以科研促进“计算机网络”课程教学
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作者: 白光伟
摘要：本文结合作者多年在计算机网络领域的科研和教学经验，从课堂教学、课程实验以及科研实践等几个方面深入研究新的教学方法与教学手段，以先进的教学理念指导教学，探讨如何灵活运用多种教学方法，调动学生学习的积极性。坚持理论教学与实践教学并重，教学与科研相结合，通过科研促进“计算机网络”课程教学。目的是加强培养学生的创新性思维和独立分析问题、解决问题的能力。
关键词：“计算机网络”课程；科研：教学
以先进的教学理念指导教学方法的改革，将科学研究与教学工作紧密的联系在一起，是调动学生学习积极性，促进学生学习能力的不可分割的两个关键环节。两者之间相互促进，相互提高，有着极为密切的联系。课堂教学为学生讲授基本理论知识，而通过科研实践可以培养学生独立分析问题和解决问题的能力，提高他们的基本素质。随着计算机网络技术的迅速发展和在当今信息社会中的广泛应用，给“计算机网络”课程的教学提出了新的、更高的要求。结合自己的实际教学经验和体会，我们认为课堂教学和科研工作是相辅相成的。
一、课堂教学奠定良好的理论基础
扎实的基本理论知识是从事科学研究的基础。“计算机网络”是一门理论性与工程性都很强的课程，其教学目标是使学生掌握计算机网络和数据通信方面的基本理论和知识。在课堂教学的过程中，我们采用比较灵活的教学方式，深入浅出，生动地讲述计算机网络的基本原理、网络体系结构和各层协议机制。在讲授专业知识时力求特别关注讲课过程的逻辑性和系统性，做到主线清楚、重点突出、层次分明。同时也强调专业知识的连贯性和完整性。通过启发式教学引导学生在课堂上带着问题去积极思考，跟着老师的思路走。提高学生的学习兴趣，逐渐使学生喜欢这门课，喜欢这个学科，以培养学生主动学习和终身学习的意识。
另一方面，在课堂教学中结合在这一领域国际上最新的研究成果和当前获得广泛应用的典型网络实例，适当介绍计算机网络领域目前的研究现状和发展趋势，拓宽学生的知识面，开阔学生的视野，激发学生进行科学研究的兴趣，收到了很好的教学效果。为学生今后在这一领域继续深入学习和工作打下坚实的基础。计算机通信网络技术的飞速发展要求任课教师对这一领域的研究现状及发展趋势有比较全面的了解，并在该领域从事科学研究。这样才能保证课程教学内容跟得上学科的发展。
课堂教学是教学活动的中心。教师在课堂上的讲解过程要能吸引学生的注意力，提高学生学习的积极性。例如，大多数的学生都有网上聊天、查资料、看新闻的经历，但他们绝大多数并不明白这是如何实现的，原理是什么。对“计算机网络”课程的目的、意义和内容的介绍从这方面引入，可以提高学生的学习兴趣。
在这门课的教学过程中，我们采用双语教学的方式。选用国际上优秀的原版英文教材，采用英文课件，以多媒体投影和传统的板书相结合的教学方法。使学生在学习掌握网络专业知识的同时，掌握相关的英文专业词汇；鼓励学生课堂上用英语交流，采用英文完成作业；期末考试采用英文试卷，鼓励学生用英文答题。通过这门课的学习，学生在学习、掌握专业知识的同时，专业英语能力有了很大的提高。
二、课程实验环节加深学生对理论知识的理解
由于计算机网络是一门实践性很强的技术，课堂教学必须与实践环节紧密结合。本课程的实验环节对学生理解、掌握计算机网络的基本原理起到了非常重要的作用。
我校计算机网络实验室配备了先进的通信网络设备以及网络系统仿真环境。根据教学要求并结合课堂教学内容，我们精心设计了一组实验，目的是使学生更好地理解、掌握计算机网络的基本原理，网络体系结构和协议机制的运行。学生通过实验，对开放系统互连基本参考模型(OSI)和互联网TCP/IP体系结构及协议机制的运行过程有了深刻的理解，包括各层数据传输单元之间的对应关系，IP地址和硬件地址之间的转换，数据链路层数据帧的封装、传输和解析，网络层路由表的配置、数据包经过路由器实现多跳传输、IP协议实现的端到端主机之间的通信，TCP协议实现的端到端主机上不同进程之间的通信、TCP的流量控制、拥塞控制、差错控制的实现等。实验过程中指导老师逐组与学生交流，讨论协议的实现原理，这一实验环节收到了非常好的效果。
三、科研实践培养学生的创新思维和分析问题、解决问题的能力
在教学课堂上讲授各方面的理论知识，完成要求的学习内容，是培养大学生从理论上掌握科学本领的重要和必要环节。大学生们在校学习期间，将要完成几十门重要课程的学习，任务比较繁重。因此在学习期间往往忽略了一个重要的培养步骤，就是对自己独立分析实际问题和解决具体问题能力的培养。
如果有目的地使学生参加部分科学研究工作，让他们亲自负责一些课题和研究内容，由学生们自己提出解决问题的方案和措施，并具体实施整个解决问题的过程，不仅可以培养他们在遇到实际问题时的应对能力，而且可以培养他们在解决具体问题时的主动性和积极性。因为，具体方案和计划的提出和实施过程，就是对他们逻辑思维的考验和培养。往往问题的解决需要有一套合理的、正确的、恰当的思路，而这一思路是在实际问题的解决当中建立的，必须符合实际问题的规律性。
为此，我们以学生作为负责人，组织申报了江苏省高校大学生实践创新训练计划项目“无线车载自组织网络的研究与仿真”并获得立项。这一课题具有重要的理论意义和实用价值，让学生利用课堂上所学到的知识解决实际问题，激发了学生从事科学研究的积极性。
我们对该实践创新项目提供了必要的实验条件、人员和经费支持，包括项目所需要的工作场所、微型计算机、IEEES02.11a/big无线网络适配器、嵌入式开发环境、GPS卫星定位装置等，为学生实施训练项目创造了良好的环境。指导教师长期指导研究生和本科生从事计算机通信网络、软件系统、控制系统的研究、设计和开发，具有丰富的科学研究和实践教学经验，负责全程指导学生进行该实践创新项目。
我们首先给学生介绍课题背景。高速公路给人类带来方便的同时，也对其生命财产带来越来越多的隐患与灾难，连环车祸是最常见的事故之一。在高速公路上由于车速较快，很容易发生连环车祸，当前面的车辆发生车祸时，由于车速太快后面的驾驶员来不及反应，导致严重的连环车祸时有发生。那么有没有一种措施来避免发生这样的事故呢?如果高速公路上某一路段发生了车祸，通过车载GPS和一种网络给后面的车辆发出警报信息提醒驾驶员及时采取措施，这样就可以有效地避免连环车祸，大大减少这类事故的发生。因此无线车载自组织网络(VANET：Vehicular Ad-hoc Networks)应运而生，并引起了学术界和工业界的极大关注。
VANET网络由车载计算机设备，无线通信设备和全球卫星定位系统(GPS)组成。每个节点(车辆)可以通过GPS随时确定自己的方位，通过无线收发装置接收来自其他节点的信息并进行相应的计算，然后向邻近区域的其他车辆发送自己的信息，包括方位、车速、前方车辆交通状况等等。
对于高速公路这样的特殊场景，需要结合高速公路车辆的运动特征，设计合理的路由算法，对实时性的要求也很高。因为高速公路上的车祸都是在很短的时间内发生的，通常是几秒，甚至零点几秒。如果在这么短的时间内，系统不能做出及时地响应，那么将失去其应有的价值。本课题要解决的问题包括：(1)数据采集，以南京市为例，选择某一段高速公路，记录某一段时间内车辆的运动特征；(2)选择一种开发平台(例如VC＋＋6.0)，用采集来的数据模拟高速车辆运动的场景；(3)采用IEEE802.11协议，设计路由算法，用NS2系统仿真高速公路车间通信：(4)设计软件，模拟车辆防止碰撞的情景。
在项目实施的过程中，学生首先了解了VNAET网络以及这一领域的研究现状；其次，重点分析和研究了VANET网络的节点移动模型，在此基础上，提出了一种车辆碰撞警告协议，并探讨用于拥塞控制和时延减少的速度调整算法并通过理论分析的方法验证该算法的可行性；最后采用通用的仿真工具NS2设置高速公路通信的场景，模拟车间通信。
责任编辑 余大品
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