面向卓越计划的网络教学方法及实验课程体系-最新教育文档

面对卓越安排的网络教学方法及试验课程体系
基金项目：大连理工高校探讨生院教改基金 (JP201006)。

IEEE/ACM 在 CC2001[1]中将计算机学科分为4个领域：计算机科学(CS)、软件工程(SE)、信息系统(IS)和计算机工程(CE)。

国内大部分高校的计算机学院(系)都选择计算机科学(CS)的课程体系，偏向于培育理论人才，重理论轻应用。

“卓越工程师教化培育安排”[2]旨在培育造就一大批创新实力强、适应社会发展须要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国的战略服务。

因此，对培育理论和动手实力并重的工程师方案进行探讨探究，具有重要的意义和实际价值。

计算机网络已经发展成当前计算机行业最广泛的应用，包括电子商务、Web、网页搜寻、IM即时通讯等，网络系列课程是计算机专业的核心课程体系之一，具有联系理论学问、并转化为应用的纽带作用。

本文以大连理工高校软件学院网络工程系计算机网络课程体系为依托，对面对培育卓越人才的网络课程体系及教法进行探讨和探究。

1计算机网络教学内容探讨
1.1存在的问题
从理论课程内容设置上，目前国内外计算机网络教学都是以OSI 7层参考模型或TCP/IP 5层参考模型
为主，自下而上地讲解每一层的功能和应用，并扩展每一层上的实际协议和应用。

但这种方法过于偏于理论，脱离实际，无法适应面对卓越工程的网络课程体系学问的要求。

即使网络工程系的毕业生也
反映对计算机网络只驾驭了理论上的几层模型和协议名称，却没有实际应用和实际操作的体会，因此当前问题主要是学生不能将实践和理论结合。

同时计算机技术特殊是计算机网络技术发展快速，单从教材上只能获得成熟的但已“过时”的内容，无法学习和了解最新的网络技术。

这也是当前计算机网络课程教学的一个不足。

计算机网络教学内容存在的问题详细表现为：教学内容陈旧、甚至于一些过时的技术如“令牌环、ATM”等技术还在作为主要教授内容；新的技术如网格、云计算、3G/4G、无线传感器网络、物联网等却很少提及。

1.2解决方案
1) 优化教学内容和组织方法。

在课程教学内容上，以Internet为基础的TCP/IP 5层参考模型为主，用《计算机网络：顶向下方法与Internet特色》[3](Computer Networking:Top-Down Approach[4])为主要教材，从上层到下层讲解并描述，并注意应用层的作用，了解网络应用层与用户应用程序的区分和联系。

为拓展学生的学问面，简要介绍最新的技术，如无线网络，并启发和介绍解决无线网络中的高误码、突发丢包、易受干扰、信号不稳定等问题的解决方法。

技术专题则选择计算机网络的几大难题和新兴技术，如IPv6协议、移动互联网、网格与云计算、网络服务质量、网络性能评估等，将计算机网络重要领域方向的技术基础、发呈现状和尚待解决的问题层层绽开，引导学生进行深化学习，激发学生的探讨爱好。

在详细教学内容的组织上，以网络技术发展为主线，介绍各种网
络技术的出现和替代缘由、替代方法的解决方案。

如IPv4地址的分类方法演化，从起先的RFC定义的地址两阶段分类，因IP地址不足递进到划分子网的三段式分类；演化到可变长子网掩码VLSM到域间无类别路由CIDR；递进介绍为解决相同问题的网络地址转换协议NAT(网络地址协议转换协议NAPT)。

探讨上面替代方法的不足，介绍下一代Internet协议IPv6；还可以依据学生的爱好介绍网络标准的制定方法、制定机构和制定过程；甚至依据学生的要求介绍网络发展中的一些分支，如中国提出的十进制下一代网络协议IPv9。

用这种组织形式让学生将网络的各个协议联系起来，不再感觉网络中的协议多、杂乱、难记。

相同的组织方法也可以用于网络通信模型、滑动窗口协议、TCP的拥塞限制、路由算法的演化和改进、网络平安等内容，在此不再赘述。

2) 案例式教学、互动式教学等多种教学方法的敏捷选择与综合运用。

在教学过程中要注意启发学生的思维，利用实例和案例引导学生，培育学生解决问题的实力。

从教学形式上要结合课堂教学、习题课、课后爱好组、答疑?p质疑等教学环节，引导和激励学生通过实践和自学获得
学问。

在课堂中还可以采纳问题驱动的教学方法，如为什么IP、TCP等协议的首部要有相应的标示位、为什么首部越小越好、数据包分组要选择合适的大小等问题，引导学生带着问题去学习，激发学习爱好和学习效率。

3) 从最新应用和社会热点进行爱好性/启发式教学，促进自主式
学习。

对于一些新的技术，特殊是网络相关的技术进行扩展，向学生讲解或由学生自己课余时间解决。

如讲到无线网络应用中介绍GPS、伽利略和中国的“北斗”等定位系统的技术特点；结合网络嬉戏启发保证网络QoS的方法；结合谷歌退出中国内地、搬迁服务器的现象引申网页代理、网页跳转、DNS设置和工作原理的应用；结合“西厢安排”引出NAT/NAPT技术的不足和解决方法等。

这些措施可以激发学生课后自主查阅资料、并跟踪新技术。

除了以上提出的3点解决方案之外，还要结合实际状况，进行双语教学、课程群体系结构和试验教学的建设和实施[5-6]。

将实际操作留给学生去实行、探寻，激励学生自己安装路由器虚拟机(如华为H3C路由模拟器、Net flow流量监测器、思科路由模拟器Cisco Packet Tracer等)进行路由表的配置，提高学生动手实力，使学生更深化地理解计算机网络，并为以后的课程和面对工程实践的学习打下坚固的基础。

2网络课程体系现状
2.1网络工程系课程体系
除计算机网络课程外，大连理工高校网络工程系的计算机网络课程体系如图1所示。

图1大连理工高校软件学院计算机网络课程体系结构
计算机网络课程体系包括网络平安设计、计算机病毒和入侵检测、网络管理、信息隐藏、网络程序设计、网络多媒体技术、无线网络技术、网络协议栈分析与实现、路由与交换技术、密码理论与技术、
信息平安技术、网络综合试验等。

以上课程以计算机网络课程为基础，以网络平安和网络技术两个分支分布，是网络工程专业学生的专业主干课程。

其中左侧5个课程是网络平安分支，而右侧5个课程是网络技术分支。

随着计算机技术的发展，网络技术的频频出新使得网络使得信息快速传播，将详细网络应用和网络实践结合到理论课程上来显得特殊重要。

以上的网络方向专业课程多数都有上机试验，除本门课程配有试验学时外，还有一门网络综合试验课程。

2.2试验课程存在的问题
网络试验是一门实践性很强的课程，在这门课程的学习中，学生通过试验来验证所学的理论，巩固概念，开拓思路，提高分析问题、解决问题的实力，熬炼心理素养。

由于网络课程的特点，有些试验涵盖面特别大，试验过程中很可能出现一些意想不到的问题，学生的阅历和学问也将随着问题的解决越来越丰富。

从求职者的角度来说，除了自身的素养需求外，还须要有较强的沟通实力、团队合作实力。

通过分组试验提高学生的团队分工和合作实力，也是课程、试验设计上所要考虑的方面。

但是目前的课程体系仍存在一些问题。

从试验课程设置来说，同理论课配套的试验课程一般只有12个学时，其中还有的试验内容是重复的。

特殊是网络试验中一些基础的抓包工具运用、设备配置方法，在各个网络试验环节都要讲到，试验课时少，且有大量的重复性试验，不能得到较好的学习效果。

因此，须要探究网络课程体系中动手、试验的系统化，在与理论课程联合的基础上进行试验课程的体系化改革探讨，形成完整的试验课程和试验内容体系。

3卓越型网络试验课程体系设计
面对卓越安排的网络试验课程体系的试验课程包括网络综合试验、网络平安系列试验和网络技术系列试验。

网络综合试验是基础内容，包括安装、配置和操作简洁的路由局域网、路由广域网，定义“简洁”网络的内容，如IP、IGRP、IPX、串行、Apple、Talk、帧中继、IP RIP、IPX RIP、VLAN、以太网和访问到表等。

能够运用网络抓包工具wireshark/tcpdump，会登陆、配置路由器和交换机，会用Vmware 等虚拟机配置网络。

网络平安系列试验内容面对平安方面的实践，可包括防火墙的配置、测试，计算机网络病毒的检测、端口和入侵检测、密码体系的工作原理试验、加密和解密试验；包括网络攻防、蜜罐试验、木马病毒、缓冲区溢出、IP隐藏和设置后门操作试验。

网络技术系列试验注意网络工程操作，内容可包括初步安装、配置和操作Cisco/H3C等路由器、交换机及简洁的LAN和WAN。

学生可以在小型网络(100或100以下个节点)中安装、配置和运行LAN、WAN 和拨号访问业务。

他们可以运用的协议包括(但不限于)IP、IGRP、OSPF、EIGRP、IPX、Serial、Apple、Talk、Frame Relay、IP RIP、VLAN RIP、Ethernet、Access Lists，并用多种方法提高网络的QoS。

以上3个课程体系都是以提高面对工程的实际动手实力为目标，注意培育学生的实际动手、操作、解决问题及团队合作实力。

卓越型网络试验体系所包含试验内容结构及所处位置如图2所示，网络综合试验是基础，试验内容包括详细网络设备识别和连接、网络协议分析工具wireshark的运用、登录交换机与VRP、配置交
换机、配置VLAN配置、登录路由器与路由协议配置等。

网络技术系列试验可包括、IPv4和IPv6组网互通、私网、局域网和广域网协议配置、NAT配置、MPLS试验、为提高网络QoS所做的参数优化和配置等。

网络平安试验则可包括计算机密码学与应用编码试验、路由交换平安与VPN试验、防火墙试验、操作系统平安试验、网络扫描试验、网络监听试验、入侵检测试验、计算机病毒/木马试验、常用网络攻击技术与防范试验等。

4结语
我们从计算机网络课程教材、面对卓越网络工程师的计算机网络教学内容组织、面对卓越网络工程师的网络及网络试验课程体系等方面提出了现有问题及解决方案，理论的探讨以及先期工作的实施，对计算机网络教学及试验体系设计有着借鉴作用。

我们下一步工作将接着完善面对培育卓越网络工程师的网络体系结构，并加以实施；进一步将Cisco试验、物联网试验等加入到网络试验体系结构中。

图2工程型网络试验体系结构示意图。