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1、計算機人工智能識別技術應用瓶頸探析
2、計算機科學與技術的應用現狀與未來趨勢
3、計算機信息處理技術在大數據時代背景下的滲透
4、計算機基礎課程應用教學思考和感悟
5、中職中藥專業計算機應用基礎教學改革實踐
6、淺談虛擬現實技術在中職計算機基礎教學中應用的必要性
7、計算機圖像處理技術在UI設計中的應用
8、計算機生成兵力行為建模發展現狀
9、智慧檔案館計算機網絡系統方案設計
10、淺談如何提高計算機網絡的安全穩定性
11、計算機應用技術與信息管理的整合探討
12、計算機科學技術小組合作學習研究
13、計算機科學與技術有效教學策略研究 >>>>>計算機網絡和系統病毒及其防范措施畢業論文
14、互聯網+背景下高校計算機教學改革的認識
15、藝術類應用型本科高校"計算機基礎"課程教學改革研究
16、計算機技術在石油工業中應用的實踐與認識
17、計算機技術在電力系統自動化中的應用研究
18、微課在中職計算機基礎教學中的應用探析
19、課程思政在計算機基礎課程中的探索
20、計算機服務器虛擬化關鍵技術探析
21、計算機網絡工程安全存在問題及其對策研究
22、人工智能在計算機網絡技術中的運用
23、慕課在中職計算機應用基礎教學中的運用
24、淺析如何提高高校計算機課程教學效率
25、項目教學在計算機基礎實訓課程中的應用分析
26、高職計算機網絡教學中項目式教學的應用
27、計算機信息安全技術在校園網絡的實踐思考
28、大數據背景下的計算機網絡安全現狀及優化策略
29、基于計算機網絡信息安全及防護對策簡析
摘要:本文對“計算機網絡”課程的地位和作用、課程的歷史沿革以及“計算機網絡”課程建設實踐等幾個方面進行討論,最后探討了“計算機網絡”課程未來的發展。
關鍵詞:計算機網絡;核心課程;課程建設
中圖分類號:G642
文獻標識碼:B
1“計算機網絡”課程的地位和作用
計算機網絡課程是一門重要的專業基礎課。該課程的宗旨是使學生系統地掌握計算機網絡體系結構、核心概念和工作原理,掌握網絡協議的分析和設計方法,并對各種網絡技術以及網絡管理、網絡安全的基本原理、基本方法和相關技術有所了解,能夠開發網絡應用,使學生初步具有對計算機網絡進行分析、設計、開發、應用、維護和管理的能力。
國防科技大學計算機網絡教學伴隨計算機學院高性能計算機系統研制的不斷推進而發展。80年代初,為適應計算機網絡技術發展的需要,盧錫城、竇文華、龔正虎等幾位青年教師被學校派往國外一流計算機系作訪問學者,主攻計算機網絡。他們回國以后,立即參與銀河并行巨型計算機系統、銀河“玉衡”核心路由器以及高速交換機的研制工作,獲得多項國家級科研成果大獎。與此同時,高水平的計算機網絡教學如火如荼開展起來。
從1986年開始,計算機網絡作為主干課列入本科生教學計劃,教學大綱、教學內容、教材、實驗內容都瞄準國際一流水平建設,課程質量全面提升。90年代中期,網絡就是計算機成為共識,以因特網為代表的強大應用需求與自身一系列重大教學與科研工程的成功實施,使計算機網絡學科方向得到長足發展并成為計算機學院最主要的學科方向之一。
1997年啟動的“211工程”項目“軍用網絡與分布計算技術實驗室”建設,對提升本課程教學水平起到了重要作用。隨著“985工程”、“211工程”二期建設計劃的推進,該專業方向在師資隊伍、人才培養、科學研究、教學環境等方面呈現出鮮明的特色,整體水平在國內名列前茅,成為全國計算機網絡人才培養與科研的重要基地之一。
2002年,我們重新修訂了本科教學計劃,相關課程的教學大綱、教材建設、教學實驗等得到進一步規范,教學內容得到進一步拓展。2004年,我們率先在國內成立網絡工程系,設置網絡工程專業,使得計算機網絡的教學及教學管理提高到了一個新的層次,該專業首批本科學員已于2006年畢業。
目前,計算機網絡課程已經形成以高水平科研作支撐,教學科研相互促進;穩定的國際合作與學術交流,奠定逐步進入國際一流的堅實基礎;優秀的教學團隊,為課程改革創新提供人才支持的鮮明特色。2007年,計算機網絡課程被評為國家精品課程。
2“計算機網絡”課程建設實踐
(1) 以科研促教學,深化教學改革,培養高水平人才
我們將科研看作是提高教學質量的根本性途徑,積極引導和鼓勵教員申請國家和軍隊科研項目,幫助教員在優勢方向上開展深入研究。近5年來,以青年教師為主體的教學團隊承擔的代表性的課題包括國家自然科學基金4項、國家863課題3項、教育部博士點基金課題1項、總裝武器裝備預研課題2項,國防預研重點基金1項。通過從事高水平科研,教師適時將計算機網絡的最新的學術成果、最前沿的研究方向、個人的科研心得體會帶入課堂。教師在授課過程中適時采用科研中的案例,結合工程經驗講解原理,既擴展了學生的知識面,又使彌補了課堂教學的枯燥性,深受學員們歡迎。以高水平的科研促教學,教學與科研互為依托,相互促進,協調發展,亦確保了教學團隊的學術水平和教學水平不斷提升。年輕人才脫穎而出,蔡志平博士在網絡入侵檢測和預警研究上取得很好的成績,2006年獲得國家自然科學基金課題、湖南省自然科學基金課題各一項。蔡開裕副教授多年來參加“北斗一號”雙星定位信息處理分系統課題。朱培棟副教授一直從事網絡核心設備研制,先后有多個科研項目通過技術鑒定。
在計算機網絡課程教學上,我們緊跟國際權威計算機教學計劃,深化教學改革,以優勢學科和高水平科研為基礎,將本、碩、博三個層次統籌考慮,優化教學內容,構建實踐性教學體系,創新教學方法,不斷提高計算機網絡教學的教學質量,為軍內外培養了大量高水平計算機網絡方面的人才。
竇文華教授指導的博士生張鶴穎在計算機網絡權威學術會議SigCom’03發表學術論文“Design of Robust Active Queue Management Algorithm Based on Feedback Compensation”,這是我國在該會議上的第二篇論文,其研究成果對于推動網絡擁塞控制技術的發展具有重要的理論意義和應用價值,被提名參加2008年全國優秀博士論文評選。
(2) 加強國際合作和學術交流,努力提高人才培養水平
為了進一步培養高層次創新人才,我們積極拓展與境外大學的合作培養。2005年,學院在香港建立“國防科大/香港理工大學聯合實驗室”,多位博士生在香港開展高水平合作研究。李東升博士在計算機網絡國際頂級學術會議InfoCom’05上“FISSIONE: A Scalable Constant Degree and Low Congestion DHT Scheme Based on Kautz Graphs”。
2005年8月,盧錫城院士會同美國國家自然科學基金委員會計算機網絡部主任趙偉教授主持第三屆計算機網絡與移動計算國際會議(ICCNMC’05)。竇文華教授與四位頂尖計算機專家D. Towsley、J. Stankovic、L. Ni和張曉東教授一起主持網絡技術前沿主題會。近5年來,20多位海外知名計算機網絡專家到我院作學術報告,與本團隊開展廣泛的學術交流。徐明教授積極拓展無線網絡與移動計算方向,帶領科研小組在移動數據查詢、無線傳感器網絡、無線Mesh網絡等領域做出多項創新性研究,在EURASIP Journal Wireless Communications and Networking,IEEE Transaction on Wierless Communication,IEEE PerCom’06,MOM’06等國際知名期刊與會議上發表了一系列高水平論文;同時徐明教授應邀多次訪問澳大利亞國立大學、新南威爾士大學、香港理工大學、香港科技大學并做多場學術報告,與上述學校建立了穩定的合作關系,同時還擔任IASTED International Journal of Computers and Applications國際學術期刊編委。
(3) 注重師資隊伍建設,培養優秀教學團隊
我們積極瞄準計算機科學與技術發展前沿,遵循高等教育發展規律,依據計算機網絡課程及其相關課程的教學目標以及人才培養類型的多樣化對教師隊伍的需求,每年制訂明確的隊伍建設規劃,重點突出青年教師的培養計劃,實施青年教師科學、合理、有序的引進和培養,不斷優化教師隊伍的年齡結構、知識結構和學緣結構。
例如,我們積極鼓勵青年教師參加國際、國內全學術交流會議以及全國和全軍的教學研討,選派青年教師前往國際知名大學進行訪問和學習;如姚丹霖副教授、朱培棟副教授多次出訪海外,參加InfoCom’04、MSN’06、ICOIN’07等國際學術會議,并將于近期出國進行交流訪問。鼓勵任課教師承擔和參與相關的前沿性、基礎性的科研課題;我們積極主辦全軍院校計算機課程教學研討會,并主持其中的計算機網絡教學專題研討;積極參與計算機網絡工程專業學科建設規劃、校重點課程論證報告以及計算機網絡專業教學團隊申請與建設,開闊教師的學術視野,提高他們的學術水平和教學水平。
(4) 努力改進教學方式,不斷創新教學方法和教學手段
在“計算機網絡”課程教學方式上,我們除了注重課堂教學外,特別強調實踐性教學。同時,在課堂教學方面,我們不斷創新教學方法和教學手段。針對計算機網絡的重點和難點內容,我們提出并實踐了“自底向上”與“自頂向下”相結合教學法、自主研究式學習法案例教學法、案例教學法、圖形解析教學法、虛擬實驗先行教學法等方法,不斷提高教學效果和教學質量。另外,在課程教學過程中,我們采用Packet Tracer軟件來模擬跟蹤網絡報文經過路由器和交換機之后各個字段所發生的變化,讓學員直觀地了解和掌握了路由器和交換機對網絡報文處理的過程。
在教學手段方法,除了引入多媒體教學。另外,我們投入了大量人力、物力開發了計算機網絡課程輔助教學系統NetDemo。該系統以動畫為主,結合文字和圖片,將問題的提出、解決問題的方法以及具體協議的工作過程通過動畫生動形象地展現出來,這樣既提高了學生的學習興趣,又提高了教學效果。多年的教學實踐表明,使用輔助教學系統可以達到寓教于樂、事半功倍的效果。同時,動畫形式極大地豐富了教學手段、活躍了課堂氣氛,激發了學員主動思考和創造的熱情。
在課程綜合設計實驗中,我們通過布置實驗題目,讓學員用EtherPeek或Sniffer軟件實時捕獲各種網絡報文并對捕獲到的網絡報文進行分析研究,使學員更直觀地理解各種網絡協議和報文。
為了提高實驗室的利用效率,增強實驗的效果,我們提前將NetSim模擬軟件發給學員,先讓學員在模擬軟件NetSim上熟悉路由器和交換機的配置方法和過程,最后才讓學員到實驗室,在真實的路由器和交換機上進行配置實驗,這樣既提高了實驗設備的使用效率,同時也提高了學員實驗的效果。
為了使學員鞏固對重難點內容的掌握,我們開發了一套“計算機網絡試題庫”并分發給所有學員使用,每學完一章/節,學員可以自主組題對所學內容進行測試,以驗證知識點的掌握情況并加以鞏固。
為了提高學生學習的主動性,方便學生的學習,我們積極構建網絡教學環境,通過網絡教學平臺和交流平臺,課程的教學資料并進行網上答疑、作業上交與批改等。通過該平臺交流教學課件,并能夠通過該平臺進行輔導答疑、提交/批改作業、模擬考試等,該平臺業已成為學員們學習網絡課程的好工具。
(5) 加強實踐教學條件建設,不斷完善實驗體系和內容
實踐是創新的源泉,創新來源于實踐。為了培養學生的創新精神、創新能力以及團隊精神和組織能力,我們不斷加強實踐教學條件建設,不斷完善實驗體系和內容。我們開設了“網絡工程課程設計”、“網絡攻防課程設計”等綜合實驗課程,是國內最早開設計算機網絡綜合實驗的學校之一。
多年來,學校和學院對本科教學傾斜支持,教學設施與教學設備技術先進,配套齊全,教學實踐環境和實踐配套設備逐年加強,基本滿足了學員學習的要求。計算機網絡課程被學校列入“十一五”重點建設課程,有望學校投入更多的建設經費。
目前,網絡實驗室均面向學生全時段開放。實驗室共有微機1300余臺,專用于網絡實驗的Cisco 2600、Cisco 8540 SR等多功能交換機及路由器20余臺、各種防火墻近10臺,還實現了無線Wi-Fi組網覆蓋。此外,多種模擬仿真軟件用于課程實驗教學,部分優異生甚至在大學三年級就進入導師的課題,從事混合網絡、光交換技術、無線傳感器網絡等研究項目。
學校建有本科學員創新實驗基地支撐了部分優秀學員進行創新實踐活動。授課教室全部為多媒體教室,裝備有高亮度的投影儀、實物投影儀等,每位授課教師都配發1臺筆記本計算機。可以說,教學實踐環境和實踐配套設備基本滿足課程實驗和綜合性課程設計的需要。
2008年初,本科計算機網絡與信息安全實驗室將于建成并投入運行,該實驗室將支持本科階段所有的網絡相關課程,將完全滿足本課程本科階段及其他相關網絡課程的實踐教學需要。
通過實踐教學環節,絕大部分學員真正掌握了計算機網絡的基本知識,綜合素質也得到了整體提高,并能很好地應用到實際中去,同時也增強了學員動手操作學習能力,使他們畢業后能迅速適應崗位的需要,取得了良好的效果。通過加強實踐體系與內容設計,使學生在實踐中學原理、在實踐中長才干。
(6) 緊跟學科前沿,編寫優秀教材
本課程的教材建設始終堅持引進原版教材和自編教材相結合的原則。最初,直接采用英文原版權威教材,Andrew S. Tanenbaum編寫的《Computer Networks》。采用外文原版教材,有利于學員迅速進入學科前沿,還促進了學員英語能力的提高。
教學與科研相結合是培養高素質研究生的有效途徑。高水平的人才培養是通過研究生高水平的學術成果來反映的,高水平的學術成果主要源于大量的高水平的科學研究,而嚴格的教學環節在培養研究生扎實的學術功底、嚴肅的科學態度、創新性的思維,以及在產生高質量學術成果方面起到了一個關鍵的基奠作用。本文從研究生網絡課程教材體系建設中需要注意解決好的四個問題出發,討論計算機及相關專業碩士研究生網絡課程教學與教材體系建設思路、教材體系建設與教學方法改革問題。
1研究生“計算機網絡”課程教學與教材體系建設的指導思想
在研究生網絡課程教材體系建設中需要注意解決好四個問題。一是課程內容的先進性與前瞻性問題;二是研究生與本科課程內容的銜接問題;三是理論教學與能力培養的并重問題;四是自主學習和因材施教問題。
1.1課程內容的先進性與前瞻性問題
研究生的教育必須突出“研究”,教材要能夠反映學科前沿的研究成果與發展趨勢。一本好的研究生網絡教材或教學參考書應該是:在保持網絡理論體系的基礎上,跟蹤當前技術的發展,綜述最新研究的領域、課題、方法、成果與趨勢,讓讀者能夠直接了解當前研究的前沿問題、方法、進展與趨勢。
與傳統的數學、物理、化學學科相比,計算機學科應用性人才培養的要求更高,技術發展速度更快。而在計算機學科中網絡技術的發展與知識更新的速度尤為突出。因此,保持計算機網絡課程內容的先進性與前瞻性更為重要,也更加困難。因此要很好地解決這個問題,必須將教學與科研工作緊密地結合在一起,發揮科研教學團隊的作用,以高水平的科學研究支持高質量的課程與教學體系的建設。南開大學網絡實驗室在多年來一直注意開展以下幾個方面的工作:
(1)通過科研預研工作實踐,了解當前熱點問題的研究現狀與進展。
(2)跟蹤美國ACM和IEEE/CS最新制定的計算機學科課程體系,重視學術交流。
(3)跟蹤和瀏覽國外知名大學教學網站,研究和了解網絡課程教學內容、教材與主要參考書,以及作業與實驗、教學方法與教學過程控制方法改革的動向。
(4)選擇國際流行教材,分析如何處理新的技術發展與教學內容的關系,梳理技術的內在關系與發展主線。
(5)跟蹤國際知名網絡設備制造商與網絡軟件公司的研究工作,以及技術認證與考試內容的變化,了解產業界對技術與人才需求的變化。
(6)參與信息化規劃與建設工作,通過與產業界、政府各級管理人員的合作,了解我國信息化發展的現狀與社會對網絡人才的需求。
以上工作在我們把握研究生教材內容的先進性與前瞻性方面起到了重要的指導作用。
1.2本科與研究生課程內容銜接問題
計算機及相關專業的碩士研究生一般在本科階段都修過計算機網絡課程。同時,由于學生不是來自一個學校或同一個本科專業,所以學生在網絡技術方面的基礎差異很大。這個問題在研究生招生規模擴大后更為突出。教師很難在某個起點上安排教學內容。任課教師比較為難,照顧到基礎比較差的學生,基礎好的學生認為“吃不飽”;考慮到基礎比較好的學生,基礎差的學生反映“跟不上”。無論老師想什么辦法,都無法解決好這對矛盾。這是在很多大學都很普遍的問題。經過多年的實踐我們逐漸認識到:要保證教學質量,必須根據研究生培養目標,改變教學方法,強調“自主學習”和“因材施教”。要為實現學生的“研究”、“自主”學習和教師的“因材施教”創造條件,就必須從課程教學目標定位入手,研究本科與研究生教學一體化、理論教學與能力培養一體化的網絡教材體系。
1.3理論教學與能力培養并重問題
團隊成員通過總結多年指導研究生學位論文的體會認識到,學生的實際工作能力需要他們在參加科研項目和完成開發任務的過程中提高。在多年指導和審閱相關學科碩士與博士學位論文的過程中,導師們深刻地感覺到:有相當比例的研究生在本學科領域眼界不寬,網絡應用系統設計與編程能力亟待提高。如果能夠在他們準備學位論文之前認真地訓練這一方面的能力,那么他們的論文的研究深度與論文水平還能夠有較大幅度的提高。研究生能力培養可以通過網絡環境中的課題、大編程量的訓練來實現。提高網絡軟件編程的實際工作能力對于研究生今后的研究工作與就業將會有很大的幫助。而這些編程課題應該是由教學科研團隊從研究工作與開發的課題成果中提煉出來,將科研成果有選擇的轉化為“近似實戰”的研究生訓練課題。這種訓練對學生深入理解網絡原理與實現方法會有很大的幫助,對于日后的科研工作和提高學位論文質量也是很有益的。
1.4自主學習和因材施教問題
從研究生自身學習的角度應該強調“研究性”與“自主性”,學生應該變被動的“聽課、做筆記”轉向主動的、研究地學習和提高。從任課教師與導師角度應該強調“因材施教”。
從我們多年的教學經驗看,同一屆的研究生實際能力差異都很大。研究生教學更多的應該是根據不同的學生、不同的研究重點、不同的起點,有不同的訓練方案,不能沒有區別。導師的因材施教應該體現在:指導學生根據自己的基礎、研究方向,選擇不同類型、不同編程量,或不同的難度級的課題自主的完成訓練,循序漸進地提高實際能力。教師要做到這一點,需要做很多艱苦細致的工作和積累很多教學資料。經過10多年的積累與團隊成員的集體努力,我們初步完成了一些基礎性的工作。
研究生教材不應該僅是一本一學期使用的教科書,更應該是一本技術參考書,甚至是一本手冊。導師可以根據需要選擇教材中部分內容,作為基本的學習要求。學生學習的過程應該在導師的指導下有選擇地自學和閱讀,完成編程訓練。有些內容可能第一次僅僅是讀過和了解,如果今后科研、開發工作需要,可以再回過頭來繼續閱讀和參考。
為了適應研究生“研究性”與“自主性”學習的要求,我們設計的《計算機網絡高級教程》內容的覆蓋范圍寬,涉及當前網絡研究的多個領域;《計算機網絡高級編程技術》總的編程訓練量大,問題近似實戰,難度差異也比較明顯。為了有利于學生自主學習,我們對每個課題都提供了入門所需要的資料、工具與實現方法的范例,學生可以通過自學的方式完成訓練要求。
2 《計算機網絡高級教程》教材的編寫
研究生教材體系由《計算機網絡高級教程》與《計算機網絡高級軟件編程技術》兩部相互配套的教材組成。主教材《計算機網絡高級教程》重點討論了網絡研究的最新發展與研究的熱點問題,力求達到“反映計算機網絡前沿研究成果與發展趨勢”的要求。
《計算機網絡高級教程》分12章按網絡技術發展的三條主線討論了技術的演變與發展。其中:
第1章對網絡技術研究與發展的階段、重點問題和基本概念,以及各個階段的標志性技術作了一個概要的總結。
第2章討論了廣域網(WAN)技術的演變與發展趨勢。
第3章討論了局域網技術,尤其是對高速局域網(Gigabit Ethernet與10 Gigabit Ethernet)和無線局域網(WLAN)技術作了較為系統地討論。
第4章討論了城域網(MAN)概念的演變,以及寬帶城域網組建技術與接入網技術。
第5章對IPv4協議近年來的發展與演變過程作了較為全面地總結和討論。
第6章對IPv6的基本內容與應用方法進行了較為系統地介紹。
第7章對移動IP的基本概念與關鍵技術作了系統地介紹。
第8章對傳輸層分布式進程通信的概念,以及TCP、UDP協議進行了系統地討論。
第9章對應用層協議與Internet應用系統設計技術進行了系統地討論。
第10章對無線自組網絡(Ad hoc Network)與無線傳感器網絡(WSN)、無線網格網(WMN)的概念、特點、體系結構,以及關鍵技術的研究與進展作了比較全面地總結和介紹。
第11章討論了網絡安全與網絡管理技術。
第12章對國外大學與產業界在評價研究成果時常用的網絡性能分析開源工具、網絡模擬開源工具及其應用進行了系統地介紹。
在準備這本書的資料和寫作的過程中,作者有兩點體會最為深刻。一是盡管Internet技術與Ad hoc網、WSN、WMN在設計目的、應用的領域與技術特點上差異很大,但是在研究方法上基本上是相通的,并且在高層又都匯集到Internet之中。二是盡管作者認真地在這個領域已經工作了20多年,但是網絡技術發展得實在是太快了,個人的研究工作與閱歷不可能涉及到各個領域。個人與團隊的研究工作也只能是限制在網絡技術中的幾個比較窄的方面,深度也十分有限。因此在系統地總結網絡技術領域的研究與進展時感到難度很大。盡管也經常與同行交流和請教,仍然是力不從心。但是本著對學生學習負責的態度,還是堅持完成了寫作任務。這部教材應該說是匯聚了很多人的研究心血,作者只能是將個人能夠理解的部分按照自己的思路整理出來,以便讀者學習和研究。作者試圖在相關章節的后面注明某些研究工作總結與論文的出處,以及相關的參考文獻、文檔與標準,請有興趣的讀者自己去閱讀相關的文獻與標準。
3 《計算機網絡高級軟件編程技術》教材的編寫
高素質創新性計算機人才應具有較強的實踐能力。社會對網絡人才的需求十分強烈。但是真正懂網絡技術,能夠具備深入到網絡協議內部的高層次網絡應用系統設計和網絡軟件編程能力的軟件人才是非常缺乏的,也是社會急需的高級人才。研究生要能夠做出有自主知識產權、創新性的成果,就必須踏踏實實地苦練內功。編著《計算機網絡高級軟件編程技術》一書,是希望對高級網絡軟件人才的培養貢獻一點力量。
《計算機網絡高級軟件編程技術》的特點可以總結為以下幾點。
(1) 在總結了20多年科研工作經驗與研究生教學工作實踐經驗的基礎上,構思了教材的寫作思路與全書的內容結構。
(2) 參考了國內外知名大學網絡課程訓練與著名信息技術企業在員工網絡軟件編程訓練中的相關資料與文獻。
(3) 結合了網絡技術在Internet、無線網絡與信息安全等3條發展主線,總結提煉出22個網絡軟件編程題目。