在职工程硕士高级计算机网络教学建设

　　1 背 景
　　随着计算机技术和计算机网络技术的发展，使得信息快速传播。互联网+是创新2.0 下的互联网发展的新业态，是知识社会创新2.0 推动下的互联网形态演进及其催生的经济社会发展新形态。互联网+是互联网思维的进一步实践成果，推动经济形态不断地发生演变，从而激发社会经济实体的生命力，为改革、创新、发展提供广阔的网络平台，而这种互联网+的思想应用于教育教学上，则可以具体对应上MOOC (MassiveOpen Online Course， 慕课) 和SPOC (SmallPrivate Online Course，小规模限制性在线课程)。在教学教法上，将具体网络应用和网络资源结合起来充分利用，可以提升教学效率和效果，目前也有一些基于MOOC 和SPOC 的教学教法研究。而研究生教学，特别是在职研究生教学，则更适合应用这种互联网+的教育教学模式。通过互联网+的方式完善专业学位研究生教学模式，让学生完成学校的教育之后能够在实际工作和科研工作中快速上手，对培养学生动手能力和理论结合实践能力有着巨大的意义。通过理论学习和实际环境的操作，还可以激发学生的科研创新能力，进一步提升研究生培养质量。
　　2 互联网+模式下的课程组织模式
　　对于研究生课程设置来说，有不少基础课程都和本科生本专业的课程内容有重合。以大连理工大学软件学院的工程硕士课程为例，高级计算机网络高级数据库高级软件工程算法导论高级操作系统就同本科生软件工程专业的计算机网络数据库系统软件工程数据结构与算法操作系统在内容上有重合。有些基础内容是本科阶段已经讲授过的，导致学生会觉得奇怪，研究生的课程和本科生课程到底有什么区别，这些课程和本科一样?以高级计算机网络为例，在脱产的双证研究生班上课时，就有学生在问高级计算机网络高级在哪里。在这种情况下就需要教师合理组织课程内容，既要抓住课程的核心知识点，又要从更深层次的角度进行导引。
　　2.1 脱产硕士生的课程组织研究
　　网络课程中的主体内容是重复的，特别是网络中的一些基础概念和协议，在各个网络课程中都要讲到，且有大量的重复性教学。重复的教学不能得到较好的学习效果。就如同之前我们曾提到过的，研究生的高级计算机网络教学可以考虑从技术发展的主线来整理。例如应用层各个协议的发展，HTTP 协议从non-persistant HTTP到persistant HTTP，从只支持单对象到支持多个对象;从FTP 的PORT 传输模式到PASS 模式的改变，Email 客户端从POP3 协议的普及使用到IMAP4 协议的普及使用。应用层每一个技术的发展都是从具体应用需求提出的，启发学生思考Killer Application 促进技术发展的重要性。对于其他偏向于协议改进的层次，如传输层来讲，除了TCP 和UDP 的基本理论，还可以介绍TCPng-SCTP、TCP 拥塞控制的具体各种改进协议，针对UDP 协议的拥塞控制协议DCCP等。对网络层则从IP 地址不足的角度介绍分类别IP 地址、VLSM、CIDR、NAT、IPv5、IPv6、IPv7 等，当然对于下一代的IP 协议还是以IPv6协议作为重点介绍，说明IPv6 同IPv4 相比增加或减少的功能及原因;数据链路层则可以从CSMA 系列展开， 如CSMA/CD、CSMA/CA、CSMA/CN、CSMA/CP 等。
　　以上的内容都需要学生利用课下时间通过Internet 找相关的文章和素材，提前准备，方便课上介绍和讨论等。至于其他的网络新技术，如无线网络、网络安全、网络管理、光网、量子通信网络等，则更是需要利用Internet 查阅相应的材料。探索网络课程体系中网络资源的系统化、网络教学模式，利用网络资源进行教学模式的创新，完善网络课程组织方案。
　　但是这些组织方法只适合于本专业、本科学过计算机网络及相关计算机科学技术系课程的研究生，对于在职的工程硕士，则无法直接从系列技术的分析和技术的延展进行组织，需要其他的组织方案。
　　2.2 在职工程硕士的课程组织研究
　　在职工程硕士来自于不同的专业，不同的班级又是不同的情况。以笔者今年上半年上的3 门在职工程硕士的高级计算机网络为例，大连半脱产2016 级，56 人，每周二、四、五上课，每周7学时，上3 周半;大连在职2016 级班，50 人，每周六晚上上课，每次4 学时，上8 周;营口在职2016 级(AS)班，74 人，周四至周日上课，每天412 学时，4 天上课。3 个班不同的人数，不同的上课强度，不同的基础。其中，大连半脱产2016 级的学生虽然不是全日制学生，但是上课的时间集中，同全国统考的硕士生上课形式类似，且周末也会集中上课，2 年的研究生课程会在一年以内完成，所以本文还是把这类班级归到在职工程硕士一类。
　　基本每个班有一半或一半以上的学生曾经是其他专业的，包括英语、化学、材料、会计等，质量参差不齐，没有办法以上一小节的内容组织教学内容，需要新的教学方法。
　　除了让学生课后找相关资料外，在这种类型的班级里笔者采用了问题驱动的方法，在3 个班级里都获得了一定的效果。
　　(1)举一个曾经用过的计算机网络试卷，提前通过网站、QQ 群、微信圈子等方法分发给学生。要求每位学生在课上回答一个问题，以完成课程参与度的分数(一般为20%)，在学生回答题目的基础上做知识点的展开。让学生自己或通过班级QQ 群、微信圈子里找其他人询问、讨论，是一种自学或学生互相之间讨论的方式。特别是学生互相之间讨论的方式，可以激发学生以P2P 的方式询问和解答问题，解决教师作为服务器的瓶颈问题，加快讨论速度和效果。
　　(2)以课件的outline 页为引导，鼓励学生自己论述某个技术，在某位学生说过后，再进行必要的补充，由学生选择所在某一层次的技术讲解的先后顺序。这种对某个技术的论述，也可以作为参与度分数的评判标准。
　　(3)在主体内容完成后，提出问题让大家讨论，给有基础的学生更高的讨论。当然讨论的问题也可以用于脱产的研究生课程上，这种问题除了细节外，还会多一些分析或思考。
　　① UDP 头、IPv4 头、IPv6 头中都有totallength 或payload length 字段，但是在 TCP 头中为什么没有相应表示segment 长度的相应length字段?
　　② UDP 头、IPv4 头、TCP 头中都有InternetChecksum 字段， 但为什么IPv6 没有校验和字段?
　　③ 在常见的头中，都是源地址在前、目的地址在后，如TCP 头和UDP 头中都是源Port 在前，目的Port 在后;IPv4 头和IPv6 头中都是源IP 地址在前，谜底IP 地址在后;但在Ethernet帧或802.3 帧结构中却是目标MAC 地址在前，源MAC 地址在后。
　　④ token ring 的效率理论上要比CSMA/CD高得多，为什么没有使用token ring ?为什么WLAN 中的MAC 地址会多于两个?
　　其他的一些常见的讨论，如为何IP 地址和MAC 地址可以共存，CSMA/CD 为什么不能在无线网络中使用，TCP 在有线网络中的拥塞控制方法为什么在无线网络中不适用等。
　　在本次3 门在职工程硕士的高级计算机网络课程中，通过这些方法的使用，明显感觉学生的参与度要好，课上及课间的参与度大大提高，特别是在课下与教师的交流和探讨问题的频率和次数要大大增多。还有学生因为出差错过了一次课程，在考试结束后，还专门约时间单独补上错过的课程内容。
　　整体来说，这种组织方法提升了在职研究生培养质量，利用Internet 环境和资源，进行科研与教学相融合的人才培养模式研究与资源实践的探索，为以后进一步优化教学组织方法、培养研究生教学模式提供参考。
　　2.3 实验课程材料的组织
　　理论和实践结合，一方面要求对于实际问题能够进行整体把握、进行系统分析，另一方面要求学生对于实际问题能够通过实验建立相关的概念模型、数学模型或解决方案等，以准确描述具体的实际问题。课堂教学与实验教学是分离的，课堂教学处于主导地位，实验处于辅助地位。课堂教学具有非常鲜明的灌输特点，不太强调学习者的内在条件，学生只是接受者的角色，长期下去，学生很难学会学习。理想的学习方法应强调学习者的主导作用，在计算机教育实践中，要求将课堂教学与实验教学合二为一，互为补充。强调教师的责任是为学生提供丰富的学习环境，其显著特征是基于问题的学习和训练学生的批判思维，利用各种工具辅助教学，这些工具将和各个抽象层次的可视化支持结合起来。在实际教学过程中，给定一个编程任务，提供学习环境和背景知识;将课堂教学和实验有机地结合起来，要求教师把主要的精力放在学习环境的构建上，将学习的主动权还给学生。特别是对于在职工程硕士来说，很少有机会做配套的实验，只能从原理和步骤及他人视频上做一些了解，这就需要学生通过Internet 使用优质的教育资源，不再单纯地依赖授课老师去学习知识。研究生在宿舍或者课余时间就能完成知识的学习，课堂变成了老师与研究生之间和研究生与研究生之间互动的场所，包括答疑解惑、知识运用等，从而达到更好的教育效果。进行实验的远程模拟部署和录像演示并可以远程访问，以此让对课程感兴趣的研究生随时随地进行远程学习。
　　3 分类教学网站的设计和实现
　　对于教学网站的设计，课件分享和组卷、自动评分系统都已有一些研究，比如在林桂亚等的工作中，根据学生频繁使用手机这一趋势，结合教学环境和教学改革情况，建立了基于WAP的课程教学网站。吴巧玲等 研究了主观题自动评分系统的实现，系统采用自然语言理解，并依据CNKI 的知识库来作为自动评分的依据，实现了分类教学网站的设计。
　　网站的访问者分为两种，一种是游客，另一种是注册用户。游客与注册用户共有的功能是搜索与观看视频，注册用户有修改个人信息、评论以及查看评论等功能。网站的维护者是管理员，管理员负责推荐信息管理、视频管理、评论管理以及账户管理等。网站的核心功能在于视频管理和评论管理，学生可以作为访问者观看网站视频，并可以用提交评论的方式与其他网站访问者交流或分享学习心得。网站用JSP 和MySQL 数据库等相关技术进行了实现，目前已经在教育网内部进行了使用。
　　4 教学效果和总结
　　2016 级3 个班是使用了在线视频网站的，而之前2 个2015 级的班级并没有使用该系统。特别要说明的是，2016 级大连半脱产和16 级大连在职的两个班的开卷形式是一本书开卷，即学生只能带纸版的参考材料;而2015 级的三个班及2016 级营口在职班的考试形式是全网开卷，即学生可以用电子版和纸版的参考材料。
　　从成绩上可以看出，2016 级大连半脱产和2016 级大连在职在实行改进教学方法后平均分都有了很明显的提高，同时80 分以上优秀的学生比例也提高了。即使他们面对的参考资料只是纸质的材料，没有电子材料的快速查找功能，他们的成绩相对来说也与之前的对应班级有比较大的提升。而与此相比，营口2016 级的成绩则变化不大，由于2016 级营口班级上课时间比较短，上课期间也没有办法严格要求学生在线学习，同时留给学生网上学习的时间也比较少，造成只有少数学生认真使用了学习系统，所以在总体成绩与往年没有大的提高。但从2016 级2 个大连班的情况看，成绩比2015 级的3 个班级，特别是比2015 级的大连脱产和在职班的成绩有提高很多。统计结果说明，经过改进的教学方法确实提高了学生的学习热情和效率。
　　随着互联网技术的快速发展，互联网+等技术活跃地应用在教育教学方面，并体现出良好的效果。笔者将互联网+教育教学模式应用于在职研究生教学中，提出了3 种不同的在职工程硕士的课程组织模式，具体分析了每一种组织模式下互联网+教学模式的具体实现方式。最后提出了一种分类教学网站设计和实现的方案，给定了网站设计的目标和网站的基本功能，并实现了诸如视频管理、评论管理、用户个人信息管理等大部分核心功能，并在教育网内部进行使用和测试，获得学生的广泛认可，加强师生之间的互动，提高学生的学习热情，收到良好的效果。下一步工作是继续完善分类教学网站更多的功能，并在互联网上推广使用。同时，我们也需要注意到，仅仅是新技术的使用并不能提高教学效果和学生成绩，课程时间持续跨度、留给学生消化理解的时间也是一个很重要的因素，如何平衡在职工程硕士的上课时间和学生本职工作时间，也是一个需要解决的问题。