基于通信網發展現狀的“通信網與交換技術”課程教學改革探索

摘要：“通信網與交換技術”是通信工程專業的主干課程，傳統的課程教學已難以適應通信網與交換技術的現狀與發展趨勢。文章分析了“通信網與交換技術”的現狀與發展趨勢，提出了當前課程存在的問題與不足，從教學內容、教學方式和課程考核評價幾方面探討了“通信網與交換技術”課程教學改革路徑，給出了教學改革的思路。教學團隊通過這幾年教學改革優化了教學內容，開展了基于長江雨課堂平臺的線上線下混合式教學，實施了貫穿整個課程過程的項目式教學方法，建立了注重過程的綜合考核評價體系。實踐表明，通過這些教改措施，較好地解決了理論知識與實際應用的銜接，激發了學生學習的積極性，培養了學生從事網絡通信規劃設計能力，進一步提高了人才培養質量。

關鍵詞：“通信網與交換技術”；線上線下混合式教學；項目式教學；考核評價

中圖分類號：TN91-4文獻標志碼：A

0引言

“通信網與交換技術”課程是通信工程專業的主干課程，這門課的前身是“現代通信網”和“現代交換技術”2門課程。通信網絡是由終端、傳輸設備和交換設備3大部分組成，交換技術是通信網的核心技術，基于通信網絡學習交換技術更容易理解交換技術原理與應用，同時鑒于通信網和交換技術2門課程的教學內容存在重復和交叉，因此將2門課程整合為一門課程。為了適應新時代通信工程專業培養應用型人才方案的建設需求和培養通信網絡規劃設計等能力的課程教學目標定位，結合通信網和交換技術的現狀與發展趨勢，教學團隊從優化教學內容、教學方式和課程考核評價幾方面進行教學改革探索。

1通信網和交換技術的現狀與發展趨勢

通信網根據網絡提供的主要業務和交換技術分類，典型網絡有公用電話交換網（PSTN）、移動通信網、互聯網、NGN網絡、物聯網、有線電視網、衛星通信網、X.25分組交換網、幀中繼網、數字數據網、ATM寬帶網等。中國在2010年已完成基于軟交換技術的NGN網絡替代基于數字程控交換技術的PSTN網絡；X.25分組交換網、幀中繼網、電路交換的數字數據網逐漸被基于IP技術的數據網絡通信所替代［1］；ATM寬帶網因ATM技術復雜且成本較高，直接支持的應用不多，實際上ATM只是在互聯網的主干網中應用過［2］；而基于IP的互聯網目前成為應用最廣、影響力最大的數據通信網，同時固定或移動電話網的核心網絡技術正朝著全面IP化方向發展［3-5］ ，基于IP的協議體系也是天地一體化網絡協議體系的發展趨勢［6］。

通信網的交換技術可以分為電路交換、分組交換、光交換和軟交換技術，其中分組交換技術又分為報文交換、X.25分組交換、幀中繼交換、ATM交換、IP交換等。電路交換是基礎，而基于IP技術的分組交換技術應用最為廣泛，軟交換技術是NGN網絡控制層的核心技術，光交換是高速光纖通信網的關鍵技術。

隨著三網（電信網、計算機網和有線電視網）融合的完成，三網已逐步整合成為統一的信息通信網絡，基于IP技術的互聯網是其核心部分，各種基于IP協議的業務能在不同的網絡上實現互通［7］。隨著IP技術的發展，通信網的主流交換技術已經從電路交換轉為分組交換，交換技術與路由技術的作用也逐漸趨同，同時網絡與交換技術的發展趨于融合［2］。國內一些高校已經開始將交換技術內容教學和通信網內容教學融合在一起講授［2，8］，以進行課程教學改革探索。

2傳統課程教學的不足

傳統的“通信網與交換技術”課程教學存在明顯不足之處，主要表現在教學內容、教學方式和課程考核評價幾方面。

21教學內容：跟不上主流“通信網與交換技術”現狀與發展趨勢

早期“通信網與交換技術”的主要教學內容如表1所示的教改前主要教學內容，其中1—9單元是現代通信網課程內容，10—15單元是現代交換技術課程內容。

從教改前的主要教學內容來看，明顯存在以下問題：（1）交換技術是通信網的核心技術，離開通信網去講授交換技術，只能講解一些交換技術的基本原理，難以深入分析交換技術在通信網中的工作機制及各種協議的相互作用過程，造成網絡與交換技術的割裂，與現在網絡與交換技術的發展趨于融合相背離。（2）通信網的主流交換技術已經從電路交換轉為分組交換，而分組的主流技術是關于IP數據的交換與路由技術。關于IP數據的傳輸、交換與路由，教學內容過于淺顯，且大多數通信工程專業的學生又未開設“計算機網絡”課程，造成分組交換中最重要和基礎的IP數據如何傳輸、交換和路由內容的缺失，導致學生對相關內容的理解不夠深入。（3）“通信網”課程中數據通信、計算機網絡和軟交換網絡等內容與“交換技術”課程的分組交換、軟交換相關部分，存在大量內容交叉和重復。

22教學方式：單一枯燥、不易理解

“通信網與交換技術”課程存在內容分散、概念過于抽象和術語多等現象，傳統的課程教學仍然采用以教師播放PPT和講解為主要手段，缺乏構建具體網絡的條件來進行實踐教學。例如講解計算機網絡相關知識時，一方面教材只介紹了計算機網絡一些碎片化的知識，未系統介紹數據端到端的傳輸思想、數據封裝和各種網絡技術的工作機制及它們在實際網絡中的相互作用過程等；另一方面沒有條件構建具體網絡進行實踐教學。根據課程實際學習反饋，學生無法接觸實際通信網進行操作、觀察和思考，在課堂上只能被動接受老師的技術講解，對通信網的組網設計、數據傳輸、各種交換或協議的工作機制等沒有感性認識，學生較難接受這種教學方法。

23課程考核評價：形式不夠全面

“通信網與交換技術”課程存在內容分散、專業名詞多、協議或交換等抽象的情況，傳統的課程考核評價側重期末試卷考試，主要考查學生對理論知識點的掌握情況，同時輔以平時作業、出勤和課堂回答問題等考核。這樣的考核評價，難以體現和達到課程的教學目標——培養學生具有從事通信網的基本規劃設計能力。

3課程教學改革

主講“通信網與交換技術”課程的教學團隊共有6人，其中副教授4人、講師2人，有通信企業工作經歷的有2人，平均年齡40歲，都具有碩士或博士學位。根據課程的教學目標、主流通信網的發展現狀與趨勢，教學團隊從以下幾個方面進行課程建設和教學改革探索。

31教學內容的優化

教學團隊對教學內容進行優化，如表1 所示。優化后的教學內容以網絡通信為重點內容，使學生能夠系統地掌握網絡通信、交換技術的基礎知識；培養學生的計算思維和從事網絡通信的規劃設計、配置和調試等實際應用技能，同時了解移動通信網、光纖通信網、NGN網絡、物聯網等主流網絡知識。

教學中將主要交換技術的工作機制融入通信網介紹，如電路交換工作機制放在電路交換網絡，分組交換技術如MAC幀放在以太網，IP分組交換與路由技術放在IP網絡互連機制等。非主流的交換技術和通信網如幀中繼交換技術、數字程控交換技術、幀中繼網等不再介紹。鑒于通信工程專業同期開設了移動通信課程和光纖通信課程，教學團隊將移動通信網、光纖通信網內容放在相應的課程中教學，同時提供資料介紹新技術如多協議標記交換MPLS、IMS技術等供學生課外閱讀。

實驗方面配套建設了“通信網與交換技術”實驗室，開展以網絡通信設計、IP分組交換與路由、網絡應用和網絡安全為主的系列實驗。實驗內容包括跨交換機VLAN配置實驗、三層交換機和路由器互連VLAN實驗、DNS域名系統配置實驗和防火墻配置實驗等。優化后的理論和實驗教學內容，更能體現當今主流的通信網和交換技術的發展現狀與趨勢，更能激發學生學習的積極性和興趣，更有利于本課程的人才培養目標實現。

32教學方式的改革

教學團隊主要從以下2方面進行教學方式的改革。

321基于長江雨課堂平臺開展線上線下混合式教學

結合課程特點和教學目標定位，教學團隊基于長江雨課堂平臺開展線上線下混合式教學，如圖1所示。其中慕課視頻有20多個，是由教學團隊精選并設計與相關重要理論知識配套的演示性實驗或微視頻案例，如網橋工作過程演示實驗、路由協議與動態路由項演示實驗、DNS演示實驗、DHCP欺騙攻擊演示實驗、防火墻演示實驗、上海洋山港無人碼頭物聯

網應用案例微視頻等。課堂上，課程內容講授以案例為主教學，構建實際應用的網絡環境，在此環境下討論網絡技術的工作機制、相關協議的工作流程及相互作用過程，從而較好地解決課程內容和實際應用的銜接。對一些重點網絡技術如以太網MAC幀的轉發機制，利用課堂時間進行視頻演示實驗講解，同時在課堂上進行組網設計、配置和調試的操作指導，培養學生操作、觀察和思考能力，使學生的動手操作能跟隨教學進度從開始貫穿到課程結束。

322貫穿課程教學過程的項目式教學方法

為了使學生深入理解網絡技術原理和具備從事較復雜網絡通信設計、配置和調試能力，采用貫穿課程教學過程的項目式教學。課程布置一個校園網設計項目作業，要求學生根據項目設計要求在課程結束時完成校園網設計。校園網設計項目的項目式教學，如圖2所示。學生在教師指導下，根據課程學習進度分4個階段完成相關部分設計、配置和調試，以實現項目的設計要求。通過這種項目式教學，學生不僅能夠更好地理解網絡技術原理，還能具備以實際設備為基礎進行企業網級別的網絡規劃設計、配置和調試能力。

以混合式和項目式教學為主，同時輔以系列的網絡設計、交換與路由等實驗內容，在實際網絡環境下討論各種協議的工作流程、各種網絡技術的工作機制及它們之間的相互作用過程，為學生提供完整、系統的網絡理論知識和實踐機會，教學方式具有直觀性和立體性，能激發學生更大的學習興趣。

33課程考核評價體系的改革

為了提高課堂教學效果和學生的參與積極性，體現課程的教學目標，教學團隊采用注重過程考核的綜合評價體系，設置相應的評價指標和權重，課程考核成績=平時過程考核成績（校園網設計項目15%+期中測試15%+單元作業10%+慕課視頻學習5%+問題討論5%）+期末考試成績50%，過程性考核成績合計占比50%。

通過近幾年注重過程考核的改革嘗試，學生的學習積極性和實際動手能力都得到了提高，學生更容易掌握完整、系統的網絡通信知識并具備從事實際網絡規劃設計等能力。

4結語

實踐表明，這幾年的“通信網與交換技術”課程的教學改革取得明顯的成效。近三年，多名學生先后通過了思科網絡工程師CCNA、CCNP技能認證、華為網絡工程師HCIA、HCIP技能認證；先后有多人畢業求職并獲得網絡工程師、信息安全工程師的崗位。

在本課程教學改革中，通過教學內容優化、線上線下混合式教學、項目式教學和注重過程考核的綜合評價體系建立，較好地解決了理論學習與實際應用的銜接，激發了學生學習的積極性，培養了學生從事實際網絡通信規劃設計、配置和調試能力?；诒菊n程，教學團隊將教學內容的設計和技能培養擴展到學生畢業設計、畢業實習和職業技能培訓中，滿足了應用需求，進一步提高了學生的職業技能和創新能力。

參考文獻

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（編輯沈強）