基于程序思想的無線網絡技術教學改革

周 珂，張儼娜，劉志丹，郭 念

（1.河南大學 計算機與信息工程學院，河南 開封 475004；2.河南大學 實驗室與設備管理處，河南 開封 475004；3.河南大學 軟件學院，河南 開封 475004）

1 無線網絡技術課程現狀

近年來，我國互聯網發展迅猛。2018年，中國互聯網絡信息中心（CNNIC）發布的第41次中國互聯網絡發展狀況[1]指出，截至2017年12月，我國網民規模達7.72億，我國手機網民規模達7.53億，網民中使用手機上網人群的占比由2016年的95.1%提升至97.5%，無線網絡在人們的生產生活中越來越不可或缺。

為適應應用需求的不斷擴張，相關網絡設備制造商，如華為、思科、華三等，與很多高等院校紛紛開設無線網絡技術的培訓班和相關課程，為無線網絡技術的應用、服務和研究提供多層次技術人才支持。設備制造商的培訓更多立足于自身的設備，普適性不強；高校的無線網絡技術課程教學是通用的，與具體設備關聯度較低，難以達到學以致用的目標。無線網絡技術課程本身涵蓋的內容非常廣泛，涉及應用需求分析、軟件配置、硬件配置、工程規劃與實施等諸多領域，包括從用戶需求提出到需求滿足再到后期運維的全過程全生命周期訓練。當前大多數高校理論教學和實驗課時數一般是每周4～8學時，遠遠不能夠滿足本課程的需要，同時由于不同的網絡設備制造商生產的網絡產品的應用方式有較大的差異，實驗教學設備選取比較困難，極易造成學生學習的內容和應用內容不相適應，影響教學效果。

許多從事無線網絡技術課程教學的專家學者分別從不同側面、不同層次進行闡述并提供相應的解決方法。文獻[2]提出在校外實踐教學基地平臺，采用工學交替的創新教學模式，強化學生的工程實踐能力；文獻[3]提出“師生在課堂上共同發明移動互聯網”的教學理念，并從教學、科研、教材等教學全過程闡述教學實踐探索；文獻[4]提出仿真實驗和實測實踐相結合的建設思路；文獻[5]提出一種基于市場導向的“計算機網絡”課程內容規劃；文獻[6]從信息網絡課程群建設的角度進行教學改革，加強學生網絡分析和實踐能力的綜合發展；文獻[7]通過引入課前探究環節、利用對比法講解、借助仿真手段講解、借助RBL教學方法等具體改革措施提升教學效果。這些學者都深入分析了不同類型高校無線網絡技術及相關課程開設過程中存在的問題，并給出很好的建議，但由于不同高校教學定位不同，學生情況千差萬別，師資力量也有差異，因而難以被借鑒吸收。

當前，用人單位和高校對無線網絡課程的教學存在不同的看法：用人單位認為高校學生不能夠直接適應單位工作崗位要求，需要培訓后才可上崗；高等學校認為自身的人才培養定位是通識性教育，若只針對一家用人單位進行定制性的教學，勢必影響學生的就業廣度；學生為了能夠滿足用人單位的需求，不得不另外支付二次培訓費用，同時認為學校所學內容難以滿足需求，形成一種供需不平衡、不相適應的僵局。

2 課程改革思路

2.1 課程定位

無線網絡技術課程一般設置為專業選修課，涵蓋的內容包括無線技術的基礎、無線網絡的協議規范、相關技術、無線網絡產品、無線網絡規劃、安裝與運維等。學生通過課程的學習，一方面加深對計算機網絡原理的理解，另一方面能夠了解無線網絡和移動計算系統的基本原理、體系結構以及面臨的挑戰，同時通過文章閱讀和工程實踐加深對某種特定技術的理解。課程為打通無線網絡技術理論到無線工程實踐的最后一公里提供知識儲備和技術積累，盡可能補齊學生掌握通用知識和進行具體工程實踐之間的知識落差，避免出現學生進入實際工作崗位后仍需大量的時間進行工程實踐訓練的窘境，提升學生學以致用的能力和對相關設備的理解能力，盡可能壓減學生進入具體工作崗位所需的時間和經濟成本。

2.2 改革思路

教學是科學技術推廣應用的一種重要手段，科學技術的進步是推動經濟快速發展的重要力量。影響技術推廣應用的諸多因素中，成本占較大的比重。技術的學習曲線能夠有效刻畫技術推廣應用的累計產出、累計投入以及其他相關因素與成本之間的關聯度，通過其量化表達形式（學習率）能夠揭示產出或投入等翻倍時成本下降的比例，從而有效衡量技術的成本變動趨勢[8]。無線網絡技術課程的改革就是基于此理念進行的，以期達到提升教育教學質量的目的。

2.2.1 理論基礎

根據學習曲線理論，不同產品的學習率會有不同。學習曲線具有初始下降速度較快，而后逐漸變得緩慢的特點，如圖1所示。

圖1 學習曲線

把學生的課程學習作為一種標準產品，初始學習階段花費的時間多，學習到的內容少，經過一段時間以后進入學習曲線的標準階段，就可以較少的時間代價獲取更多的知識內容。

以計算機技術為代表的信息學科，是人們通過程序告訴計算機完成人的工作需求，以運行程序的方式解決人們生產生活中的各種問題，幾乎所有信息學科專業課程的學習都可以轉化為對程序的描述，其一般形式為

Y表示學生將要學習的內容，Xi（i=1,2,3…）表示學生需要具備的基礎知識，F是轉化函數，就是如何將新知識空間的內容轉換為已有知識空間的內容。

2.2.2 技術途徑

改革實施的技術途徑首先是無線網絡技術中涉及的各種新知識通過程序設計思想進行簡化，然后是將新知識與學生原有的概念進行有效銜接，確保知識體系不斷層，避免形成信息孤島。轉化技術途徑如圖2所示。

圖 2 轉化技術途徑示意圖

通過學習曲線理論可知，在單位時間內獲得較好的學習效果依賴于學生對原有知識的掌握程度以及對新知識的理解。課程改革就是希望能夠快速地將新的待學習的知識體系有效地鏈接在學生已有的知識體系上，形成學生自有的知識體系樹。

根據課程定位，課程的知識內容涉及繁雜，但從應用的角度進行理解不外乎3個階段，即基礎條件是什么、怎么做、產出是什么，這與程序設計中的IPO，即輸入（input）、處理（process）與輸出（output）完全一致。雖然本課程的學習過程會涉及硬件和工程實施的內容，但這兩項內容也可以轉化為這3個階段。

3 課程教學改革實例

以實現無線控制器和FITAP搭建無線網絡為例來展示課程內容重組情況，該實驗的器材包括一臺無線控制器、若干FITAP、控制線以及若干網線。

本課程的講解沒有采用傳統的仿真或者是從協議入手進行講解，而是采用如下模式：①對課程內容，按照數據信息的流向梳理無線網絡技術通信的關鍵點；②對關鍵點涉及的內容，按照IPO的方式進行分析；③將每個關鍵點的IPO和具體設備的操作進行對應，快速降低學生學習曲線的變化率。

首先對無線上網的過程進行分析，上網的時候都需要有IP地址、網絡服務賬號、網線等基礎條件。為了實現無線上網，必然存在從上網終端到互聯網的完整通信鏈路，如圖3所示，涉及從上網終端到無線信號收發設備的鏈路，從無線信號收發設備到網絡接入設備如路由器、交換機、調制解調器等的鏈路。考慮到服務能力的問題，在大應用場景如百人或千人會場需要多個無線信號收發設備AP協同工作，從而需要產生AP協同控制的設備無線控制器。

圖 3 無線終端上網連接示意圖

按照數據信息的流向梳理出無線通信的關鍵點有上網終端、AP、無線控制器以及網絡接入設備，涉及的通信鏈路包括無線和有線兩類。

然后對每個關鍵點進行IPO分析，如對于上網終端其輸入就是上網需求、賬戶以及用戶名，其處理過程就是對上網終端的網絡接口卡進行配置管理，其輸出就是上網終端能夠獲得上網服務。

在整個教學過程中結合數據信息的流動有效地調用學生學習過的計算機網絡原理知識，可以使學生快速理解每一個關鍵點有何基礎（輸入），需要做什么（處理），產生什么效果（輸出），進而搭建起新舊知識體系的有效鏈接，提高教學效果和學生接受的程度。

4 實驗情況與分析

河南大學軟件學院網絡工程專業的一個班級在2017—2018學年度進行課程的改革實驗，學生人數是38人，按照學院課程建設指導意見，學生的考核分為兩種模式：一是通過認證考試，達到一定標準后免考；二是直接參加期末的閉卷考試。

認證考試滿分900，考試成績高于600認證通過。參加認證考試的是33人，通過人數為27人，報考通過率為81.8%，通過人數占同一考點通過人數的29.7%；780分及以上的11人，占比為47.8%。絕大多數學生在期末考試中取得較好的成績。

通過對成績的統計和學生的調查來看，學生比較容易接受相關的教學內容，可以非常熟練地在通識性教育（基本原理）和特定領域知識（公司產品）間進行切換。

從用人單位的角度看，通過認證考試能夠發現具有較強的自主學習能力和專業技能的人才，減輕用人單位的技能培訓壓力；從學生的角度看，在不增大投入的情況下，實現與用人單位技能需求的匹配耦合；從教學單位的角度看，在不影響學校通識性教育的同時，可比較有效地解決學生知識學習與用人單位需求之間的技術落差，基本達到教、學、用三方有效銜接的效果。

5 結語

課程的改革嘗試雖已取得初步效果，但教育學是一個動態變化的過程，學生的層次多樣，接受能力也有很大的不同，不可能通過一次改革就把所有問題都解決掉，因此，需要在后續的工作中做出改進：一是進一步在強調實踐的同時強化理論教學和知識體系構建；二是將抽象理論融入實驗場景，提升學生的學習率。在后續的教學過程中還需凝練提升，以數據流向為主線，以程序設計思想為技術手段，構建體系化的無線網絡技術課程和實驗教材，形成知識體系構建，應用技能訓練一體的教育教學新方式，進一步提升無線網絡技術課程的教育教學質量，為培養更多的優秀高級專門技術人才提供支持。