网络通信类课程的启发式教学研究与探讨

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摘要:网络通信类课程是广大理工类高等院校开设的专业主干课程之一,具有技术性较高、可扩展性较强等特点。本文以这类课程为对象,研究并探讨了如何充分发挥学生的创造性思维,灵活运用启发式教学方式进行教学。

关键词:网络通信;启发式教学;创造性

中图分类号:G642 文献标识码:A

1引言

启发式教学以其教学思想新颖、教学方法独特、教学过程灵活等特点,已经被广泛运用于高等院校的各门课程教学之中,并且取得了良好的教学效果。

一般而言,启发式教学具备以下三个特点:

一是强调学生是学习的主体。即以学习活动为基础,学生充当了学习的主体、认识的主体以及发展的主体,而教学内容则成为学习活动的客体。

二是强调学生在掌握基础知识和技巧的同时,能够充分锻炼思维能力。即在启发式教学方式下,学生需要通过主动学习、主动思考锻炼自己的独立思维能力,充分挖掘思维潜能。

三是注重教学方法和学习方法的有机结合。即启发式教学更需要教师采用各种灵活多样的教学手段,引导学生采用不同的学习方法思考问题。

可见,启发式教学能够培养学生主动学习和思考问题的能力。如何将启发式教学应用于高校网络通信类课程的教学中,并充分发挥其优势,将深邃的网络知识从教师的灌输转变成学生的主动学习和思考,从而达到良好的教学效果,成为一个值得研究与探讨的课题。

2网络通信类课程的主要教学内容与目的

网络通信类课程是技术性较强的课程,涉及到网络技术、通信技术、计算机技术等多方面知识,可扩展性较强。目前,从具体教学内容的安排上看,主要以各种网络体系结构和基本原理为主线,以网络分层模型、网络协议和网络技术为主要授课内容,重点阐述各种数据传输技术和交换技术,另外还涉及到一些相关的网络安全知识。

在以上涉及到的网络技术中,数据传输技术和网络交换技术是网络知识领域中最基本也是最重要的内容之一。

网络通信课程的教学目的是:让学生对通信网的体系结构有整体了解,掌握网络所用到的分层模型,主要为TCP/IP网络分层模型,之后需要对目前网络中常用的各种通信协议,如IP、TCP、OSPF等以及网络中涉及到的各种通信技术,如时分复用、波分复用、SDH/SONET等有较好的掌握,其中对一些基础通信技术必须重点掌握,并且要具备一定的思考能力及知识延伸能力。

3教师应具备的知识能力

在启发式教学模式下,教师虽然是客体,但是如何引导学生成功进入启发式教学模式环境,教师就担任了最重要的角色。引导成功,学生和教师就可以充分享受启发式教学的成效,否则就是一纸空谈。

讲授网络通信类课程的教师,不但要熟练掌握教材中的知识,更需要具备举一反三的能力,善于对书中的基础知识进行扩展,最重要的是随时把握网络技术领域的相关科技动态和发展前沿。网络技术领域所涉及到的知识面非常广,为了能够顺利进行启发式教学,任课教师必须做到以下四点:

一是熟练掌握授课教材中的所有授课内容,有能力把握要点和重点,将知识点进行有机的结合和归纳。

二是考虑哪些知识点具有可扩展性和扩展的必要性,对网络技术中具有可扩展性的重要知识进行扩展和深入,使学生循序渐进、由浅入深地掌握这些知识精髓。

三是要思考如何对这些知识点进行启发式教学,如何运用合理的方式引导学生主动学习和思考,让学生真正理解透彻并能够提出自己的看法和问题。

四是让学生及时了解科技前沿动态,把握此知识领域的研究现状和未来发展趋势,并培养部分热衷于该知识领域的学生具备一定的科研创新能力。

以上四点环环相扣、逐渐深入,能顺利实现最后一点,就能使启发式教学在网络技术课程中产生效果,并能够取得成果。

4启发式教学的运用研究

下面笔者就以网络技术课程中最重要也是最基础的两个知识点,即数据传输和数据交换为例,来阐述启发式教学的过程。

4.1数据传输技术的启发式教学

传输技术的启发式教学目的是,通过引导,使学生对通信网数据传输技术的原理有较深刻的掌握。

首先向学生介绍数据的信号表示方式:数字信号是由某种特定的编码方式编码后形成的,于是每种信号都将占用一定的带宽资源。现在假设A、B两人要利用一根传输线路进行通信,让学生思考可以采用多少种方法完成通信,这里可以提醒学生应该在带宽资源的分配和时间的分配两个角度进行思考。有部分学生会考虑到将时间分成若干时间片,A和B就可以轮流占用时间片进行通信,在每个时间片内完全占用通信线路的全部带宽;另有部分学生会考虑到将通信线路的带宽平均分配为两段,将A、B两人所需要通信的数字信号的带宽控制在每一段可用带宽之内,这样A、B两人就可以完全占用时间轴,而不用等待。这样,通过启发引导,学生就可以逐步了解数据通信的两种基本方式。之后,继续让学生讨论这两种传输方式的特点,思考两种方式的运用条件以及可以利用的网络环境。这样,虽然并没有主动讲授这两种通信方式即为目前世界通信网中最常用的“时分复用”和“频分复用”传输方式,但是学生已经对这两种方式的整个运作过程有了较深入的了解。此时就可以将传输技术应用到实际当中,介绍最常用也是当前世界上最先进的“波分复用”技术等知识,让学生对传输技术的原理、特点、传输技术的发展状况以及发展趋势有一个全面的了解和掌握,这样,启发式教学用于传输方法的目的就基本达到。

4.2数据交换技术的启发式教学

数据交换技术的启发式教学目的是,让学生在了解本技术基本原理的前提下,能对知识点进行扩展和深入研究,完成对本知识点的掌握。

首先需要向学生介绍交换技术中最基本的“线路交换”原理,重点放在其特点上,即必须建立连接以及保持连接,交换粒度很大,适合在网络链路状况良好的情况下传输实时性很强的业务,灵活性很差。接着讲解“报文交换”原理,同样重点强调其特点,即是无连接交换机制,交换粒度是整个报文,小于线路交换,但是一旦出现差错,整个报文需要重新传送,耗费很大。之后,引导学生思考这样的问题:如何在链路状况很差的情况下,更灵活地交换数据?让学生结合以上两种交换方式的特点进行考虑,这时,部分学生就会提出基于无连接的,采用粒度更小的交换模式,于是再引导学生将这样的小粒度交换模式具体化,这样学生实际上就已经对灵活度最高、可靠性最好的“分组交换”技术基本原理有了较好的认识。

在充分认识了三种交换技术的基本原理及特征之后,就需要对知识点进行扩展和深入。首先需要将交换技术从传统的电域扩展到光域,因为光域交换技术是目前世界通信领域的研究前沿和重点课题,很有必要向学生介绍。对这个知识点的扩展,重点强调电域中数据的传输链路主要是电缆等,而在光域中,数据不但被光波所承载,重要的是传输链路已经变成了光纤,其特性和电缆相比差别甚远,因此需要在这个知识点上进行详细讲解。当学生对光特性有了基本了解后,就可以引导学生走出课本,逐渐步入最前沿的交换技术研究领域。具体方法如下:

首先将“线路交换”的思想引入到光域中来,使学生充分了解“光线路交换”的基本原理和思想。同样,又可以将“分组交换”的思想引入到光域中,形成“光分组交换”的模式,并采用比较手段,让学生将电域和光域中的这两种交换模式从交换原理、交换粒度、灵活性等方面进行详细比较,使学生充分了解各自的特点和技术思路。此时可以提出问题:“光线路交换”的交换粒度很大,需要建立连接和保持,灵活性很差;而“光分组交换”虽然交换粒度最小,机制最灵活,但是完全可以进行全光处理、全光交换的路由器并没有研制成熟,因此目前的路由器必须采用光电转换等措施才能保证光信号能顺利通过,大大影响了交换速率,限制了网络带宽的提高。如何才能结合两种交换技术的特点,并根据数据分组的格式来研究出一种介于两者之间并符合实际情况,可以投入运行的交换技术呢?通过引导,部分学生就会提出:考虑将数据的交换粒度定义为这两种交换技术的粒度之间,并为每个光分组产生一个控制分组,对数据分组进行路由选择,在网络结点仅仅对控制分组进行光电转换,而数据分组就可以全光通过。这样做的优点就是:既增加了交换技术的灵活程度,又减少了光电转换时间,较大程度地提高交换速率。学生提出的这个问题,虽然存在不确定性、可行性等疑惑,但是实际上,他们已经步入了目前世界上最前沿的交换技术课题――“光突发交换”的技术研究领域!学生的这些想法,其实就是“光突发交换”技术的设计思路和主要特点。学生不但对数据交换技术有更深入的了解,还会提高科研兴趣。

这里,用两个例子来验证启发式教学的效果:一是笔者2007年指导的学生团队,以“光突发交换”技术为主要研究课题,获得“大学生‘挑战杯’科技作品大赛”湖北省三等奖;二是笔者2008年所指导的学生团队,以“光通信技术”为主要研究课题,获得“大学生‘挑战杯’创业计划大赛”湖北省二等奖,课题内容皆源于学生对光突发交换技术以及光通信技术的科研兴趣。

5启发式教学的运用探讨

为了更充分发挥启发式教学的作用,可从三个方面进行探讨:

(1) 知识点的选取。启发式教学可以运用于哪些知识点,如何分配教学课时以及如何具体实施教学方案,需要认真思考。

(2) 教学目的。启发式教学的运用目的是为了使学生

更深入地掌握知识点,还是对知识点的扩展,或是对知识点的深入研究?在有限的课时情况下,这些问题需要仔细思考和讨论。

(3) 启发式教学的运用时机。在学生对知识点掌握到一定程度时,采用启发式教学对学生的理解能力有很大影响,选取的时机过早会导致学生理解能力受阻,过晚会导致启发式教学效果不明显,因此教师应该思考并探讨其运用时机问题。

6总结

本文对启发式教学在高校网络通信类课程中的运用进行了研究和探讨,给出了基于网络通信类课程启发式教学方法的具体实施过程。以网络课程中最基本的两个知识点为例,具体说明了启发式教学的运用过程及注意事项,最后对启发式教学存在的三个问题进行了探讨,希望对网络通信类课程的启发式教学有一定的完善和促进作用。

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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; puter 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