李冬霞，岳 猛，屈景怡，樊志遠(yuǎn)

(中國(guó)民航大學(xué)電子信息工程學(xué)院，天津300300)

“數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)”是我校通信工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)課，也是綜合性較強(qiáng)的一門(mén)課程，具有專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)多、概念原理抽象、內(nèi)容更新快以及應(yīng)用技術(shù)多樣等特點(diǎn)[1，2]。過(guò)去，我校將其視為一門(mén)通用課程，只強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等基本概念和原理的教學(xué)，而沒(méi)有突出其應(yīng)用背景的介紹。筆者在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，課程的零散知識(shí)點(diǎn)使學(xué)生不容易建立系統(tǒng)的概念，而且課程內(nèi)容與民航行業(yè)應(yīng)用相脫節(jié)。

在新一輪課程改革中，我們調(diào)整了課程定位，重新設(shè)計(jì)課程教學(xué)思路，強(qiáng)化了課程相關(guān)原理、協(xié)議以及技術(shù)對(duì)應(yīng)的特定應(yīng)用背景知識(shí)，緊扣民航應(yīng)用技術(shù)發(fā)展前沿，將科研成果實(shí)時(shí)引入教學(xué)，使學(xué)生能夠?qū)γ窈叫袠I(yè)應(yīng)用系統(tǒng)有所了解，以便將來(lái)更快地勝任崗位工作，滿(mǎn)足迅速發(fā)展的民航業(yè)對(duì)大量通信技術(shù)人才的需求[3]。

1 課程教學(xué)內(nèi)容的組織

“數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程最常見(jiàn)的教學(xué)內(nèi)容組織形式就是分層體系結(jié)構(gòu)，并有“自底向上”和“自頂向下”兩種教學(xué)模式[4]。筆者融合這兩種教學(xué)模式的各自?xún)?yōu)點(diǎn)，既強(qiáng)調(diào)底層實(shí)現(xiàn)技術(shù)，又關(guān)注高層應(yīng)用，選用文獻(xiàn)[1]作為教材;同時(shí)，考慮到通用計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的普及，以及我校通信工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生有較扎實(shí)的通信原理基礎(chǔ)理論知識(shí)的背景，依然采用“自底向上”教學(xué)模式。我們由“數(shù)據(jù)通信及網(wǎng)絡(luò)體系概述→物理層→數(shù)據(jù)鏈路層→網(wǎng)絡(luò)層→運(yùn)輸層→應(yīng)用層”的順序組織教學(xué)內(nèi)容，但是在關(guān)注各層具體功能與實(shí)現(xiàn)方法的同時(shí)，適時(shí)加入民航實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)，以應(yīng)用背景為驅(qū)動(dòng)，綜合所學(xué)理論知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

2 基于應(yīng)用系統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

2.1 總體教改思路

“數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)”課程的內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)有些零散，但可以圍繞計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分層體系結(jié)構(gòu)將其整合。民航系統(tǒng)中存在大量的地—空和地—地?cái)?shù)據(jù)傳輸，擁有許多類(lèi)型的通信網(wǎng)絡(luò)。如:X.25數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)網(wǎng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、飛機(jī)通信尋址報(bào)告系統(tǒng)(ACARS)以及航空電信網(wǎng)(ATN)等。如果將其引入課程教學(xué)，抽象的理論知識(shí)就可以具體化、形象化，再結(jié)合實(shí)際科研項(xiàng)目將其實(shí)現(xiàn)方法與步驟展示給學(xué)生，就可以很好地實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與行業(yè)應(yīng)用的無(wú)縫銜接?；诖?，筆者設(shè)計(jì)的課程教學(xué)過(guò)程如圖1所示。

圖1 課程教學(xué)過(guò)程示意圖

2.2 課程教學(xué)實(shí)例

ACARS系統(tǒng)是目前國(guó)際民航廣泛應(yīng)用的地空數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)，通常工作在甚高頻波段，用于飛機(jī)與地面之間的實(shí)時(shí)雙向數(shù)據(jù)傳輸，可實(shí)現(xiàn)航空公司、空管部門(mén)等地面用戶(hù)對(duì)飛機(jī)的運(yùn)行管理與控制。由于A(yíng)CARS系統(tǒng)報(bào)文中含有許多重要的數(shù)據(jù)信息，所以該系統(tǒng)是當(dāng)前民航領(lǐng)域在用的重要通信系統(tǒng)。這里以ACARS引入課堂教學(xué)為例，闡述課程教學(xué)的具體實(shí)施過(guò)程。

(1)基本知識(shí)點(diǎn)的講述及分層歸納

“數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)”課程包含數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)部分的教學(xué)內(nèi)容，具體包括信號(hào)傳輸特性、傳輸介質(zhì)、數(shù)據(jù)編碼、差錯(cuò)檢測(cè)與控制、接口特性以及多路復(fù)用等。這些內(nèi)容分布在不同的章節(jié)，比較分散，初學(xué)者不容易整體把控。如果我們將其與網(wǎng)絡(luò)層次體系相對(duì)應(yīng)，就可實(shí)現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)分層歸納和對(duì)比講解，如差錯(cuò)控制屬于數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)的功能，而編碼與調(diào)制、接口特性屬于物理層實(shí)現(xiàn)的功能等。

(2)引入ACARS系統(tǒng)

學(xué)生有了數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)部分相關(guān)知識(shí)之后，教師立即將ACARS系統(tǒng)引入課堂教學(xué)。在簡(jiǎn)單介紹ACARS系統(tǒng)功能及在民航中的應(yīng)用之后，重點(diǎn)說(shuō)明ACARS系統(tǒng)中所包括的課程所學(xué)知識(shí)點(diǎn)。比如，ACARS數(shù)字信號(hào)采用MSK調(diào)制方式，上下行報(bào)文按照字符形式裝配，其中的接收地址與發(fā)送地址由飛機(jī)標(biāo)識(shí)碼表示[5]，差錯(cuò)檢測(cè)方式為循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC)，多路訪(fǎng)問(wèn)采用非堅(jiān)持-載波偵聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)(CSMA)機(jī)制。

為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸，ACARS系統(tǒng)采用停等ARQ方式。表1給出了兩者部分知識(shí)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。結(jié)合實(shí)際民航數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，學(xué)生對(duì)于所學(xué)的抽象的理論知識(shí)不再感到遙不可及，而是實(shí)實(shí)在在存在于應(yīng)用系統(tǒng)之中。

表1 ACARS系統(tǒng)中使用的部分技術(shù)與課程知識(shí)點(diǎn)

(3)科研項(xiàng)目引入教學(xué)

教師隨后可將相關(guān)的科研項(xiàng)目介紹給學(xué)生。筆者曾參與完成ACARS系統(tǒng)仿真項(xiàng)目，教學(xué)過(guò)程中除了通過(guò)圖片、圖形或者動(dòng)畫(huà)等形式介紹項(xiàng)目背景，展示相關(guān)的研究成果外，還將部分實(shí)現(xiàn)方法和開(kāi)發(fā)流程介紹給學(xué)生。比如，該項(xiàng)目仿真軟件編程語(yǔ)言采用 C#，開(kāi)發(fā)平臺(tái)為 Visual Studio 2008。模擬ACARS系統(tǒng)手動(dòng)發(fā)送報(bào)文功能的流程以及相應(yīng)的功能函數(shù)說(shuō)明如圖2所示。除了課堂教學(xué)外，部分小的功能模塊(如CRC碼的實(shí)現(xiàn))可直接讓學(xué)生參與實(shí)踐，課后再讓學(xué)生參觀(guān)實(shí)驗(yàn)室和研究基地。通過(guò)了解科研項(xiàng)目，學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解會(huì)更加透徹，不僅明白所學(xué)知識(shí)用在哪里，如何重要，而且也知道在工程上如何實(shí)現(xiàn)，這很容易激發(fā)他們對(duì)科研工作的興趣。

圖2 ACARS系統(tǒng)手動(dòng)發(fā)送報(bào)文設(shè)計(jì)流程及功能函數(shù)

3 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)“數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)”課程教學(xué)現(xiàn)狀，提出了面向民航應(yīng)用系統(tǒng)的課程教學(xué)設(shè)計(jì)思路，并以民航ACARS數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)為例，說(shuō)明在課程教學(xué)過(guò)程中如何適時(shí)引入實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)和科研項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)內(nèi)容與行業(yè)的緊密結(jié)合。實(shí)踐表明，這一方式注重知識(shí)的實(shí)用性，受到學(xué)生的普遍歡迎，取得了較好的教學(xué)效果。

[1]Stallings William.Data and Computer Communications 8th Edition(影印版)[M].北京:高等教育出版社，2007.

[2]謝希仁.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)[M].第五版.北京:電子工業(yè)出版社，2009.

[3]劉穎，張宏科，陳后金等.通信工程特色專(zhuān)業(yè)改革探索與實(shí)踐[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32(3):103-105.

[4]王濤，吳振強(qiáng)，任平安.自頂向下還是自底向上?——論計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理課程教學(xué)模式.計(jì)算機(jī)教育[J]，2011(24):65-68.

[5]Arinc.Air/Ground Character-oriented Protocol Specification.Aeronautical Radio，Inc.Arinc Specification 618-5，2000.