網絡通信類課程的啟發式教學研究與探討

侯 睿 張文俊

摘要:網絡通信類課程是廣大理工類高等院校開設的專業主干課程之一,具有技術性較高、可擴展性較強等特點。本文以這類課程為對象,研究并探討了如何充分發揮學生的創造性思維,靈活運用啟發式教學方式進行教學。

關鍵詞:網絡通信;啟發式教學;創造性

中圖分類號:G642 文獻標識碼:A

1引言

啟發式教學以其教學思想新穎、教學方法獨特、教學過程靈活等特點,已經被廣泛運用于高等院校的各門課程教學之中,并且取得了良好的教學效果。

一般而言,啟發式教學具備以下三個特點:

一是強調學生是學習的主體。即以學習活動為基礎,學生充當了學習的主體、認識的主體以及發展的主體,而教學內容則成為學習活動的客體。

二是強調學生在掌握基礎知識和技巧的同時,能夠充分鍛煉思維能力。即在啟發式教學方式下,學生需要通過主動學習、主動思考鍛煉自己的獨立思維能力,充分挖掘思維潛能。

三是注重教學方法和學習方法的有機結合。即啟發式教學更需要教師采用各種靈活多樣的教學手段,引導學生采用不同的學習方法思考問題。

可見,啟發式教學能夠培養學生主動學習和思考問題的能力。如何將啟發式教學應用于高校網絡通信類課程的教學中,并充分發揮其優勢,將深邃的網絡知識從教師的灌輸轉變成學生的主動學習和思考,從而達到良好的教學效果,成為一個值得研究與探討的課題。

2網絡通信類課程的主要教學內容與目的

網絡通信類課程是技術性較強的課程,涉及到網絡技術、通信技術、計算機技術等多方面知識,可擴展性較強。目前,從具體教學內容的安排上看,主要以各種網絡體系結構和基本原理為主線,以網絡分層模型、網絡協議和網絡技術為主要授課內容,重點闡述各種數據傳輸技術和交換技術,另外還涉及到一些相關的網絡安全知識。

在以上涉及到的網絡技術中,數據傳輸技術和網絡交換技術是網絡知識領域中最基本也是最重要的內容之一。

網絡通信課程的教學目的是:讓學生對通信網的體系結構有整體了解,掌握網絡所用到的分層模型,主要為TCP/IP網絡分層模型,之后需要對目前網絡中常用的各種通信協議,如IP、TCP、OSPF等以及網絡中涉及到的各種通信技術,如時分復用、波分復用、SDH/SONET等有較好的掌握,其中對一些基礎通信技術必須重點掌握,并且要具備一定的思考能力及知識延伸能力。

3教師應具備的知識能力

在啟發式教學模式下,教師雖然是客體,但是如何引導學生成功進入啟發式教學模式環境,教師就擔任了最重要的角色。引導成功,學生和教師就可以充分享受啟發式教學的成效,否則就是一紙空談。

講授網絡通信類課程的教師,不但要熟練掌握教材中的知識,更需要具備舉一反三的能力,善于對書中的基礎知識進行擴展,最重要的是隨時把握網絡技術領域的相關科技動態和發展前沿。網絡技術領域所涉及到的知識面非常廣,為了能夠順利進行啟發式教學,任課教師必須做到以下四點:

一是熟練掌握授課教材中的所有授課內容,有能力把握要點和重點,將知識點進行有機的結合和歸納。

二是考慮哪些知識點具有可擴展性和擴展的必要性,對網絡技術中具有可擴展性的重要知識進行擴展和深入,使學生循序漸進、由淺入深地掌握這些知識精髓。

三是要思考如何對這些知識點進行啟發式教學,如何運用合理的方式引導學生主動學習和思考,讓學生真正理解透徹并能夠提出自己的看法和問題。

四是讓學生及時了解科技前沿動態,把握此知識領域的研究現狀和未來發展趨勢,并培養部分熱衷于該知識領域的學生具備一定的科研創新能力。

以上四點環環相扣、逐漸深入,能順利實現最后一點,就能使啟發式教學在網絡技術課程中產生效果,并能夠取得成果。

4啟發式教學的運用研究

下面筆者就以網絡技術課程中最重要也是最基礎的兩個知識點,即數據傳輸和數據交換為例,來闡述啟發式教學的過程。

4.1數據傳輸技術的啟發式教學

傳輸技術的啟發式教學目的是,通過引導,使學生對通信網數據傳輸技術的原理有較深刻的掌握。

首先向學生介紹數據的信號表示方式:數字信號是由某種特定的編碼方式編碼后形成的,于是每種信號都將占用一定的帶寬資源。現在假設A、B兩人要利用一根傳輸線路進行通信,讓學生思考可以采用多少種方法完成通信,這里可以提醒學生應該在帶寬資源的分配和時間的分配兩個角度進行思考。有部分學生會考慮到將時間分成若干時間片,A和B就可以輪流占用時間片進行通信,在每個時間片內完全占用通信線路的全部帶寬;另有部分學生會考慮到將通信線路的帶寬平均分配為兩段,將A、B兩人所需要通信的數字信號的帶寬控制在每一段可用帶寬之內,這樣A、B兩人就可以完全占用時間軸,而不用等待。這樣,通過啟發引導,學生就可以逐步了解數據通信的兩種基本方式。之后,繼續讓學生討論這兩種傳輸方式的特點,思考兩種方式的運用條件以及可以利用的網絡環境。這樣,雖然并沒有主動講授這兩種通信方式即為目前世界通信網中最常用的“時分復用”和“頻分復用”傳輸方式,但是學生已經對這兩種方式的整個運作過程有了較深入的了解。此時就可以將傳輸技術應用到實際當中,介紹最常用也是當前世界上最先進的“波分復用”技術等知識,讓學生對傳輸技術的原理、特點、傳輸技術的發展狀況以及發展趨勢有一個全面的了解和掌握,這樣,啟發式教學用于傳輸方法的目的就基本達到。

4.2數據交換技術的啟發式教學

數據交換技術的啟發式教學目的是,讓學生在了解本技術基本原理的前提下,能對知識點進行擴展和深入研究,完成對本知識點的掌握。

首先需要向學生介紹交換技術中最基本的“線路交換”原理,重點放在其特點上,即必須建立連接以及保持連接,交換粒度很大,適合在網絡鏈路狀況良好的情況下傳輸實時性很強的業務,靈活性很差。接著講解“報文交換”原理,同樣重點強調其特點,即是無連接交換機制,交換粒度是整個報文,小于線路交換,但是一旦出現差錯,整個報文需要重新傳送,耗費很大。之后,引導學生思考這樣的問題:如何在鏈路狀況很差的情況下,更靈活地交換數據?讓學生結合以上兩種交換方式的特點進行考慮,這時,部分學生就會提出基于無連接的,采用粒度更小的交換模式,于是再引導學生將這樣的小粒度交換模式具體化,這樣學生實際上就已經對靈活度最高、可靠性最好的“分組交換”技術基本原理有了較好的認識。

在充分認識了三種交換技術的基本原理及特征之后,就需要對知識點進行擴展和深入。首先需要將交換技術從傳統的電域擴展到光域,因為光域交換技術是目前世界通信領域的研究前沿和重點課題,很有必要向學生介紹。對這個知識點的擴展,重點強調電域中數據的傳輸鏈路主要是電纜等,而在光域中,數據不但被光波所承載,重要的是傳輸鏈路已經變成了光纖,其特性和電纜相比差別甚遠,因此需要在這個知識點上進行詳細講解。當學生對光特性有了基本了解后,就可以引導學生走出課本,逐漸步入最前沿的交換技術研究領域。具體方法如下:

首先將“線路交換”的思想引入到光域中來,使學生充分了解“光線路交換”的基本原理和思想。同樣,又可以將“分組交換”的思想引入到光域中,形成“光分組交換”的模式,并采用比較手段,讓學生將電域和光域中的這兩種交換模式從交換原理、交換粒度、靈活性等方面進行詳細比較,使學生充分了解各自的特點和技術思路。此時可以提出問題:“光線路交換”的交換粒度很大,需要建立連接和保持,靈活性很差;而“光分組交換”雖然交換粒度最小,機制最靈活,但是完全可以進行全光處理、全光交換的路由器并沒有研制成熟,因此目前的路由器必須采用光電轉換等措施才能保證光信號能順利通過,大大影響了交換速率,限制了網絡帶寬的提高。如何才能結合兩種交換技術的特點,并根據數據分組的格式來研究出一種介于兩者之間并符合實際情況,可以投入運行的交換技術呢?通過引導,部分學生就會提出:考慮將數據的交換粒度定義為這兩種交換技術的粒度之間,并為每個光分組產生一個控制分組,對數據分組進行路由選擇,在網絡結點僅僅對控制分組進行光電轉換,而數據分組就可以全光通過。這樣做的優點就是:既增加了交換技術的靈活程度,又減少了光電轉換時間,較大程度地提高交換速率。學生提出的這個問題,雖然存在不確定性、可行性等疑惑,但是實際上,他們已經步入了目前世界上最前沿的交換技術課題——“光突發交換”的技術研究領域!學生的這些想法,其實就是“光突發交換”技術的設計思路和主要特點。學生不但對數據交換技術有更深入的了解,還會提高科研興趣。

這里,用兩個例子來驗證啟發式教學的效果:一是筆者2007年指導的學生團隊,以“光突發交換”技術為主要研究課題,獲得“大學生‘挑戰杯科技作品大賽”湖北省三等獎;二是筆者2008年所指導的學生團隊,以“光通信技術”為主要研究課題,獲得“大學生‘挑戰杯創業計劃大賽”湖北省二等獎,課題內容皆源于學生對光突發交換技術以及光通信技術的科研興趣。

5啟發式教學的運用探討

為了更充分發揮啟發式教學的作用,可從三個方面進行探討:

(1) 知識點的選取。啟發式教學可以運用于哪些知識點,如何分配教學課時以及如何具體實施教學方案,需要認真思考。

(2) 教學目的。啟發式教學的運用目的是為了使學生

更深入地掌握知識點,還是對知識點的擴展,或是對知識點的深入研究?在有限的課時情況下,這些問題需要仔細思考和討論。

(3) 啟發式教學的運用時機。在學生對知識點掌握到一定程度時,采用啟發式教學對學生的理解能力有很大影響,選取的時機過早會導致學生理解能力受阻,過晚會導致啟發式教學效果不明顯,因此教師應該思考并探討其運用時機問題。

6總結

本文對啟發式教學在高校網絡通信類課程中的運用進行了研究和探討,給出了基于網絡通信類課程啟發式教學方法的具體實施過程。以網絡課程中最基本的兩個知識點為例,具體說明了啟發式教學的運用過程及注意事項,最后對啟發式教學存在的三個問題進行了探討,希望對網絡通信類課程的啟發式教學有一定的完善和促進作用。

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Study and Research on the Heuristic Teaching for Network Communication Courses

HOU Rui1, ZHANG Wen-jun2

(1.College of Computer Science, South-Central University for Nationalities, Wuhan 430074,China; 2.Computer School, Wuhan University, Wuhan 430074, China)

Abstract: Network communication course is one of the main courses in science and engineering colleges. Thus courses have the features of high-technologic, extensible. In this paper, based on the network technology courses, the creativity exploitation approach for students by the heuristic teaching has been studied and discussed. Several experiences and conclusions have certain theoretic and practice significance for the teaching of network technology course in the future.

Key words: network communication; heuristic teaching; creativity