導(dǎo)航工程專業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)

闕佳鴻　馬昕　周繼華

摘要：本文首先明確了民用航空導(dǎo)航工程專業(yè)的數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)的教學(xué)目標(biāo)，同時(shí)對數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在民用航空通信領(lǐng)域的重要作用及應(yīng)用范圍進(jìn)行了闡述。為了加深學(xué)生對抽象技術(shù)和概念理論的學(xué)習(xí)認(rèn)識，本課程主張以實(shí)踐為主的方式進(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，在此基礎(chǔ)上研究了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論和實(shí)踐的教學(xué)內(nèi)容安排。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)航工程；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；課程建設(shè)；實(shí)踐教學(xué)

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)在21世紀(jì)得到了前所未有的發(fā)展，對社會(huì)經(jīng)濟(jì)的方方面面，包括我們的民用航空領(lǐng)域，都有深遠(yuǎn)的影響。由于受到全球信息化高速發(fā)展的影響，我國的民航界也必須敏銳地重視計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用和新技術(shù)的發(fā)展。作為民用航空平面通信系統(tǒng)的部署平臺和開發(fā)基礎(chǔ)，我院（空中交通管理學(xué)院）將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)這門課程設(shè)置為導(dǎo)航工程專業(yè)的核心課程之一。本文從教學(xué)目標(biāo)、理論教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和課程改革等幾個(gè)方面對課程建設(shè)的實(shí)施方案進(jìn)行了分析和討論，并提出了一些思考和探索的方向。

1 教學(xué)目標(biāo)

該們課程是我院導(dǎo)航工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程，主要培養(yǎng)民航通信導(dǎo)航監(jiān)視崗位的技術(shù)人員的職業(yè)素養(yǎng)與作業(yè)能力，是一門針對就業(yè)崗位的專業(yè)基礎(chǔ)課程。為后續(xù)的CNS/ATM相關(guān)課程，也就是民航的通信系統(tǒng)（Communication System）、導(dǎo)航系統(tǒng)（Navigation System）、監(jiān)視系統(tǒng)（Surveillance System）以及空中交通管理系統(tǒng)（Air Traffic Management System）的課程學(xué)習(xí)做前期的鋪墊和引導(dǎo)。目標(biāo)是使得學(xué)生對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本知識和包括CNS在內(nèi)的民航平面通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)能有一個(gè)完整的認(rèn)識和初步的研究，培養(yǎng)學(xué)生管理網(wǎng)絡(luò)相關(guān)設(shè)備的能力、在項(xiàng)目中應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的能力以及組建簡單網(wǎng)絡(luò)的能力，最終的目標(biāo)是提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

2 民航導(dǎo)航系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

2.1 ACARS系統(tǒng)地空數(shù)據(jù)傳輸

飛機(jī)通信尋址與報(bào)告系統(tǒng)（Aircraft Communications Addressing and Reporting System，縮寫：ACARS），其主要任務(wù)是幫助地面站與飛行器建立無線電報(bào)文通信，本質(zhì)上它是一種數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)鏈系統(tǒng)。早起數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)鏈通信方式尚未廣泛應(yīng)用，塔臺中的空管人員只能通過高頻（HF）或甚高頻（VHF）語音線路與飛行器中的駕駛?cè)藛T進(jìn)行溝通，發(fā)布指令，這種方式極譯發(fā)生錯(cuò)誤且安全性較低。

一個(gè)完整的ACARS系統(tǒng)包括三個(gè)部分：機(jī)載的通信子系統(tǒng)、地面的通信子系統(tǒng)和客戶端的子系統(tǒng)。ACARS系統(tǒng)是一個(gè)非常典型的地空數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)，全球大部分航空公司都使用這種方式接收其數(shù)據(jù)服務(wù)提供商的相關(guān)服務(wù)。

2.2 航空電信網(wǎng)

航空電信網(wǎng)（Aeronautical Telecommunications Network，縮寫：ATN ）使用了公共的接口及協(xié)議服務(wù)，在滿足國際標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)集成了多種數(shù)據(jù)傳輸子網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸流程，所以它并不是與傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)完全不同的底層通信網(wǎng)絡(luò)[1，2]。這樣的好處在于它可以為我們的航空通信服務(wù)提供更高的安全性和可靠性。

作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)概念，航空電信網(wǎng)可以在整合的基礎(chǔ)上進(jìn)一步使用有限的通信網(wǎng)絡(luò)資源，恰恰滿足了民用航空的統(tǒng)一服務(wù)的宗旨。根據(jù)空中交通管理部門和航空管理部門等組織提出的具體規(guī)范和要求，它可以提供高效率的痛信服務(wù)。

2.3 VoIP空管話音通信

VoIP也被稱作IP電話，其先進(jìn)之處在于它主要利用IP網(wǎng)絡(luò)在用戶之間實(shí)現(xiàn)話音通信的功能[3]。以模擬信號的形式存在的話音信號在電話網(wǎng)關(guān)服務(wù)器中被數(shù)字化處理成為數(shù)據(jù)封包（Data Packet），而后通過IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信傳輸。與之對應(yīng)的接收端在收到該數(shù)據(jù)封包后，通過一系列的方式對其進(jìn)行重組，將數(shù)字信號還原成模擬信號的語音形式。

基本過程如圖1所示：

3 理論教學(xué)內(nèi)容

本門課程的理論教學(xué)內(nèi)容覆蓋了計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)，同時(shí)按照TCP/IP參考模型對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹；重點(diǎn)放在以太網(wǎng)的介紹，同時(shí)涉及在行業(yè)中應(yīng)用廣泛的局域網(wǎng)相關(guān)技術(shù)；對學(xué)生的要求是基本能夠掌握網(wǎng)絡(luò)互連軟硬件基本原理和相關(guān)技術(shù)；從應(yīng)用層面來看，學(xué)生在學(xué)完本門課程之后，要求能夠獨(dú)立安裝web服務(wù)器，管理簡單網(wǎng)絡(luò)，對全球最新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有基本的認(rèn)識。

3.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概論

學(xué)生通過學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)概念，明白計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成和各個(gè)組成部分的功能，能夠清楚的表述出計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的類型，并且了解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的前世今生，以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在民航領(lǐng)域中的發(fā)展和應(yīng)用情況。

3.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

首先，物理結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)組織建設(shè)；其次，從應(yīng)用的層面對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行布局，其中包涵硬件、軟件和線路媒介，這個(gè)過程我們成為網(wǎng)絡(luò)配置；第三，網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。本章的教學(xué)目標(biāo)在于使學(xué)生能夠確切掌握網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的相關(guān)概念，接口（Interface）和服務(wù)（Service）的概念。

3.3 數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)

民用航空的通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)施已經(jīng)大規(guī)模的使用數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)，比如甚高頻數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)鏈、飛機(jī)通信尋址及報(bào)告系統(tǒng)、民用航空電信網(wǎng)和空管監(jiān)視數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)。其中，空管監(jiān)視數(shù)據(jù)鏈的作用是獲取航空器在空中飛行的軌跡和意圖信息，從而實(shí)現(xiàn)對航空安全的保障。此處的重點(diǎn)是要掌握數(shù)據(jù)交換技術(shù)、多路復(fù)用技術(shù)和編碼調(diào)制技術(shù)。

3.4 局域網(wǎng)技術(shù)

在一個(gè)局域網(wǎng)中，信息傳遞的實(shí)現(xiàn)需要依靠物質(zhì)基礎(chǔ)，即傳輸?shù)拿浇椋卜Q為傳輸介質(zhì)。局域網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃詫?huì)受到傳輸介質(zhì)的影響，包括傳輸?shù)乃俾屎途嚯x。通過對局域網(wǎng)基本技術(shù)的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該具備連接局域網(wǎng)設(shè)備的能力、了解局域網(wǎng)的主要技術(shù)、理解光纖分布式數(shù)據(jù)接口（FDDI）和虛擬局域網(wǎng)VLAN，并且能夠自己動(dòng)手組建無線局域網(wǎng)。

3.5 網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)

學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)互連的基本概念、Internet網(wǎng)際協(xié)議IP、網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備、路由與VPN和網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換NAT、廣域網(wǎng)及相關(guān)技術(shù)、下一代網(wǎng)際協(xié)議，其中包括了廣域網(wǎng)的含義和它所涉及到的相關(guān)技術(shù)，學(xué)生可以通過本章的學(xué)習(xí)了解典型的廣域網(wǎng)。除以此之容外，還應(yīng)覆蓋資源子網(wǎng)高層協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)安全與網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢與新技術(shù)。

4 實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容

首先是要求學(xué)生能夠獨(dú)立完成組建和配置簡單的以太網(wǎng)；其次是在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)環(huán)境下對TCP/IP進(jìn)行配置和診斷；自主構(gòu)建DHCP無線局域網(wǎng)；實(shí)現(xiàn)虛擬專用網(wǎng)并對其進(jìn)行規(guī)劃；搭建IIS服務(wù)器，能夠?qū)υ摲?wù)器進(jìn)行熟練配置和使用；可以使用Wireshark、Sniffer Pro等軟件對局域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)包進(jìn)行抓取并分析。

4.1 以太網(wǎng)的組建

由實(shí)驗(yàn)室提供硬件設(shè)施，要求學(xué)生自己動(dòng)手進(jìn)行各個(gè)網(wǎng)絡(luò)部件的安裝和連接、安裝網(wǎng)絡(luò)軟件、測試網(wǎng)絡(luò)是否聯(lián)通、檢查是否存在故障、探測所在局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、配置交換機(jī)和路由器[4]。能夠在命令行下使用簡單的操作命令來測試網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的狀態(tài)，懂得如何調(diào)用軟件對當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理。

4.2 TCP/IP配置

Windows環(huán)境下TCP/IP協(xié)議的配置，TCP/IP診斷（ARP命令的使用、ping命令、ipconfig分析與使用）。由實(shí)驗(yàn)室提供網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)供學(xué)生練習(xí)使用，要求學(xué)生完成TCP/IP相關(guān)的基本任務(wù)，包括協(xié)議的初步配置等。在此基礎(chǔ)上了解該協(xié)議的主要功能。

4.3 實(shí)現(xiàn)基于DHCP的無線局域網(wǎng)

由實(shí)驗(yàn)室提供硬件資源，要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中用客戶端主機(jī)對3至5臺路由器或交換機(jī)進(jìn)行配置，同時(shí)測試當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)局域網(wǎng)之間的通信；配置虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（VLAN）并對其進(jìn)行管理，掌握相關(guān)的命令和操作。

4.4 操作DNS服務(wù)器和IIS服務(wù)器

由實(shí)驗(yàn)室提供具備DNS服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)要求對服務(wù)器進(jìn)行管理和配置，實(shí)驗(yàn)要求是能夠利用學(xué)生自己配置的DNS服務(wù)器實(shí)現(xiàn)對Internet（英特網(wǎng)）的訪問；其次是由實(shí)驗(yàn)室提供www服務(wù)器，同樣，也要求學(xué)生在自行配置之后實(shí)現(xiàn)對Internet（英特網(wǎng)）的訪問。

4.5 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合性

局域網(wǎng)截包分析實(shí)驗(yàn)。由實(shí)驗(yàn)室提供網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和抓包軟件，比如Sniffer Pro或Wireshark，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中使用抓包軟件觀測當(dāng)前局域網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)流量，抓取數(shù)據(jù)包并進(jìn)行處理分析，從而了解internet（互聯(lián)網(wǎng)）的分層思想同時(shí)熟悉各層使用的協(xié)議。

5 課程改革

5.1 項(xiàng)目式教學(xué)

項(xiàng)目式教學(xué)的第一步是在指導(dǎo)老師的帶領(lǐng)下，學(xué)生們一同討論，從而制定出一個(gè)過多個(gè)項(xiàng)目任務(wù)，再進(jìn)一步制定各個(gè)項(xiàng)目的首要目標(biāo)以及實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的具體思路；第二步，學(xué)生自主計(jì)劃，確定完成所分配的項(xiàng)目需要的時(shí)間，列出實(shí)現(xiàn)的步驟，包括實(shí)現(xiàn)的程序和學(xué)生之間合作的形式；第三步實(shí)施計(jì)劃，按照既定的工作步驟和程序進(jìn)行作業(yè)，由指導(dǎo)老師不定時(shí)地進(jìn)行檢查，如果過程中遇到問題，由師生一同尋找解決方法；第四部，檢查和評估，除了學(xué)生本人進(jìn)行自評以外，還需要小組團(tuán)隊(duì)進(jìn)行互評，最后交由指導(dǎo)老師進(jìn)行總結(jié)評分；第五步，完成撰寫項(xiàng)目文檔的工作[5]。

5.2 團(tuán)隊(duì)教學(xué)

教學(xué)團(tuán)隊(duì)以服務(wù)學(xué)生為目的，由我院教師組成，其成員的知識技能要求具有互補(bǔ)性，且各成員之間要求能夠進(jìn)行高效溝通。在選擇教學(xué)團(tuán)隊(duì)成員的時(shí)候需要注意兩個(gè)方面，一是需要他們具備一定的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和民用航空信息領(lǐng)域相關(guān)的知識技能，另外還需要能夠達(dá)成以服務(wù)學(xué)生為目標(biāo)而進(jìn)行協(xié)同工作的共識。教師個(gè)體和教師團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)和理念應(yīng)該是一致的，如此既可以提高教學(xué)效率，學(xué)生接收和掌握的信息也更為準(zhǔn)確和豐富。

5.3 課外實(shí)踐

課外實(shí)踐的目的是在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)培養(yǎng)出高水平的民航導(dǎo)航工程專業(yè)人才，這就要求實(shí)踐課程的效率必須非常高。為此我院分別建立了導(dǎo)航工程實(shí)驗(yàn)室和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室，允許學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室對自己的項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)踐和分析研究。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程都以學(xué)生為主要推動(dòng)者，教師的作用僅僅在于提供必要的實(shí)驗(yàn)資源或是在遇到學(xué)生無法解決的問題時(shí)提供幫助和指導(dǎo)。我們希望通過這種方式為民航培養(yǎng)出一批適應(yīng)崗位需求，能夠經(jīng)受住就業(yè)競爭考驗(yàn)的新型技術(shù)性人才，從而帶動(dòng)整個(gè)民航向前邁進(jìn)。

5.4 評價(jià)機(jī)制

傳統(tǒng)的考核評價(jià)機(jī)制存在一些問題，簡單的書面考試不能夠具體反映學(xué)生的技術(shù)能力和綜合能力。本課程決定采用新型的評價(jià)體系，力求通過考核描述出每一個(gè)學(xué)生的真實(shí)客觀的綜合能力。首先考核學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，目的是了解學(xué)生的創(chuàng)新度和對技術(shù)的理解；其次是理論考試，考察學(xué)生是否下功夫掌握基礎(chǔ)理論知識點(diǎn)；第三是素質(zhì)考核，除了技術(shù)能力以外我們也同樣看重學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)；最后是實(shí)踐考核，這個(gè)部分主要目的是評估學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作的能力[6]。在這個(gè)部分中，教師的作用是幫助學(xué)生分析問題認(rèn)識問題，進(jìn)一步的挖掘自身的潛在能力，針對不足進(jìn)行改進(jìn)，最終達(dá)到自主發(fā)展的效果。

6 結(jié)語

與計(jì)算機(jī)專業(yè)的該門課程不同，民航院校的導(dǎo)航工程專業(yè)的數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程由于定位的不同，教學(xué)目標(biāo)和方法也不盡相同。本門課程的既涵蓋計(jì)算機(jī)學(xué)科的知識又包括交通工程的內(nèi)容，考慮到教學(xué)要求和目標(biāo)定位，我們設(shè)計(jì)了針對導(dǎo)航工程專業(yè)的課程結(jié)構(gòu)，同時(shí)實(shí)踐教學(xué)也取得了較好的效果。鑒于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在全球范圍內(nèi)日新月異的發(fā)展速度，我們也將持續(xù)不斷的調(diào)整和更新我們的教學(xué)策略，應(yīng)對即將到來的需求和挑戰(zhàn)。

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教學(xué)研究基金項(xiàng)目：《數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》新課程建設(shè)研究（項(xiàng)目編號：A201628）

作者簡介：闕佳鴻（1987），漢族，四川，碩士，教師，助教，研究方向：交通運(yùn)輸。