間討論的方式。特別是學(xué)生互相之間討論的方式，可以激發(fā)學(xué)生以P2P的方式詢問和解答問題，解決教師作為“服務(wù)器”的瓶頸問題，加快討論速度和效果。endprint

（2）以課件的outline頁為引導(dǎo)，鼓勵學(xué)生自己論述某個技術(shù)，在某位學(xué)生說過后，再進(jìn)行必要的補充，由學(xué)生選擇所在某一層次的技術(shù)講解的先后順序。這種對某個技術(shù)的論述，也可以作為參與度分?jǐn)?shù)的評判標(biāo)準(zhǔn)。

（3）在主體內(nèi)容完成后，提出問題讓大家討論，給有基礎(chǔ)的學(xué)生更高的討論。當(dāng)然討論的問題也可以用于脫產(chǎn)的研究生課程上，這種問題除了細(xì)節(jié)外，還會多一些分析或思考。

① UDP頭、IPv4頭、IPv6頭中都有total length或payload length字段，但是在 TCP頭中為什么沒有相應(yīng)表示segment長度的相應(yīng)length字段？

② UDP頭、IPv4頭、TCP頭中都有Internet Checksum字段， 但為什么IPv6沒有校驗和字段？

③ 在常見的頭中，都是源地址在前、目的地址在后，如TCP頭和UDP頭中都是源Port在前，目的Port在后；IPv4頭和IPv6頭中都是源IP地址在前，謎底IP地址在后；但在Ethernet幀或802.3幀結(jié)構(gòu)中卻是目標(biāo)MAC地址在前，源MAC地址在后。

④ token ring的效率理論上要比CSMA/CD高得多，為什么沒有使用token ring？為什么WLAN中的MAC地址會多于兩個？

其他的一些常見的討論，如為何IP地址和MAC地址可以共存，CSMA/CD為什么不能在無線網(wǎng)絡(luò)中使用，TCP在有線網(wǎng)絡(luò)中的擁塞控制方法為什么在無線網(wǎng)絡(luò)中不適用等。

在本次3門在職工程碩士的“高級計算機網(wǎng)絡(luò)”課程中，通過這些方法的使用，明顯感覺學(xué)生的參與度要好，課上及課間的參與度大大提高，特別是在課下與教師的交流和探討問題的頻率和次數(shù)要大大增多。還有學(xué)生因為出差錯過了一次課程，在考試結(jié)束后，還專門約時間單獨補上錯過的課程內(nèi)容。

整體來說，這種組織方法提升了在職研究生培養(yǎng)質(zhì)量，利用Internet環(huán)境和資源，進(jìn)行科研與教學(xué)相融合的人才培養(yǎng)模式研究與資源實踐的探索，為以后進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)組織方法、培養(yǎng)研究生教學(xué)模式提供參考。

2.3 實驗課程材料的組織

理論和實踐結(jié)合，一方面要求對于實際問題能夠進(jìn)行整體把握、進(jìn)行系統(tǒng)分析，另一方面要求學(xué)生對于實際問題能夠通過實驗建立相關(guān)的概念模型、數(shù)學(xué)模型或解決方案等，以準(zhǔn)確描述具體的實際問題。課堂教學(xué)與實驗教學(xué)是分離的，課堂教學(xué)處于主導(dǎo)地位，實驗處于輔助地位。課堂教學(xué)具有非常鮮明的灌輸特點，不太強調(diào)學(xué)習(xí)者的內(nèi)在條件，學(xué)生只是接受者的角色，長期下去，學(xué)生很難學(xué)會學(xué)習(xí)。理想的學(xué)習(xí)方法應(yīng)強調(diào)學(xué)習(xí)者的主導(dǎo)作用，在計算機教育實踐中，要求將課堂教學(xué)與實驗教學(xué)合二為一，互為補充。強調(diào)教師的責(zé)任是為學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)環(huán)境，其顯著特征是基于問題的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練學(xué)生的批判思維，利用各種工具輔助教學(xué)，這些工具將和各個抽象層次的可視化支持結(jié)合起來。在實際教學(xué)過程中，給定一個編程任務(wù)，提供學(xué)習(xí)環(huán)境和背景知識；將課堂教學(xué)和實驗有機地結(jié)合起來，要求教師把主要的精力放在學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建上，將學(xué)習(xí)的主動權(quán)還給學(xué)生。特別是對于在職工程碩士來說，很少有機會做配套的實驗，只能從原理和步驟及他人視頻上做一些了解，這就需要學(xué)生通過Internet使用優(yōu)質(zhì)的教育資源，不再單純地依賴授課老師去學(xué)習(xí)知識。研究生在宿舍或者課余時間就能完成知識的學(xué)習(xí)，課堂變成了老師與研究生之間和研究生與研究生之間互動的場所，包括答疑解惑、知識運用等，從而達(dá)到更好的教育效果。進(jìn)行實驗的遠(yuǎn)程模擬部署和錄像演示并可以遠(yuǎn)程訪問，以此讓對課程感興趣的研究生隨時隨地進(jìn)行遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)。

3 分類教學(xué)網(wǎng)站的設(shè)計和實現(xiàn)

對于教學(xué)網(wǎng)站的設(shè)計，課件分享和組卷、自動評分系統(tǒng)都已有一些研究，比如在林桂亞等[10]的工作中，根據(jù)學(xué)生頻繁使用手機這一趨勢，結(jié)合教學(xué)環(huán)境和教學(xué)改革情況，建立了基于WAP的課程教學(xué)網(wǎng)站。吳巧玲等[11]研究了主觀題自動評分系統(tǒng)的實現(xiàn)，系統(tǒng)采用自然語言理解，并依據(jù)CNKI的“知識庫”來作為自動評分的依據(jù)，實現(xiàn)了分類教學(xué)網(wǎng)站的設(shè)計。

網(wǎng)站的基本功能如圖1所示。網(wǎng)站的訪問者分為兩種，一種是游客，另一種是注冊用戶。游客與注冊用戶共有的功能是搜索與觀看視頻，注冊用戶有修改個人信息、評論以及查看評論等功能。網(wǎng)站的維護(hù)者是管理員，管理員負(fù)責(zé)推薦信息管理、視頻管理、評論管理以及賬戶管理等。網(wǎng)站的核心功能在于視頻管理和評論管理，學(xué)生可以作為訪問者觀看網(wǎng)站視頻，并可以用提交評論的方式與其他網(wǎng)站訪問者交流或分享學(xué)習(xí)心得。網(wǎng)站用JSP和MySQL數(shù)據(jù)庫等相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了實現(xiàn)，目前已經(jīng)在教育網(wǎng)內(nèi)部進(jìn)行了使用。

4 教學(xué)效果和總結(jié)

以考試成績?yōu)榻y(tǒng)計的教學(xué)效果見表1，其中2016級3個班是使用了在線視頻網(wǎng)站的，而之前2個2015級的班級并沒有使用該系統(tǒng)。特別要說明的是，2016級大連半脫產(chǎn)和16級大連在職的兩個班的開卷形式是“一本書開卷”，即學(xué)生只能帶紙版的參考材料；而2015級的三個班及2016級營口在職班的考試形式是“全網(wǎng)開卷”，即學(xué)生可以用電子版和紙版的參考材料。

從成績上可以看出，2016級大連半脫產(chǎn)和2016級大連在職在實行改進(jìn)教學(xué)方法后平均分都有了很明顯的提高，同時80分以上優(yōu)秀的學(xué)生比例也提高了。即使他們面對的參考資料只是紙質(zhì)的材料，沒有電子材料的快速查找功能，他們的成績相對來說也與之前的對應(yīng)班級有比較大的提升。而與此相比，營口2016級的成績則變化不大，由于2016級營口班級上課時間比較短，上課期間也沒有辦法嚴(yán)格要求學(xué)生在線學(xué)習(xí)，同時留給學(xué)生網(wǎng)上學(xué)習(xí)的時間也比較少，造成只有少數(shù)學(xué)生認(rèn)真使用了學(xué)習(xí)系統(tǒng)，所以在總體成績與往年沒有大的提高。但從2016級2個大連班的情況看，成績比2015級的3個班級，特別是比2015級的大連脫產(chǎn)和在職班的成績有提高很多。統(tǒng)計結(jié)果說明，經(jīng)過改進(jìn)的教學(xué)方法確實提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和效率。endprint

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)+”等技術(shù)活躍地應(yīng)用在教育教學(xué)方面，并體現(xiàn)出良好的效果。筆者將“互聯(lián)網(wǎng)+”教育教學(xué)模式應(yīng)用于在職研究生教學(xué)中，提出了3種不同的在職工程碩士的課程組織模式，具體分析了每一種組織模式下“互聯(lián)網(wǎng)+”教學(xué)模式的具體實現(xiàn)方式。最后提出了一種分類教學(xué)網(wǎng)站設(shè)計和實現(xiàn)的方案，給定了網(wǎng)站設(shè)計的目標(biāo)和網(wǎng)站的基本功能，并實現(xiàn)了諸如視頻管理、評論管理、用戶個人信息管理等大部分核心功能，并在教育網(wǎng)內(nèi)部進(jìn)行使用和測試，獲得學(xué)生的廣泛認(rèn)可，加強師生之間的互動，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，收到良好的效果。下一步工作是繼續(xù)完善分類教學(xué)網(wǎng)站更多的功能，并在互聯(lián)網(wǎng)上推廣使用。同時，我們也需要注意到，僅僅是新技術(shù)的使用并不能提高教學(xué)效果和學(xué)生成績，課程時間持續(xù)跨度、留給學(xué)生消化理解的時間也是一個很重要的因素，如何平衡在職工程碩士的上課時間和學(xué)生本職工作時間，也是一個需要解決的問題。

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（編輯：史志偉）endprint