摘要：針對國家培養(yǎng)卓越人才的計劃和實(shí)際需求，文章對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的內(nèi)容組織脫離實(shí)際網(wǎng)絡(luò)工程等不足進(jìn)行分析，給出具體的教學(xué)內(nèi)容和內(nèi)容組織方法。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)大連理工大學(xué)軟件學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程系課程體系的實(shí)際情況，結(jié)合理論課和專業(yè)課，提出網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、面向網(wǎng)絡(luò)安全和網(wǎng)絡(luò)工程的實(shí)驗(yàn)體系，論述其中的聯(lián)系和實(shí)施方法，具有一定的借鑒意義。
　　關(guān)鍵詞：理論結(jié)合實(shí)踐；卓越人才；雙語教學(xué)；網(wǎng)絡(luò)課程體系；層次培養(yǎng)；小組合作
　　
　　 基金項目：大連理工大學(xué)研究生院教改基金 (JP201006)。
　　作者簡介：孫偉峰，男，講師，研究方向?yàn)闊o線網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)格和云計算、網(wǎng)絡(luò)QoS等；姚琳，女，講師，研究方向?yàn)橐苿迎h(huán)境下的認(rèn)證、位置隱私等；夏鋒，男，副教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)镃PS、移動計算、社會計算、智能系統(tǒng)等。
　　
　　IEEE/ACM 在 CC2001[1]中將計算機(jī)學(xué)科分為4個領(lǐng)域：計算機(jī)科學(xué)(CS)、軟件工程(SE)、信息系統(tǒng)(IS)和計算機(jī)工程(CE)。國內(nèi)大部分高校的計算機(jī)學(xué)院(系)都選擇計算機(jī)科學(xué)(CS)的課程體系，偏向于培養(yǎng)理論人才，重理論輕應(yīng)用?！白吭焦こ處熃逃囵B(yǎng)計劃”[2]旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強(qiáng)國的戰(zhàn)略服務(wù)。因此，對培養(yǎng)理論和動手能力并重的工程師方案進(jìn)行研究探索，具有重要的意義和實(shí)際價值。
　　計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)發(fā)展成當(dāng)前計算機(jī)行業(yè)最廣泛的應(yīng)用，包括電子商務(wù)、Web、網(wǎng)頁搜索、IM即時通訊等，網(wǎng)絡(luò)系列課程是計算機(jī)專業(yè)的核心課程體系之一，具有聯(lián)系理論知識、并轉(zhuǎn)化為應(yīng)用的紐帶作用。本文以大連理工大學(xué)軟件學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程系計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程體系為依托，對面向培養(yǎng)卓越人才的網(wǎng)絡(luò)課程體系及教法進(jìn)行研究和探索。
　　1計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)內(nèi)容研究
　　1.1存在的問題
　　從理論課程內(nèi)容設(shè)置上，目前國內(nèi)外計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)都是以O(shè)SI 7層參考模型或TCP/IP 5層參考模型
　　
　　為主，自下而上地講解每一層的功能和應(yīng)用，并擴(kuò)展每一層上的實(shí)際協(xié)議和應(yīng)用。但這種方法過于偏于理論，脫離實(shí)際，無法適應(yīng)面向卓越工程的網(wǎng)絡(luò)課程體系知識的要求。即使網(wǎng)絡(luò)工程系的畢業(yè)生也反映對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)只掌握了理論上的幾層模型和協(xié)議名稱，卻沒有實(shí)際應(yīng)用和實(shí)際操作的體會，因此當(dāng)前問題主要是學(xué)生不能將實(shí)踐和理論結(jié)合。同時計算機(jī)技術(shù)特別是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速，單從教材上只能獲得成熟的但已“過時”的內(nèi)容，無法學(xué)習(xí)和了解最新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。這也是當(dāng)前計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)的一個不足。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)內(nèi)容存在的問題具體表現(xiàn)為：教學(xué)內(nèi)容陳舊、甚至于一些過時的技術(shù)如“令牌環(huán)、ATM”等技術(shù)還在作為主要教授內(nèi)容；新的技術(shù)如網(wǎng)格、云計算、3G/4G、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)等卻很少提及。
　　1.2解決方案
　　1) 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和組織方法。
　　在課程教學(xué)內(nèi)容上，以Internet為基礎(chǔ)的TCP/IP 5層參考模型為主，用《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：頂向下方法與Internet特色》[3](Computer Networking:Top-Down Approach[4])為主要教材，從上層到下層講述，并注重應(yīng)用層的作用，了解網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層與用戶應(yīng)用程序的區(qū)別和聯(lián)系。
　　
　　為拓展學(xué)生的知識面，簡要介紹最新的技術(shù)，如無線網(wǎng)絡(luò)，并啟發(fā)和介紹解決無線網(wǎng)絡(luò)中的高誤碼、突發(fā)丟包、易受干擾、信號不穩(wěn)定等問題的解決方法。技術(shù)專題則選擇計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的幾大難題和新興技術(shù)，如IPv6協(xié)議、移動互聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)格與云計算、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)性能評估等，將計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)重要領(lǐng)域方向的技術(shù)基礎(chǔ)、發(fā)展現(xiàn)狀和尚待解決的問題層層展開，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的研究興趣。
　　在具體教學(xué)內(nèi)容的組織上，以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展為主線，介紹各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)和替代原因、替代方法的解決方案。如IPv4地址的分類方法演變，從開始的RFC定義的地址兩階段分類，因IP地址不足遞進(jìn)到劃分子網(wǎng)的三段式分類；演變到可變長子網(wǎng)掩碼VLSM到域間無類別路由CIDR；遞進(jìn)介紹為解決相同問題的網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換協(xié)議NAT(網(wǎng)絡(luò)地址協(xié)議轉(zhuǎn)換協(xié)議NAPT)。討論上面替代方法的不足，介紹下一代Internet協(xié)議IPv6；還可以根據(jù)學(xué)生的興趣介紹網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的制定方法、制定機(jī)構(gòu)和制定過程；甚至根據(jù)學(xué)生的要求介紹網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中的一些分支，如中國提出的十進(jìn)制下一代網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IPv9。用這種組織形式讓學(xué)生將網(wǎng)絡(luò)的各個協(xié)議聯(lián)系起來，不再感覺網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)議多、雜亂、難記。相同的組織方法也可以用于網(wǎng)絡(luò)通信模型、滑動窗口協(xié)議、TCP的擁塞控制、路由算法的演變和改進(jìn)、網(wǎng)絡(luò)安全等內(nèi)容，在此不再贅述。
　　2) 案例式教學(xué)、互動式教學(xué)等多種教學(xué)方法的靈活選擇與綜合運(yùn)用。
　　在教學(xué)過程中要注重啟發(fā)學(xué)生的思維，利用實(shí)例和案例引導(dǎo)學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。從教學(xué)形式上要結(jié)合課堂教學(xué)、習(xí)題課、課后興趣組、答疑﹑質(zhì)疑等教學(xué)環(huán)節(jié)，引導(dǎo)和鼓勵學(xué)生通過實(shí)踐和自學(xué)獲取
　　
　　知識。在課堂中還可以采用問題驅(qū)動的教學(xué)方法，如為什么IP、TCP等協(xié)議的首部要有相應(yīng)的標(biāo)示位、為什么首部越小越好、數(shù)據(jù)包分組要選擇合適的大小等問題，引導(dǎo)學(xué)生帶著問題去學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率。
　　3) 從最新應(yīng)用和社會熱點(diǎn)進(jìn)行興趣性/啟發(fā)式教學(xué)，促進(jìn)自主式學(xué)習(xí)。
　　對于一些新的技術(shù)，特別是網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)展，向?qū)W生講解或由學(xué)生自己課余時間解決。如講到無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中介紹GPS、伽利略和中國的“北斗”等定位系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)；結(jié)合網(wǎng)絡(luò)游戲啟發(fā)保證網(wǎng)絡(luò)QoS的方法；結(jié)合谷歌退出中國內(nèi)地、搬遷服務(wù)器的現(xiàn)象引申網(wǎng)頁代理、網(wǎng)頁跳轉(zhuǎn)、DNS設(shè)置和工作原理的應(yīng)用；結(jié)合“西廂計劃”引出NAT/NAPT技術(shù)的不足和解決方法等。這些措施可以激發(fā)學(xué)生課后自主查閱資料、并跟蹤新技術(shù)。
　　除了以上提出的3點(diǎn)解決方案之外，還要結(jié)合實(shí)際情況，進(jìn)行雙語教學(xué)、課程群體系結(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建設(shè)和實(shí)施[5-6]。將實(shí)際操作留給學(xué)生去實(shí)行、探尋，鼓勵學(xué)生自己安裝路由器虛擬機(jī)(如華為H3C路由模擬器、Net flow流量監(jiān)測器、思科路由模擬器Cisco Packet Tracer等)進(jìn)行路由表的配置，提高學(xué)生動手能力，使學(xué)生更深入地理解計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，并為以后的課程和面向工程實(shí)踐的學(xué)習(xí)打下牢固的基礎(chǔ)。
　　2網(wǎng)絡(luò)課程體系現(xiàn)狀
　　2.1網(wǎng)絡(luò)工程系課程體系
　　除計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程外，大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)工程系的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程體系如圖1所示。
　　
　　
　　圖1大連理工大學(xué)軟件學(xué)院計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程體系結(jié)構(gòu)
　　
　　計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程體系包括網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計、計算機(jī)病毒和入侵檢測、網(wǎng)絡(luò)管理、信息隱藏、網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧分析與實(shí)現(xiàn)、路由與交換技術(shù)、密碼理論與技術(shù)、信息安全技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)等。以上課程以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程為基礎(chǔ)，以網(wǎng)絡(luò)安全和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)兩個分支分布，是網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)主干課程。其中左側(cè)5個課程是網(wǎng)絡(luò)安全分支，而右側(cè)5個課程是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分支。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的頻頻出新使得網(wǎng)絡(luò)使得信息快速傳播，將具體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐結(jié)合到理論課程上來顯得特別重要。以上的網(wǎng)絡(luò)方向?qū)I(yè)課程多數(shù)都有上機(jī)實(shí)驗(yàn)，除本門課程配有實(shí)驗(yàn)學(xué)時外，還有一門網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)課程。
　　2.2實(shí)驗(yàn)課程存在的問題
　　
　　網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，在這門課程的學(xué)習(xí)中，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證所學(xué)的理論，鞏固概念，開拓思路，提高分析問題、解決問題的能力，鍛煉心理素質(zhì)。由于網(wǎng)絡(luò)課程的特點(diǎn)，有些實(shí)驗(yàn)涵蓋面非常大，實(shí)驗(yàn)過程中很可能出現(xiàn)一些意想不到的問題，學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)和知識也將隨著問題的解決越來越豐富。從求職者的角度來說，除了自身的素質(zhì)需求外，還需要有較強(qiáng)的溝通能力、團(tuán)隊合作能力。通過分組實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生的團(tuán)隊分工和合作能力，也是課程、實(shí)驗(yàn)設(shè)計上所要考慮的方面。但是目前的課程體系仍存在一些問題。
　　從實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置來說，同理論課配套的實(shí)驗(yàn)課程一般只有12個學(xué)時，其中還有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是重復(fù)的。特別是網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)中一些基礎(chǔ)的抓包工具使用、設(shè)備配置方法，在各個網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)都要講到，實(shí)驗(yàn)課時少，且有大量的重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，不能得到較好的學(xué)習(xí)效果。因此，需要探索網(wǎng)絡(luò)課程體系中動手、實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)化，在與理論課程聯(lián)合的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課程的體系化改革研究，形成完整的實(shí)驗(yàn)課程和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系。
　　3卓越型網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程體系設(shè)計
　　面向卓越計劃的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程體系的實(shí)驗(yàn)課程包括網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)安全系列實(shí)驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)系列實(shí)驗(yàn)。網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)是基礎(chǔ)內(nèi)容，包括安裝、配置和操作簡單的路由局域網(wǎng)、路由廣域網(wǎng)，定義“簡單”網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容，如IP、IGRP、IPX、串行、Apple、Talk、幀中繼、IP RIP、IPX RIP、VLAN、以太網(wǎng)和訪問到表等。能夠使用網(wǎng)絡(luò)抓包工具wireshark/tcpdump，會登陸、配置路由器和交換機(jī)，會用Vmware等虛擬機(jī)配置網(wǎng)絡(luò)。
　　網(wǎng)絡(luò)安全系列實(shí)驗(yàn)內(nèi)容面向安全方面的實(shí)踐，可包括防火墻的配置、測試，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)病毒的檢測、端口和入侵檢測、密碼體系的工作原理實(shí)驗(yàn)、加密和解密實(shí)驗(yàn)；包括網(wǎng)絡(luò)攻防、蜜罐實(shí)驗(yàn)、木馬病毒、緩沖區(qū)溢出、IP隱藏和設(shè)置后門操作實(shí)驗(yàn)。
　　網(wǎng)絡(luò)技術(shù)系列實(shí)驗(yàn)注重網(wǎng)絡(luò)工程操作，內(nèi)容可包括初步安裝、配置和操作Cisco/H3C等路由器、交換機(jī)及簡單的LAN和WAN。學(xué)生可以在小型網(wǎng)絡(luò)(100或100以下個節(jié)點(diǎn))中安裝、配置和運(yùn)行LAN、WAN和撥號訪問業(yè)務(wù)。他們可以使用的協(xié)議包括(但不限于)IP、IGRP、OSPF、EIGRP、IPX、Serial、Apple、Talk、Frame Relay、IP RIP、VLAN RIP、Ethernet、Access Lists，并用多種方法提高網(wǎng)絡(luò)的QoS。以上3個課程體系都是以提高面向工程的實(shí)際動手能力為目標(biāo)，注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動手、操作、解決問題及團(tuán)隊合作能力。
　　卓越型網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)體系所包含實(shí)驗(yàn)內(nèi)容結(jié)構(gòu)及所處位置如圖2所示，網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)是基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括具體網(wǎng)絡(luò)設(shè)備識別和連接、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析工具wireshark的使用、 登錄交換機(jī)與VRP、配置交換機(jī)、配置VLAN配置 、登錄路由器與路由協(xié)議配置等。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)系列實(shí)驗(yàn)可包括、IPv4和IPv6組網(wǎng)互通、私網(wǎng)、局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)協(xié)議配置、NAT配置、MPLS實(shí)驗(yàn)、為提高網(wǎng)絡(luò)QoS所做的參數(shù)優(yōu)化和配置等。網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)則可包括計算機(jī)密碼學(xué)與應(yīng)用編碼實(shí)驗(yàn)、路由交換安全與VPN實(shí)驗(yàn)、防火墻實(shí)驗(yàn)、操作系統(tǒng)安全實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)掃描實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽實(shí)驗(yàn)、入侵檢測實(shí)驗(yàn)、計算機(jī)病毒/木馬實(shí)驗(yàn)、常用網(wǎng)絡(luò)攻擊技術(shù)與防范實(shí)驗(yàn)等。
　　4結(jié)語
　　我們從計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教材、面向卓越網(wǎng)絡(luò)工程師的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)內(nèi)容組織、面向卓越網(wǎng)絡(luò)工程師的網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程體系等方面提出了現(xiàn)有問題及解決方案，理論的研究以及先期工作的實(shí)施，對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)及實(shí)驗(yàn)體系設(shè)計有著借鑒作用。我們下一步工作將繼續(xù)完善面向培養(yǎng)卓越網(wǎng)絡(luò)工程師的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，并加以實(shí)施；進(jìn)一步將Cisco實(shí)驗(yàn)、物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)等加入到網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)體系結(jié)構(gòu)中。
　　
　　圖2工程型網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)體系結(jié)構(gòu)示意圖
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1] ACM/IEEE-Curriculum 2001 Task Force(2001). Computing Curricula 2