研究生網(wǎng)絡(luò)仿真優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)的創(chuàng)新實踐

任智+姚玉坤+雷宏江+張?zhí)祢U

[摘 ? ?要] ? ?研究生優(yōu)質(zhì)創(chuàng)新課程建設(shè)作為研究生教學(xué)質(zhì)量工程的重要舉措，對增強研究生的創(chuàng)新能力，深化研究生教育改革，提高研究生培養(yǎng)質(zhì)量，培養(yǎng)高層次、高素質(zhì)的創(chuàng)新型人才具有重要意義。本文總結(jié)了重慶郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院研究生 《網(wǎng)絡(luò)仿真》創(chuàng)新型優(yōu)質(zhì)專業(yè)課程建設(shè)項目實施中對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式與教學(xué)手段的創(chuàng)新實踐以及該課程在著力培養(yǎng)研究生科研技能方面取得的良好效果。

[關(guān)鍵詞] ? ?通信網(wǎng)絡(luò);仿真技術(shù);創(chuàng)新課程;實踐教學(xué)

[中圖分類號] ? ?G642.0 ? ? ? ?[文獻標志碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號] ? ?1005-4634（2014）06-0081-02

隨著通信網(wǎng)絡(luò)相關(guān)研究的深入和實際應(yīng)用的普及，如何具體實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信機制并定量評估網(wǎng)絡(luò)性能受到科學(xué)技術(shù)界與工程界的日益關(guān)注和重視，工程界對掌握通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)和評估技術(shù)的創(chuàng)新型人才的需求也不斷增加。重慶郵電大學(xué)作為一所以信息與通信工程學(xué)科為主要特色的業(yè)內(nèi)知名高校，為了配合通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，對研究生進行針對性強、效果顯著的理論和實踐相結(jié)合的課程教育，從2011年春季開始在通信與信息工程學(xué)院開設(shè)了《網(wǎng)絡(luò)仿真》研究生限選實驗課程。

1 ? ?課程教學(xué)目標

《網(wǎng)絡(luò)仿真》課程為碩士研究生專業(yè)課，通過理論講授與堂上操作相結(jié)合、邊講邊練的教學(xué)方式，使研究生熟悉以網(wǎng)絡(luò)仿真為手段的專業(yè)網(wǎng)絡(luò)研究技術(shù)，主要培養(yǎng)研究生掌握使用OPNET等仿真軟件對通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)進行建模與仿真的具體方法和仿真操作動手能力，為后期進行理論研究或從事通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)方面的應(yīng)用開發(fā)工作打下必要的技能基礎(chǔ)。

通過學(xué)習(xí)本專業(yè)課程使學(xué)生了解通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)（數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)、有線網(wǎng)絡(luò)/無線網(wǎng)絡(luò)、單跳網(wǎng)絡(luò)/多跳網(wǎng)絡(luò)和IP網(wǎng)絡(luò)/非IP網(wǎng)絡(luò)等類型）建模與仿真的基本知識和技術(shù)發(fā)展方向，掌握通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)的建模方法和仿真技能，熟悉建模和仿真實現(xiàn)中各個結(jié)構(gòu)層面的機制、算法和協(xié)議，培養(yǎng)研究、設(shè)計和驗證通信網(wǎng)絡(luò)及其中各種算法、協(xié)議的運行性能所需的思路和能力[1]。

2 ? ?課程建設(shè)的“三個創(chuàng)新”

本項目以“三個創(chuàng)新”為突破口，從課程內(nèi)容、教學(xué)方式和實驗平臺三個方面入手實施對《網(wǎng)絡(luò)仿真》研究生課程的改革與建設(shè)。

2.1 ? ?教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新

隨著通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和仿真技術(shù)的飛速發(fā)展，新型的通信網(wǎng)絡(luò)和仿真平臺不斷涌現(xiàn)。為適應(yīng)這種發(fā)展趨勢，本課程緊跟技術(shù)發(fā)展的前沿，盡力準確地把握其發(fā)展方向，由課程組老師把學(xué)到的和在科研實踐中掌握的最新技術(shù)，及時有效地組織和編寫到《網(wǎng)絡(luò)仿真》課程的教學(xué)資料中。具體地，編入了以無線自組織網(wǎng)絡(luò)為特色并包括泛在網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)的最新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和當前的主流仿真技術(shù)，如OPNET、NS2、MATLAB等，力爭能夠反映通信網(wǎng)絡(luò)及其仿真領(lǐng)域的最新技術(shù)成果，在教學(xué)資料的內(nèi)容上努力創(chuàng)新。另一方面，教學(xué)內(nèi)容上除了在課堂教學(xué)中加深學(xué)生的工程技術(shù)性概念外，還著力加強他們在實驗方面的訓(xùn)練，努力培養(yǎng)其在網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用中解決實際問題的能力。

2.2 ? ?教學(xué)方式創(chuàng)新

傳統(tǒng)的授課方式是老師講、學(xué)生聽并按要求按部就班做，單方面被動地接受知識，課堂氣氛不活躍，互動性差，學(xué)生學(xué)習(xí)主動性不強。針對此問題進行了教學(xué)方式改革，首先是課程的32個學(xué)時全部在實驗室完成，其次是利用在實驗室上課的優(yōu)勢和便利條件再采用一些與傳統(tǒng)教學(xué)方式相結(jié)合的方式，如啟發(fā)互動式教學(xué)、專題討論、部分內(nèi)容由學(xué)生講解和演示、學(xué)生模擬然后由老師驗證、評判等等;并將經(jīng)典的仿真軟件和最新的仿真軟件結(jié)合在一起進行介紹，對同一個問題從多方面進行思考并尋求盡可能多的解決方法，加強與學(xué)生的交互，請學(xué)生進行編程講解，啟發(fā)學(xué)生思考并進行相關(guān)互動討論，完成知識的自然過渡和延伸，有效提高學(xué)生對新知識的理解和接受能力。

在課程考核方式方面，本項目針對《網(wǎng)絡(luò)仿真》課程工程性和實踐性強的特點也相應(yīng)地進行了改革。采取了課程設(shè)計為主、考勤和平時堂上作業(yè)練習(xí)為輔的考核方式;考核的具體內(nèi)容不限，在一定范圍內(nèi)讓學(xué)生自由選題和發(fā)揮，而且特別提出了對創(chuàng)新性強的內(nèi)容給予加分，鼓勵學(xué)生在達到基本要求的基礎(chǔ)上發(fā)揮創(chuàng)造性。針對有創(chuàng)意的方案設(shè)計將進行保留和傳承。這樣，一方面能夠使學(xué)生得到比較充分的動手訓(xùn)練，另一方面也能夠讓學(xué)生的創(chuàng)造性得到發(fā)揮，為業(yè)界培養(yǎng)創(chuàng)新型的高層次通信網(wǎng)絡(luò)開發(fā)人才打下堅實基礎(chǔ)。

2.3 ? ?實踐平臺創(chuàng)新

本課程緊密依托通信與信息工程學(xué)院研究生創(chuàng)新基地和中央地方共建項目花費幾十萬元構(gòu)建的技術(shù)先進、功能強大的無線信息網(wǎng)絡(luò)實物系統(tǒng)，能夠組建和運行真實的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、無線自組織網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)等，從而使學(xué)生有機會接觸真實的網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)嶋H網(wǎng)絡(luò)進行調(diào)試和觀察網(wǎng)絡(luò)運行。利用最新引進的一批新型教學(xué)和實驗軟硬件設(shè)備作為支撐，保證學(xué)生上課時1人1機，為學(xué)生進行種類多樣的實驗提供綜合性的物質(zhì)保障，包括實驗場地、電腦設(shè)備等?；A(chǔ)類和專題創(chuàng)新類實驗使用的專業(yè)仿真軟件是業(yè)界主流的OPNET、NS2等專業(yè)網(wǎng)絡(luò)仿真軟件的較新版本，從而保證仿真平臺軟件的先進性和新穎性。

3 ? ?實驗教學(xué)設(shè)計

本項目針對網(wǎng)絡(luò)仿真的具體內(nèi)容、技術(shù)特點和應(yīng)用需求為《網(wǎng)絡(luò)仿真》課程精心設(shè)計了基礎(chǔ)類、演示類實驗和專題創(chuàng)新類一系列實驗[2]。

3.1 ? ?基礎(chǔ)類仿真實驗設(shè)計

基礎(chǔ)類實驗的主要內(nèi)容是通過使用專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件對常見的通信信息網(wǎng)絡(luò)進行仿真并對網(wǎng)絡(luò)性能進行分析。在這類實驗中學(xué)生能加深對通信網(wǎng)絡(luò)層次架構(gòu)的理解，得到C/C++語言編程技能的基礎(chǔ)訓(xùn)練，學(xué)到如何使用專業(yè)網(wǎng)絡(luò)仿真軟件對網(wǎng)絡(luò)、節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進行建模，以及如何模擬通信網(wǎng)絡(luò)的運行、如何搜集性能參數(shù)來分析網(wǎng)絡(luò)性能[3]。

3.2 ? ?演示類仿真實驗設(shè)計

為了使學(xué)生對實際網(wǎng)絡(luò)的運行建立直觀印象，加深對通信網(wǎng)絡(luò)理論知識的理解，有效提高動手能力，本項目為《網(wǎng)絡(luò)仿真》課程設(shè)計了演示類實驗。該實驗的主要內(nèi)容是在實際的無線信息網(wǎng)絡(luò)平臺上進行調(diào)試和操作，通過真實的操作和觀察實際網(wǎng)絡(luò)的運行，加深對通信網(wǎng)絡(luò)的理解和直觀認識。該類實驗借助中央與地方共建實驗室項目建成實際網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來開展，該平臺是一種先進而新穎的實物平臺，包括不少于5個的無線移動通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和1個以上的無線接入網(wǎng)關(guān)節(jié)點，在網(wǎng)絡(luò)形式、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標準等方面都較以往有所突破，能演示物聯(lián)網(wǎng)、ZigBee無線傳感網(wǎng)等新型網(wǎng)絡(luò)和IEEE802.15.4、LTE等底層通信新標準。在這類實驗中學(xué)生能觀察了解到實際網(wǎng)絡(luò)的真實運行情況，并有機會學(xué)習(xí)如何調(diào)試和控制實際網(wǎng)絡(luò)的運行。

3.3 ? ?專題創(chuàng)新類仿真實驗

專題創(chuàng)新類實驗的主要內(nèi)容是在進行了多個基礎(chǔ)類實驗的基礎(chǔ)上，由任課老師指定專題，學(xué)生通過發(fā)揮自己的創(chuàng)造性，自主設(shè)計新的與通信網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的仿真實驗內(nèi)容，并在專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)仿真平臺上實現(xiàn)、驗證創(chuàng)新設(shè)計的效果。目前課程已開設(shè)的專題實驗有：“包交換有線網(wǎng)絡(luò)建模與仿真實現(xiàn)”、“無線移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)路由過程建模與仿真實現(xiàn)”、“有線網(wǎng)絡(luò)RIP路由協(xié)議建模與仿真實現(xiàn)”等。通過該類帶有一定難度的專題實驗的編程設(shè)計、仿真實現(xiàn)和結(jié)果驗證，較好地開拓了學(xué)生的思維，激發(fā)了他們的創(chuàng)造性，同時也大大提高了學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)仿真軟件操作的熟練程度。

4 ? ?課程改革的實驗效果和有效性

為具體掌握《網(wǎng)絡(luò)仿真》課程改革的實際效果，本研究在課程開設(shè)的第2年結(jié)課后，對上課研究生進行了問卷方式的抽樣調(diào)查。主要依據(jù)該課程改革建設(shè)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和教學(xué)手段評價以及學(xué)生能力提高等指標設(shè)計了調(diào)查問卷的項目和回答選項;學(xué)年上課人數(shù)共計180人（分兩學(xué)期

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上），接受調(diào)查人數(shù)73人，最后收回有效問卷70份，調(diào)查樣本數(shù)量超過1/3。對有效問卷進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計后得到的調(diào)查結(jié)果如表1所示。

以上調(diào)查結(jié)果表明，《網(wǎng)絡(luò)仿真》優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)和改革的試驗效果是明顯的，該課程在教學(xué)過程了展現(xiàn)了以應(yīng)用為導(dǎo)向的科研視野和方向，提供了以C語言為核心的項目研發(fā)類編程能力的實操訓(xùn)練平臺，為增強重慶郵電大學(xué)學(xué)子的科研能力、完善其科研成果、增強其專業(yè)就業(yè)競爭力奠定了良好的基礎(chǔ)。研究生們通過該課程的延伸學(xué)習(xí)，多人在“騰訊-重郵”專利創(chuàng)意大賽、“華為-重郵”編程大賽等比賽中獲獎。

《網(wǎng)絡(luò)仿真》創(chuàng)新型優(yōu)質(zhì)實驗課程建設(shè)的意義，不僅在于打造一個創(chuàng)新性強的優(yōu)質(zhì)研究生課程，而是可以持續(xù)地培養(yǎng)一批理論功底扎實、動手能力和創(chuàng)新能力強的研究生人才，建設(shè)一個網(wǎng)絡(luò)軟件仿真和實際網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相結(jié)合的平臺，打造一支結(jié)構(gòu)合理、教研俱佳的師資隊伍，并最終形成具有一定影響力的通信網(wǎng)絡(luò)仿真與實際測試的科研、教學(xué)、培訓(xùn)基地。這門課程把通信網(wǎng)絡(luò)的專業(yè)理論基礎(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)仿真的動手實踐有機地結(jié)合起來，能夠在理論知識、C語言軟件編程、仿真建模方法、仿真軟件操作、仿真技能和實驗項目調(diào)試等方面使學(xué)生的學(xué)識和能力得到整體性的提高。由于課程新穎且切合需要，在開課的第一年里，選課的研究生的數(shù)量便超出了原計劃的1倍以上，之后的每年里選課的研究生人數(shù)持續(xù)攀升，而且每次上課學(xué)生的出勤率幾乎都能達到100%。

參考文獻

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[3]李馨，葉明.OPNET Modeler網(wǎng)絡(luò)建模與仿真[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.