原创《在职工程硕士高级计算机网络教学组织和建设》
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1 背 景
随着计算机技术和计算机网络技术的发展,使得信息快速传播.“互联网+”是创新2.0 下的互联网发展的新业态,是知识社会创新2.0 推动下的互联网形态演进及其催生的经济社会发展新形态.“互联网+”是互联网思维的进一步实践成果,推动经济形态不断地发生演变,从而激发社会经济实体的生命力,为改革、创新、发展提供广阔的网络平台[1],而这种“互联网+”的思想应用于教育教学上,则可以具体对应上MOOC[2]（MassiveOpen Online Course, 慕课） 和SPOC[3]（SmallPrivate Online Course,小规模限制性在线课程）.在教学教法上,将具体网络应用和网络资源结合起来充分利用,可以提升教学效率和效果,目前也有一些基于MOOC 和SPOC 的教学教法研究[4].
而研究生教学,特别是在职研究生教学,则更适合应用这种“互联网+”的教育教学模式.通过“互联网+”的方式完善专业学位研究生教学模式,让学生完成学校的教育之后能够在实际工作和科研工作中快速上手,对培养学生动手能力和理论结合实践能力有着巨大的意义.通过理论学习和实际环境的操作,还可以激发学生的科研创新能力,进一步提升研究生培养质量.
2 “互联网+”模式下的课程组织模式
对于研究生课程设置来说,有不少基础课程都和本科生本专业的课程内容有重合.以大连理工大学软件学院的工程硕士课程为例,“高级计算机网络”“高级数据库”“高级软件工程”“算法导论”“高级操作系统”就同本科生软件工程专业的“计算机网络”“数据库系统”“软件工程”“数据结构与算法”“操作系统”在内容上有重合.有些基础内容是本科阶段已经讲授过的,导致学生会觉得奇怪,研究生的课程和本科生课程到底有什么区别,这些课程和本科一样？以“高级计算机网络”为例,在脱产的双证研究生班上课时,就有学生在问“高级计算机网络高级在哪里”.在这种情况下就需要教师合理组织课程内容,既要抓住课程的核心知识点,又要从更深层次的角度进行导引.
2.1 脱产硕士生的课程组织研究
网络课程中的主体内容是重复的,特别是网络中的一些基础概念和协议,在各个网络课程中都要讲到,且有大量的重复性教学.重复的教学不能得到较好的学习效果.就如同之前我们曾提到过的[5],研究生的“高级计算机网络”教学可以考虑从技术发展的主线来整理.例如应用层各个协议的发展,HTTP 协议从non-persistant HTTP到persistant HTTP,从只支持单对象到支持多个对象；从FTP 的PORT 传输模式到PASS 模式的改变,Email 客户端从POP3 协议的普及使用到IMAP4 协议的普及使用.应用层每一个技术的发展都是从具体应用需求提出的,启发学生思考Killer Application 促进技术发展的重要性.对于其他偏向于协议改进的层次,如传输层来讲,除了TCP 和UDP 的基本理论,还可以介绍TCPng-SCTP[6]、TCP 拥塞控制的具体各种改进协议,针对UDP 协议的拥塞控制协议DCCP[7]等.对网络层则从IP 地址不足的角度介绍分类别IP 地址、VL、CIDR、NAT、IPv5、IPv6、IPv7 等,当然对于下一代的IP 协议还是以IPv6协议作为重点介绍,说明IPv6 同IPv4 相比增加或减少的功能及原因；数据链路层则可以从CA 系列展开, 如CA/CD、CA/CA、CA/CN[8]、CA/CP[9] 等.
以上的内容都需要学生利用课下时间通过Internet 找相关的文章和素材,提前准备,方便课上介绍和讨论等.至于其他的网络新技术,如无线网络、网络安全、网络管理、光网、量子通信网络等,则更是需要利用Internet 查阅相应的材料.探索网络课程体系中网络资源的系统化、网络教学模式,利用网络资源进行教学模式的创新,完善网络课程组织方案.
但是这些组织方法只适合于本专业、本科学过“计算机网络”及相关计算机科学技术系课程的研究生,对于在职的工程硕士,则无法直接从系列技术的分析和技术的延展进行组织,需要其他的组织方案.
2.2 在职工程硕士的课程组织研究
在职工程硕士来自于不同的专业,不同的班级又是不同的情况.以笔者今年上半年上的3 门在职工程硕士的高级计算机网络为例,大连半脱产2016 级,56 人,每周二、四、五上课,每周7学时,上3 周半；大连在职2016 级班,50 人,每周六晚上上课,每次4 学时,上8 周；营口在职2016 级（AS）班,74 人,周四至周日上课,每天4—12 学时,4 天上课.3 个班不同的人数,不同的上课强度,不同的基础.其中,大连半脱产2016 级的学生虽然不是全日制学生,但是上课的时间集中,同全国统考的硕士生上课形式类似,且周末也会集中上课,2 年的研究生课程会在一年以内完成,所以本文还是把这类班级归到在职工程硕士一类.
基本每个班有一半或一半以上的学生曾经是其他专业的,包括英语、化学、材料、会计等,质量参差不齐,没有办法以上一小节的内容组织教学内容,需要新的教学方法.
除了让学生课后找相关资料外,在这种类型的班级里笔者采用了问题驱动的方法,在3 个班级里都获得了一定的效果.
（1）举一个曾经用过的“计算机网络”试卷,提前通过网站、 群、微信圈子等方法分发给学生.要求每位学生在课上回答一个问题,以完成课程参与度的分数（一般为20%）,在学生回答题目的基础上做知识点的展开.让学生自己或通过班级 群、微信圈子里找其他人询问、讨论,是一种自学或学生互相之间讨论的方式.特别是学生互相之间讨论的方式,可以激发学生以P2P 的方式询问和解答问题,解决教师作为“服务器”的瓶颈问题,加快讨论速度和效果.
（2）以课件的outline 页为引导,鼓励学生自己论述某个技术,在某位学生说过后,再进行必要的补充,由学生选择所在某一层次的技术讲解的先后顺序.这种对某个技术的论述,也可以作为参与度分数的评判标准.
（3）在主体内容完成后,提出问题让大家讨论,给有基础的学生更高的讨论.当然讨论的问题也可以用于脱产的研究生课程上,这种问题除了细节外,还会多一些分析或思考.
① UDP 头、IPv4 头、IPv6 头中都有totallength 或payload length 字段,但是在 TCP 头中为什么没有相应表示segment 长度的相应length字段？
② UDP 头、IPv4 头、TCP 头中都有InternetChecksum字段, 但为什么IPv6 没有校验和字段？
③ 在常见的头中,都是源地址在前、目的地址在后,如TCP 头和UDP 头中都是源Port 在前,目的Port 在后；IPv4 头和IPv6 头中都是源IP 地址在前,谜底IP 地址在后；但在Ethernet帧或802.3 帧结构中却是目标MAC 地址在前,源MAC 地址在后.
④ token ring 的效率理论上要比CA/CD高得多,为什么没有使用token ring ？为什么WLAN 中的MAC 地址会多于两个？
其他的一些常见的讨论,如为何IP 地址和MAC 地址可以共存,CA/CD 为什么不能在无线网络中使用,TCP 在有线网络中的拥塞控制方法为什么在无线网络中不适用等.
在本次3 门在职工程硕士的“高级计算机网络”课程中,通过这些方法的使用,明显感觉学生的参与度要好,课上及课间的参与度大大提高,特别是在课下与教师的交流和探讨问题的频率和次数要大大增多.还有学生因为出差错过了一次课程,在考试结束后,还专门约时间单独补上错过的课程内容.
整体来说,这种组织方法提升了在职研究生培养质量,利用Internet 环境和资源,进行科研与教学相融合的人才培养模式研究与资源实践的探索,为以后进一步优化教学组织方法、培养研究生教学模式提供参考.
2.3 实验课程材料的组织
理论和实践结合,一方面要求对于实际问题能够进行整体把握、进行系统分析,另一方面要求学生对于实际问题能够通过实验建立相关的概念模型、数学模型或解决方案等,以准确描述具体的实际问题.课堂教学与实验教学是分离的,课堂教学处于主导地位,实验处于辅助地位.课堂教学具有非常鲜明的灌输特点,不太强调学习者的内在条件,学生只是接受者的角色,长期下去,学生很难学会学习.理想的学习方法应强调学习者的主导作用,在计算机教育实践中,要求将课堂教学与实验教学合二为一,互为补充.强调教师的责任是为学生提供丰富的学习环境,其显著特征是基于问题的学习和训练学生的批判思维,利用各种工具辅助教学,这些工具将和各个抽象层次的可视化支持结合起来.在实际教学过程中,给定一个编程任务,提供学习环境和背景知识；将课堂教学和实验有机地结合起来,要求教师把主要的精力放在学习环境的构建上,将学习的主动权还给学生.特别是对于在职工程硕士来说,很少有机会做配套的实验,只能从原理和步骤及他人视频上做一些了解,这就需要学生通过Internet 使用优质的教育资源,不再单纯地依赖授课老师去学习知识.研究生在宿舍或者课余时间就能完成知识的学习,课堂变成了老师与研究生之间和研究生与研究生之间互动的场所,包括答疑解惑、知识运用等,从而达到更好的教育效果.进行实验的远程模拟部署和录像演示并可以远程访问,以此让对课程感兴趣的研究生随时随地进行远程学习.
3 分类教学网站的设计和实现
对于教学网站的设计,课件分享和组卷、自动评分系统都已有一些研究,比如在林桂亚等[10]的工作中,根据学生频繁使用手机这一趋势,结合教学环境和教学改革情况,建立了基于WAP的课程教学网站.吴巧玲等[11] 研究了主观题自动评分系统的实现,系统采用自然语言理解,并依据CNKI 的“知识库”来作为自动评分的依据,实现了分类教学网站的设计.
网站的基本功能如图1 所示.网站的访问者分为两种,一种是游客,另一种是注册用户.游客与注册用户共有的功能是搜索与观看视频,注册用户有修改、评论以及查看评论等功能.网站的维护者是管理员,管理员负责推荐信息管理、视频管理、评论管理以及账户管理等.网站的核心功能在于视频管理和评论管理,学生可以作为访问者观看网站视频,并可以用提交评论的方式与其他网站访问者交流或分享学习心得.网站用JSP 和MySQL 数据库等相关技术进行了实现,目前已经在教育网内部进行了使用.
4 教学效果和总结
以考试成绩为统计的教学效果见表1,其中2016 级3 个班是使用了在线视频网站的,而之前2 个2015 级的班级并没有使用该系统.特别要说明的是,2016 级大连半脱产和16 级大连在职的两个班的开卷形式是“一本书开卷”,即学生只能带纸版的参考材料；而2015 级的三个班及2016 级营口在职班的考试形式是“全网开卷”,即学生可以用电子版和纸版的参考材料.
从成绩上可以看出,2016 级大连半脱产和2016 级大连在职在实行改进教学方法后平均分都有了很明显的提高,同时80 分以上优秀的学生比例也提高了.即使他们面对的参考资料只是纸质的材料,没有电子材料的快速查找功能,他们的成绩相对来说也与之前的对应班级有比较大的提升.而与此相比,营口2016 级的成绩则变化不大,由于2016 级营口班级上课时间比较短,上课期间也没有办法严格要求学生在线学习,同时留给学生网上学习的时间也比较少,造成只有少数学生认真使用了学习系统,所以在总体成绩与往年没有大的提高.但从2016 级2 个大连班的情况看,成绩比2015 级的3 个班级,特别是比2015 级的大连脱产和在职班的成绩有提高很多.统计结果说明,经过改进的教学方法确实提高了学生的学习热情和效率.
随着互联网技术的快速发展,“互联网+”等技术活跃地应用在教育教学方面,并体现出良好的效果.笔者将“互联网+”教育教学模式应用于在职研究生教学中,提出了3 种不同的在职工程硕士的课程组织模式,具体分析了每一种组织模式下“互联网+”教学模式的具体实现方式.
最后提出了一种分类教学网站设计和实现的方案,给定了网站设计的目标和网站的基本功能,并实现了诸如视频管理、评论管理、用户管理等大部分核心功能,并在教育网内部进行使用和测试,获得学生的广泛认可,加强师生之间的互动,提高学生的学习热情,收到良好的效果.下一步工作是继续完善分类教学网站更多的功能,并在互联网上推广使用.同时,我们也需要注意到,仅仅是新技术的使用并不能提高教学效果和学生成绩,课程时间持续跨度、留给学生消化理解的时间也是一个很重要的因素,如何平衡在职工程硕士的上课时间和学生本职工作时间,也是一个需要解决的问题.
计算机网络论文参考资料：
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