军校通信工程专业计算机网络教学

摘 要：针对计算机教育在军校通信人才培养计划中比重偏轻,计算机网络课程教学目标定位模糊的问题,分析人才培养需求和课程教学目标定位,提出基本概念原理和网络应用能力并举的教学目标,详细介绍分层次的教学内容安排,以及小班化模式下问题驱动式和课题研讨式教学方法设计.

关 键 词：计算机网络；学历教育；初级指挥；通信工程专业

文章编号：1672-5913（2013）14-0072-05中图分类号：G642

0引言

自20世纪末美军提出“网络中心战”概念以来,战争模式逐渐从武器平台对抗转变为以网络为中心的体系对抗,在全球范围掀起了一场以信息化、网络化为基本特征的新军事变革浪潮.从根本上说,网络技术的飞速发展和广泛应用是推动这一变革的原动力.鉴于网络技术对军事行动乃至整个人类活动的深刻影响,计算机网络课程已经成为培养通信工程专业初级指挥人才信息素养的重要环节.

计算机网络一般被视为计算类专业的核心课程,而在军校通信工程专业的全期培养计划中长期作为拓展知识面的选修课对待,教学目标定位比较模糊,严重影响了后续军事网络相关课程的教学效果.笔者针对这一问题,根据通信工程专业初级指挥人才的职业价值取向,按照解放军理工大学“学为主体,教为主导”的教学理念,结合多年教学实践经验,从通信工程专业定位出发,探讨计算机网络课程的教学目标定位、教学内容安排和教学方法设计.

1教学目标定位

1.1专业定位

传统上,计算机相关课程在通信工程专业课程体系中所占的比重很小,学时十分有限.然而,计算机网络是通信技术与计算机技术相结合的产物,并且在战场“制信息权”争夺中起决定性作用,这就要求通信工程专业初级指挥人才必须深入了解网络原理才能胜任未来联合作战的岗位需求.2006年,美军在新版的联合出版物《联合通信系统》中提出不再使用“指挥、控制、通信和计算机（）系统”这一术语,改用“指挥与控制（C2）”和“通信系统”替代心,这反映出新军事变革背景下通信与计算机融合的发展趋势.即便是在民用领域,“三网融合”技术也使得传统通信网络“终端+传输+交换”格局向“终端+云”模式转变.因此,笔者认为军校通信工程专业必须加大计算机教育的比重,某种意义上说应该将其作为“准计算机专业”对待.

对于计算机专业来说,IEEE和ACM制订的《计算课程体系2005（CC2005）》是世界范围内广泛认可的课程设置指导性文件.根据CC2005的定义,所谓计算是指“任何需要、得益于或者创造计算机的面向目标的活动”.计算学科主要被划分为计算机工程、计算机科学、信息系统、信息技术和软件工程5个专业.

2008年,全国高等院校计算机基础教育研究会推出的最新版《中国高等院校计算机基础教育课程体系2008（CFC2008）》指出：对非计算机专业学生进行计算机教育的目的是“使他们掌握应用计算机的知识,能够将计算机与信息技术用于其工作领域,成为既精通本专业知识又掌握计算机应用技术的复合型人才”.各院校可以根据自身特点对推荐的课程体系进行适当修改,进一步体现自己的办学特色.

军队高等教育首先是国民教育的一个组成部分,在具体课程体系设置和教学内容安排上应满足高等教育的基本要求.但是军队高等教育又有其独特的职业价值取向,即培养胜任部队第一任职的“基础宽厚、信息主导、技指合一、全面发展”的高素质初级指挥人才.从CC2005划分的专业来看,面向部队初级指挥岗位的通信工程专业更接近信息技术专业或信息系统专业,具体的需求可以表述为：在特定军事应用环境下,通过选择、创造、应用、集成和管理的网络通信技术来满足作战需要,或者关注战场信息资源的获取、部署、管理及使用,并能分析战场信息需求和相关的组织运用过程,详细描述、设计、组织、维护与作战目标相一致的网络通信系统.

笔者认为,使学员理解现代指挥信息系统的组成与工作原理,并在战争实践中发挥作战效能应该是教学的出发点和立足点,具体目标应该落实到针对网络体系中的各种部件、装备乃至系统做到“能组网、懂管理、会应用”,这应该是军事院校通信人才培养的基本定位和鲜明特色.

1.2课程定位

计算机网络是增强学员的信息素质至关重要的一门课程,这一观念基本上已经形成普遍共识.由于计算机网络是当怎么发表展最快的信息技术之一,课程内容非常庞杂.而对于军校通信工程专业来说,计算机类课程学时非常有限,远不能与地方高校同类专业相比.因此,在具体教学过程中,教学目标定位一直比较模糊.早期计算机网络并不单独设课,而是采取在一些涉及网络的相关专业课程中泛泛介绍7层协议概念.近年单独设课后,一度出现了宽带通信网与Inter的主线之争.目前仍然存在偏重基础理论还是偏重应用能力的分歧.

CFC2008对理工类非计算机专业网络技术与应用课程的要求是“从应用的角度出发,以TCP/IP协议作为基础,以Intemet作为实例讲解计算机网络技术的基本原理,使学生建立计算机网络的基本概念,掌握计算机网络的构成和基本工作原理,学会计算机网络的基本应用方法,了解网络技术的最新发展”.从中可以看出,计算机网络教学应该以Inter为主线,并且要强调基本原理.

笔者认为网络基本概念和原理作为教学重点是毋庸置疑的,因为素质教育要求必须着眼学员未来职业生涯的长期发展,必须培养学员关注表面现象背后的科学问题,锻炼对问题的抽象思维能力.但是网络应用能力同样需要给予高度关注,这一点对于军校学员尤其重要.如何处理学时有限的矛盾呢?关键是要摒弃用一门课解决所有问题的幻想,通过合理设计课程体系和分层次的应用能力培养环节达到基础理论和应用能力并举的目标.

结合解放军理工大学通信工程学院的实际情况,笔者梳理的通信工程专业课程体系中与网络相关的模块见图1.数字通信原理、计算机硬件基础和程序设计基础是先修课程.计算机网络课程的基本定位是使学员了解并掌握计算机网络的基本概念、体系结构、协议工作原理和基本网络工具的使用.在此基础上通过后续课程理解和掌握军事网络的技术特点,比如战术环境下对网络协议、设备、组网应用的特殊要求.网络应用能力则可以通过学员自主选择开放实验,或者在本科导师的指导下申请创新课题,完成毕业设计得到必要的培养和拓展训练.2教材选取

目前公开出版的计算机网络教材种类繁多.笔者重点比较了几本获得大多数本科院校公认的教材：Tanenbaum教授编著的《计算机网络》、谢希仁教授编著的《计算机网络》、Peterson和Die编著的《计算机网络――系统方法》、Kurose和Ross编著的《计算机网络――自顶向下方法》.

Tanenbaum教授与谢教授的《计算机网络》早期版本都以OSI7层协议模型为主线,较新的版本改为以TCPhP的5层结构来组织内容,并结合了一些新出现的技术和标准.课程内容从物理层向应用层自底向上讲解网络的概念、基本原理、技术和体系结构,教学比较偏重理论,不便于开展实验.

《计算机网络――系统方法》同样采用自底向上逐层讲解的思路,但是作者反对严格地分层,强调计算机网络的系统观,围绕“为什么这样设计网络”阐述关键技术和协议如何在实际应用中发挥作用,需要有充足的学时保证才能达到良好的教学效果.

笔者选用了《计算机网络――自顶向下方法》,讲授内容以Intemet为线索,自应用层向下逐层讲解协议原理.自顶向下方法避免了传统方法讲解体系结构内容枯燥、不易理解的通病,从学员最熟悉的应用层开始层层深入.该教材的另一个特点是精心设计了大量的课后实践任务,使复杂的网络问题变得易于理解,便于学员开展自主学习.

3教学内容安排

对于计算机网络这样飞速发展的领域来说,教学内容面面俱到是不可取的,应该着重培养学员的洞察力,能够通过自己思考辨别什么重要,什么不重要,哪些是本质的,哪些是表面的；因此在教学内容选取上既要兼顾知识的系统性,又要考虑学员的接受能力,同时还要强调网络基本应用能力.

对于不同专业来说,普遍认可的方法是对教学层次和内容进行分类,以更好地满足不同专业的教学需求.笔者认为即便对同一专业的学员也应该提供分层次的自主学习和实验环节,鼓励学员依据自己的兴趣爱好,深入钻研网络中的科学和技术问题,达到个性化教学的目的.

笔者按照通信工程专业初级指挥人才的培养目标,突出“学为主体”的教学理念,从理论教学和实践环节两个方面进行了详细设计,以解决学时不够这一突出矛盾.理论教学内容仅选取了教材《计算机网络――自顶向下方法》的前5章,具体内容和知识点见表1,强调重要概念的对比理解.实践环节区分了协议分析实验、编程实验、虚拟实验、开放实验和创新课题5个层次,见表2.其中,协议分析实验、编程实验和虚拟实验要求课内完成,开放实验和创新课题则由学员自主选择.解放军理工大学通信工程学院规定在毕业设计开题之前每名本科生至少要完成一个开放实验或创新课题.

4教学方法设计

鉴于计算机网络课程的重要地位和作用,解放军理工大学通信工程学院一直在探索和推广以小班化教学模式进行本课程的教学.近几年,笔者多次承担了计算机网络课程重点教学改革试点,在多种教学形式和方法综合运用的基础上,总结了两种行之有效的教学法：问题驱动式教学法和课题研讨教学法.

4.1问题驱动式教学法

问题驱动式教学法采取“提出问题一解决问题一归纳分析”的模式,从实际到理论,从具体到抽象,从个别到一般.课程教学中,困扰学员的第一个问题就是网络协议为什么要分层?教材第1章对这个问题的解释并不能完全打消他们的疑虑,实际上这个问题必须等到对整个网络的发展史、广域网、局域网等基本概念以及网络程序设计有一定认识之后才能真正理解.因此,笔者并不急于解释这个问题,而是让学员带着这个问题从应用层逐层向下边学习、边思考、边实践,直到最后安排一次课堂讨论,得出大家都能够接受的答案.再比如,讲解HTTP协议时,笔者首先从早期互联网上多媒体信息共享不便的问题,讲到Berners-Lee在一个“灵感”启发下用3个创新发明了万维网,然后通过军训网上的具体实例分析,发现非持久连接HTTP协议传输效率低下的问题,引导学员提出并发连接、持久连接、流水线式持久连接等改进方案.最后,结合当前万维网信息检索不便的问题,展望未来语义网的发展.实践证明,这种问题驱动的方法符合计算机应用教育的特点和学员的认知规律,让学员从关注知识点转向关注思维过程,取得了很好的教学效果.

4.2课题研讨式教学法

笔者根据班级人数制定了十几个课题,不仅侧重原理应用同时也兼顾理论.课题主要是用Wireshark分析协议的工作原理和交互过程,另外还有Diikstra算法和Socket网络编程,以及ALOHA和CA协议性能分析等.教员提供必要的参考资料、示例程序和课外阅读材料,要求每个学员完成所有课题,课堂上指定一名学员上讲台简短报告完成情况,就其中的重要原理和问题展开集体讨论.近几年的教学实践情况说明,这是在课内学时有限的情况下,督促和引导学员利用课余时间自主学习网络技术,锻炼网络应用能力的好方法,受到学员的普遍欢迎.

通过上述教学手段和方法的综合运用,计算机网络课程教学效果良好,激发了学员学习、应用、开发网络的浓厚兴趣.2012年度解放军理工大学通信工程学院立项的本科生创新课题项目中,有40%与网络应用有关,特别是在软件制作类项目中比例高达70%.2011年本科毕业设计选题中,30.1%的学员选择网络方面的研发课题,2012年这一比例上升到33.4%.

5结语

在军校通信工程专业全期培养计划中增加计算机教育的比重,确定计算机网络课程的重要地位,是培养适应未来联合作战初级指挥人才信息素养的必然要求.在教学目标定位、教材选取、教学内容组织和教学方法创新方面深入研究、精心设计是保证良好教学效果的必要条件.按照“学为主体,教为主导”的教学理念,计算机网络课程已建立了课堂教学、实验教学和工程应用交叉融合的教学结构,各教学环节相辅相成,形成了立体化的教学模式.在小班化教学模式下,通过问题驱动式和课题研讨式相结合的教学方法,注重学员自主学习能力的培养,充分发挥学习主体的主观能动性,达到了基本概念原理和网络应用能力并举的教学目标.

（见习编辑：刘丽丽）