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复杂网络协议的实验设计 摘要:计算机网络实验教学是计算机网络教学中非常重要的组成部分。复杂网络协议由于其协议状态机变换复杂,往往成为计算机网络实验教学中的实验设计难点。本文以IPSec协议为例,提出了复杂网络协议实验实现框架,设计了复杂网络协议实验的开发方法。关键词:计算机网络;复杂网络协议;实验设计;协议状态机中图分类号:G642文献标识码:A1引言计算机网络的实验教学是计算机网络课程教学的重要组成部分,实验教学的状况和效果直接关系到计算机网络课程的教学质量。网络实验的设计对于计算机网络的实验教学效果起着决定性的作用。目前网络实验设计,条件较好的学校可以投入相当数目的经费购买路由器、交换机等网络设备,使师生在真实的网络环境中进行网络教学,对于简单的网络协议实验而言,较少的网络设备就能够顺利的完成实验所要求的内容,然而对于复杂的网络协议实验,需要更多的网络硬件设备,另外,复杂网络协议由于运行状态机复杂,在网络协议实验设计当中要考虑的因素较多,因此,应该尽可能涵盖复杂网络协议的绝大多数状态机情况,以便学生能够通过网络协议实验尽可能多的了解复杂协议运行的状态机变化情况。因此在复杂网络协议实验设计时应该尽可能的减少对网络设备的依赖,并且应该具有较强的可扩展性,方便加入对复杂网络协议新测试点的检测。本文所研究的复杂网络协议的实验设计基于NetRiver计算机网络实验系统平台。NetRiver计算机网络实验系统充分利用了网络环境所带来的便利,通过学生使用的客户端、教师管理使用的实验管理服务器和支持学生编程测试的测试服务器等软、硬件设备,在网络环境中进行实际编程、实验和测试等环节,使学生深入地学习网络工作原理,且网络传送的数据清晰可见,达到真正从理论和实践两方面提高学生的网络知识水平和实际动手能力的目的,实现培养高素质的专业人才的目标。本文在复杂网络协议的实验设计研究方面,主要有以下几点贡献:(1) 提出了支持基于脚本语言的可扩展实验设计方法;(2) 研究了复杂网络协议实验设计实现的框架;(3) 研究了复杂网络协议实验环境的搭建。本文第2部分介绍了国内外已有网络实验平台。第3部分简要介绍了网络协议实验平台。第4部分介绍了复杂网络协议实验设计思想。第5部分以IPSec协议为例介绍了复杂网络协议的实验设计。最后一部分对本文进行了总结。2实验平台介绍复杂网络协议的实验设计依托于具体的实验平台,下面对已有实验平台和本文所研究的复杂网络协议实验设计所依托的实验平台进行介绍。2.1已有实验平台介绍目前,国内外已经有多个可用于网络实验和仿真的相关系统,下面进行简要介绍。(1) 中软吉大网络协议仿真教学系统中软吉大网络协议仿真教学系统主要为高等院校计算机相关专业的网络教学而设计的网络实验系统,使用的对象是高等院校的高年级的本科生或者研究生,该系统主要分为主控设备、数据采集器、网络协议仿真编辑器和网络协议分析器。主控设备是为网络实验提供给中服务及局域网内的数据处理,性能状况分析。数据采集器主要功能是以旁路的方式采集线路数据信息,可通过切换开关实现单机监控和全网络监控。网络协议仿真编辑器实现对网络报文的编辑、发送和对报文进行TCP封装。(2) 清华E_compass网络实验室清华E-Compass网络实验室解决方案首创实验台的概念。整个实验室由多个实验台构成。每个实验台就是一个教学模块,可依据学科课程自由组合,完成制定的实验内容,达到理想的教学目标。学生可以通过每个实验台内的管理控制器登陆到试验设备上做各种实验。网络实验室提供了进行各种前沿网络实验的必要条件。采用先进的网络实验技术,提供包括业界领先的万兆、三层交换、多路由、多交换、以及防火墙等模块化实验环境,硬件模块和实验软件自由组合,可实现各种复杂的网络科研实验和现实环境。通过这套网络实验室平台,教师可以指导学生真实构建校园网、城域网、政府网络平台、电信网络平台、银行网络平台、保险网络平台等复杂网络环境。并针对IPv4、IPv6、VPN、VOIP、WLAN等技术专题开展多种在线真实实验。(3)NetGuruNetGuru的主要特色在于辅助老师或学员利用该网络实验平台来实际操作。NetGuru提供真实的网络实验环境来运行多种网络重要议题的实验。实验的过程均为实际运作而非仿真。NetGuru将多组网络设备整合一体,帮助学习者在亲身体验中,大幅提升网络专业技能。(4)OPNET ModelerOPNET Modeler网络仿真软件主要面向专业人员,帮助客户进行网络结构、设备和应用的设计、建设、分析和管理。OPNET Modeler应用到的领域非常广泛,包括端到端的结构、系统级的仿真、新的协议开发和优化,网络和业务层配合,达到最好的性能。例如:在端到端结构上的应用,已从IPv4网络升级到IPv6网络;在新的协议开发的过程中,有目前流行的3G无线协议;在系统基的网络仿真中,可分析一种新的路由或者调度算法如何使路由器和交换机达到Qos;在网络和业务如何优化方面,可以分析新引进的业务对整个网络的影响。(5)NS-2NS-2是由UC Berkeley开发,用于仿真各种IP网络为主的优秀仿真软件。NS-2的设计实现了共享两种程序设计语言,C+和Otcl。这两种程序设计语言都是面向对象的。C+程序模块的运行速度非常快,是强制类型的程序设计语言,容易实现精确的、复杂的算法,但是修改、调试和修正bug所花费的时间较长,因为它比较复杂。Otcl是脚本程序编写语言,是无强制类型的,比较简单,容易实现和修改,容易修正bug,虽然它的运行速度和C+的模块相比要慢很多。NS-2设计的出发点是基于网络仿真,它集成了多种网络协议、业务类型、路由排队管理机制,以及路由算法。此外,NS-2还集成了组播业务和应用于局域网仿真有关的部分MAC层协议。其仿真主要针对路由层、传输层、数据链路层展开,因此NS-2可以进行对固定、无线、卫星以及混合等多种网络的仿真。但它最适用于TCP层以上的模拟。NS-2的特点是源代码公开;可扩展性强;速度和效率优势明显。缺点为:界面不够友好,功能分布零散,不容易上手,不支持代码级的网络协议仿真。(6)CISCO网络模拟器Cisco网络模拟器主要面向为希望通过Cisco网络体系认证的用户,该模拟器主要是提供一个模拟的网络环境与配置条件,通过正确的命令行在模拟的界面操作,从而使网络协议在虚拟的网络环境中正常的运行。所支持的实验内容包括CCNP和CCIE所包括的网络协议和配置。Cisco网络模拟器能够模拟出一个虚拟的网络实验环境,其中包括了实验室所需要的路由器、交换机、各种的网络连接方式,点击进入相关的设备就可以进行相应的命令操作。(7)Boson NetSimBoson NetSim是Boson公司推出的一款Cisco路由器、交换机模拟程序。他的出现给那些正在准备CCNA、CCNP考试却苦于没有实验设备、实验环境的备考者提供了实践练习的环境。Boson NetSim由两个组成部分:实验拓扑图设计软件(Boson Network Designer)和实验环境模拟器(Boson NetSim)。 2.2NetRiver计算机网络试验系统本文所研究的复杂网络协议实验设计的开发环境在NetRiver计算机网络实验系统的平台下。NetRiver计算机网络实验系统的网络拓扑图如图1所示,体系结构如图2所示,他是基于脚本驱动的网络协议仿真和测试平台。NetRiver系统由一台测试服务器、一套客户端软件和一套实验管理软件构成。测试服务器上保存测试脚本文件,按照测试脚本文件的驱动,通过与客户端交互协议包,实现实验功能,并提供自动测试和实验结果评分。客户端软件运行于多台PC机上,为用户提供基于Windows的集成实验环境,学生编写实验代码、调试和运行实验程序均在客户端软件上执行。管理服务器保存用户信息、实验代码和测试结果。管理客户端和测试服务器均实现基于Web的实验管理功能。NetRiver实验系统主要具有以下几个特色和创新点。(1) 可控真实的全协议栈网络实验环境本实验系统提供了一个全协议栈的网络实验环境,学生实验可涉及到完整协议栈,无论是数据链路层、网络层还是传输层和应用层,都可以通过编程开发或者交互式配置来深入理解相应网络协议机制。(2) 支持实验代码编辑、编译和调试的集成编译环境实验系统面向学生的客户端提供了一整套开发调试解决方案。学生可在客户端上完成包括登录、实验选择、测试例选择、代码编写、编译、调试和测试在内的完整过程。界面设计友好,可使学生迅速进入实验状态。(3) 可视化的协议报文捕捉与行为分析系统可在学生程序运行过程中实时捕捉实验相关报文,并且按照其时间顺序和发送方向以可视化的方式在界面上描绘出来,并且学生也可具体查看分组解析之后各域的内容,从而判断自身程序潜在的错误。(4) 面向因材施教的多层次实验手段(5) 基于脚本语言驱动的网络协议测试实验系统所支持的实验是基于脚本语言编写的,通过脚本语言良好的描述能力,实验系统实现网络协议环境的模拟以及自动测试的功能。(6) 基于协调测试法的自动实验测试完成某个实验之后,实验平台可按照学生选择的测试例自动对该学生所做的配置或者编写的代码进行测试,同时返回测试通过的数量和失败的数量。(7) 功能丰富的实验管理平台学生可登录到该Web界面查看自己的实验记录以及通过情况;助教可通过该平台查看所有学生的实验情况,并可进行汇总分析;教师除了可看到所有学生的情况之外,还可对学生和实验进行增、删等管理操作。该平台避免了手工管理大量学生实验成绩的繁琐,可十分高效、方便而又准确的对学生实验情况进行管理。3复杂网络协议试验设计思想复杂网络协议在 摘要:本文分析了当前高校计算机专业实验室在教学环节、实验课程设置等方面的缺陷,从硬件和软件两个方面探讨计算机专业实验室的开放模式优化策略,总结了本校计算机专业按照此优化策略实施后取得的成效。关键词:计算机专业;开放模式;优化策略随着科技发展不断加快,高校教育已经进入了一个崭新的历史发展阶段1。高等教育面临深层次、全方位的改革2。实验教学是高校培养创新人才的重要教学环节,是高校进行教学实践和开展科学研究的重要基地,是对学生实施素质教育、人才培养和科技创新的重要课堂。开放实验室是深化实验教学改革的重要途径3。1高校计算机专业实验室现状分析目前,高校计算机专业实验教学普遍采用将主干课程中的实验内容单列实验课的教学模式。这种实验教学模式摆脱了实验教学从属于理论教学的附属品地位,但是在此模式下的实验教学往往局限于该课程的理论知识,实验内容设计难以突破理论课程的框架,不利于开展多学科交叉的科研探索型实验。采用这种传统的实验教学模式,主要存在以下问题:(1)学生学习是“照方抓药”;(2)“大锅饭”式教学方式;(3)计算机专业实验大纲的制定有着普遍的局限性。2实验室开放模式优化策略如何利用现有的实验资源,把对学生的实践动手能力和创新思维能力培养落到实处,成为广大高校实验教育改革工作所面临的重要问题。针对实验教学和实验室管理存在的不足,很多高校提出了开放实验室的管理方式4。目前多数高校普遍采用的开放实验室模式,主要是针对实验室封闭性管理的弊端,开放出某间实验室,它的使用不受时间和课程内容的限制,对学生全面开放。计算机专业的开放实验室一般都是配置几十台性能较好的计算机,在周一至周五的全天时间,由学生根据自己的需要随意上机。由于计算机专业实验室一般都装有互联网以方便学生上网查资料,在这种模式下的开放实验室,往往会演变成“网吧”。学生们总是尽情地遨游在网络中,把本应有的自由学习环境破坏掉。这样的开放模式,失去了开放实验室的意义。为了更好地利用实验室开放环境,提高实验室的使用效率,充分调动学生的积极性和创新思维,探讨出计算机专业实验室的开放模式优化策略就显得尤为重要。2.1优化策略原则计算机专业分为硬件和软件两类课程。软件课程的实验一般侧重于编程语言的使用和应用软件的开发;硬件课程的实验则侧重于设计实用的小型电脑控制系统及嵌入式系统的开发。针对软、硬件实验课程的不同特点,专业实验室的开放模式设置如下优化策略。(1) 全新的开放式实验内容。按照计算机专业课程的特点,采用纵向课程联接的方式进行开放式实验内容设置。以先修课程知识点作为铺垫,本门课程知识点为主要任务,后续课程知识点为扩展思维的原则设置开放式实验内容。以硬件类课程为例:“数字电路”、“计算机组成原理”、“微机接口与通讯”、“嵌入式系统”分别是一系列的纵向课程。在实验内容的设计上,将硬件模块知识点贯穿在整个知识体系中,对学生们的连续性思维和学习有很大帮助。(2) 合理的开放式管理。计算机专业实验室的开放式管理采用定时开放和全面开放相结合的方式。软件实验和硬件实验都分别按照基础实验、提高实验、综合实验三个阶段设置实验机房的使用性质。对基础实验机房和提高实验机房采用定时开放的管理,综合实验机房采用全面开放的管理方式。这样一方面保证被动学习者必修课程的顺利完成,另一方面使主动学习者的创造力和想象力得到尽情发挥。(3) 全方位的开放服务对象。计算机专业实验室的开放不仅面向计算机专业的学生和教师,更可面向全校各级师生。在综合实验机房,可安排多学科交叉的研究探索型实验项目,面向跨学科跨专业的科研团队的师生们进行全方位的开放。本学院计算机专业的硬件课程与本校工程学院的农业机械工程专业课程相互联系,因此我们设计了许多探索型实验项目,如“农业机械手臂的设计”、“传感器在农业方面的应用”等,使不同专业的学生能够共同研究、共同学习。(4) 开放式实验指导。实验指导老师不局限于实验课堂上的答疑解惑,更侧重于对学生发散性思维的引导。以学生为中心,而不是以完成实验任务为目的的指导过程才能更好地提高实验效果,启发学生的创造性思维。(5) 科学的实验考核。实验考核方式针对不同课程采用不同的方式,软件设计类课程采用撰写设计文档和答辩的方式;硬件课程采用考核实际动手能力,提交实验成果的方式进行分类考核。2.2开放实验室的建设与实施计算机专业开放实验室的建设,根据实验室的优化策略原则实施,主要分为软件类实验和硬件类实验建设。(1) 软件类实验建设。软件编程课程主要有“高级语言程序设计(C语言)”、“数据结构”、“Java”、“面向对象程序设计”等,这些课程属于编程语言。在设计这类课程的实验内容时,采用“温故而知新”的方式。例如“数据结构”实验内容的安排,一共20个实验项目,前面的3个项目复习“高级语言程序设计(C语言)”,中间的内容主要是本门课程的知识点,最后的35个项目是难度较大的综合训练。实验形式是由老师将各类知识点设计到20个训练题中,由专门的服务器和网络系统对学生的做题情况和答题情况进行监控,老师可以随时查看学生的实验进度,学生也能在任意一个实验室进行自由的开放式学习,不局限于有限的实验课时间。对于“数据库应用”、“软件工程”、“软件项目设计”等课程,在实验内容的设计上,将一个较大的应用软件设计项目拆成小的子项目。侧重于纵向课程间知识点的前后联系,当一个个子项目完成后,最终的大项目也就完成了。这样学生有了完整的知识体系,对今后的软件开发也起到了很好的经验作用。(2) 硬件类实验建设。计算机专业硬件课程主要有“数字逻辑”、“计算机组成原理”、“微机接口原理”、“嵌入式系统开发”等。基本每门硬件实验课都有自己的实验箱,但是硬件课程的先修课和后续课之间有着非常紧密的联系,也非常强调实际动手能力。因此在硬件类课程的实验建设中,采用落实基础实验,鼓励提高实验和综合实验的原则。每门课程的实验内容都在基础实验室完成,同时设立全天候开放的硬件开放实验室。这个实验室是由大量的硬件开发设备组成,将基本的硬件知识进行了有效的融合和发展。鼓励学生们设计自己的创意产品,进一步激发他们的创造力。3开放实验室优化策略的成效本院计算机系按照开放实验室的优化策略,对计算机专业实验室进行了全面的规划和全新的管理,在校学生获益良多,取得了较好的成效。在软件实验室建设方面,我们除了“传统”的软件实验室外,还设有全开放式软件实验室。在以往的实验教学中,由于老师对同学的训练要求都只是停留在课程知识点上,同学们往往在“传统”软件实验室完成课程的基础内容后,就完成“任务”了。这样的学习方式,掌握的永远只是独立的知识点。现在在开放式的实验教学下,同学们不仅能将本课程的知识点贯穿起来,而且能将同体系不同课程联系起来,主动思考,形成自己的知识体系。在全开放式软件实验室,他们随时都有兴趣去思考一些问题,并想办法解决。进入高年级后,他们会主动找老师参与一些软件开发的项目,进一步提高自己的能力。一些高年级同学积极参加老师的科研项目,在老师的指导下开发了“软件课程实验选题系统”。投入使用后,师弟师妹们受益匪浅,也进一步激发了他们的学习热情。这种课程交叉和互联的实验教学模式帮助学生融合了知识,明确了发展方向,取得了很好的效果。 硬件课程开放式实验方面的建设主要是针对“传统”实验开发了网上虚拟实验环境以及成立了嵌入式开发的开放式实验室。“传统”硬件实验只有在有实验箱的实验室才能完成,我们开发了网上虚拟实验环境,让学生在课余或其他任何时间登陆系统就可以利用虚拟实验环境完成实验任务。针对一些对硬件学习兴趣浓厚的同学,我们组织老师进行专门的硬件知识培训,提高他们对硬件系统开发的认识。这些同学积极参加我们的嵌入式开放实验室,学习更多更深入的知识,在硬件系统开发方面取得了较好的成绩。目前我们的本科生已经通过嵌入式开放实验室,自己研究设计出了“ARM系统嵌入式开发实验箱”,并已经投入给低年级同学使用。这套系统从系统设计、焊接电路到操作系统都是由同学自己完成,使用后受到广大师生的肯定和好评。4结语高校开放式实验教学模式已经逐渐成为了实验教学的主流发展趋势,我们探索出的这种开放模式的优化策略已经在改进传统教学方式、提高学生实践动手能力、激发学生创造性思维方面取得了较好的成绩。只要我们进一步加以总结和改进,不断完善,就一定能将开放式实验教学推向一个新的发展高峰。参考文献:1 陈伟文. 开放实验室 培养学生创新能力J. 实验室研究与探索,2007,26(5):130-132.2 王瑛. 开放实验室高效运行方法的研究J. 实验室研究与探索,2007,26(7):128-131.3 李俊杰. 开放实验室的建设与研究J. 襄樊职业技术学院学报,2007,6(1):47-49.4 叶宝兴,毕建杰,张锐. 积极探索新模式 多形式开放实验室J. 实验室科学,2007,2(4):6-9.Research on Laboratory Opening Mode Optimization in University Computer ScienceCHANG Wei, XU Dong-feng(College of Informatics, South China Agriculture University, Guangzhou 510642, China)Abstract: This paper analyzes the teaching part of the experimental curriculum and other deficiencies in university computer science.Discussion optimization strategy of the opening mode in hardware and software. Summary the results achieved according this strategy in our university.Key words: computer science; openi 高校非计算机专业计算机基础教学改革研究计算机作为一种现代通用的智能工具,拥有一定的计算机知识和应用能力已成为现代人所必须具备和赖以生存的基础。随着计算机技术、多媒体技术、网络技术的迅猛发展,计算机应用范围不断扩大,21世纪的青年可以利用各种渠道、手段来获取所需的知识。大学生承担着未来国家的建设重任,作为培养国家栋梁之材的高等院校就是要在迅速发展的信息时代培养一批有能力有文化的高素质人才。 (一)忽略不同层次学生的分层教学 由于各地区学生入学前计算机水平存在较大差异,计算机基础教学采用“一刀切”的教学方法,无疑会造成两极分化的局面。经常会出现层次较高的学生“吃不饱”,埋怨计算机基础课程是浪费时间,严重打击学生的学习积极性;层次较低的学生“吃不了”,对计算机课程产生畏惧,从此妄自菲薄,自我放弃。这对提高学生计算机应用能力都将产生极大的障碍。 (二)理论教学与实际操作相脱节 计算机基础课程是一门理论与实践相结合的课程,理论与实践相辅相承,理论是基础,实践是手段,应用是目的。很多大学生存在这样一种情况,上课听老师讲授的内容都能听懂,但是当需要自己操作时就无所适从,即课堂授课理解和自己真正动手实践不能统一,或者把老师布置的作业顺利完成作为唯一的上机实践任务。因此,一旦题目变换一下就不会做了,欠缺举一反三的能力。 (三)计算机基础教学也跌入应试教学的泥潭 目前一部分高校把计算机等级考试成绩和非计算机专业的毕业学位证紧密联系在一起,在这种情况下,教师面对学校下达的等级考试合格率的要求,而不得不忽略学生计算机应用能力的要求,一味追求考试合格率,而学生为了顺利拿到学位证,不得不把很多精力投入到与考试相关的学习中,这样,致使好多学生毕业了都不知道如何使用已学的计算机知识来辅助完成一些简单的工作,比如完成一份应聘求职书的设计。有很多学生毕业了还得花很大力气通过各种渠道重新学习计算机知识。这是应试教育带来的后果。 二、计算机基础教学改革措施 (一)改革课程体系 任何一门课程都有两个目标,一是学习对象应获得知识、应学会技能、应培养能力的深度和广度;二是为后续课程预备必要的知识和技能。由于不同专业的培养目标不同,不同课程在教学计划中的地位和作用不同,以及学习对象的知识基础和学习层次不同,对于同名课程的结构体系、知识面、讲授深度和教学方法都可能有很大差异。例如,计算机基础课程体系的组成对于工科与文科是大不相同的,前者特别注意本专业培养目标的需求,注意理论和技术、工程的关系,满足基本理论知识和训练技能两方面的需要;而后者则以应用为主要目标,注重使用方法,是忽视基本理论的技能训练,达到所谓“即学即用”目的。因此不能不结合实际地套用上述“三个基础”的思路。 计算机基础课程体系改革的基本思路是:由于中小学信息技术教育的开展,大学的计算机基础教育不应当再是零起点,必须尽早提高大学计算机基础教育的起点;大学的计算机基础教育不应局限于熟练操作,而要区分操作、使用与应用这三个概念。大学生应当具有综合应用有关的计算机知识、开发本领域计算机应用系统的能力;考虑到计算机技术发展迅猛的特点,计算机基础系列课程可以分为两类:一类是在一定时期内相对稳定不变的课程;另一类是动态的、变化相对快一些的课程。应根据不同专业分别规划这两类课程。 (二)改革教学方式 对于有限的课时来说,课堂教学远远不能满足那些对计算机有特殊爱好的学生,特别是一些入学时计算机基础就较好的学生,如何让其的兴趣向更积极的方面发展,在追求素质教育的今天,更应该对这些爱好者加以引导、培养。所以,必须有计划、有实质性内容的开展课外实践活动,组织一些兴趣小组或课题小组,比如程序设计、网页制作、数学建模等,并将其和一些竞赛结合起来,培养学生的团队协作能力,集体主义精神,这对提高学生的计算机应用能力,对如何解决问题的思维能力,及遇到困难时的心理素质的培养,无疑是非常有益的。 此外,实现计算机基础课程网络教学可以调动学生的学习积极性,学生通过网络可以查阅到大量与课堂内容相关的信息,并且可以根据自己的爱好进行有选择的学习,这能促使学生的思维变得更加活跃,对计算机基础知识产生一种主动学习的心态,从而达到良好的教学效果。实施计算机基础课程的网络教学,不仅缩短了教师和学生在时间和空间上的距离,突破传统面对面课堂教学方式的限制,为学生提供更深、更广的教学内容。使学生由接受者转变为主动参与者和积极探索者,在发挥教师主导作用的同时,充分发挥学生的主体作用,为学生的积极参与创造条件,引导学生去思考、去探索、去发现。因此,网络环境下的教学真正达到了因材施教、发展个性的目的,学生是按照自己的认知水平来学习和提高的,学习是学生主动参与完成的,这种学习使学生真正获得了智慧而不仅仅是知识,这正是传统教学所不能比拟的。 计算机基础课程的网络教学可采用网络辅助教学模式。该模式作为教学内容的组成部分,把传统教学方法和网络教学手段有机地结合起来,一部分课时由老师采用传统教学方法和学生面对面进行讲授,另一部分课时由学生通过网络教学平台自学。网络辅助教学模式可以利用系局域网、校园网、Internet来建立学习辅导网站,把教师制作的多媒体课件、教学计划、教学基本要求、教学内容的重点难点、有关知识的问答、实验素材、模拟试题等放在网上,供学生使用。代写留学生论文让学生在课前可以预习、课后可以复习。 计算机基础教学进入了一个新的阶段,在教育部高教委关于进一步加强高等学校计算机基础教学的意见指导下,计算机基础教学改革的路子会越来越宽广,但任重而道远。因此,要认真研究各校的具体情况,综合各院校改革的成功经验和成果,制定适合学校具体情况、具有特色的改革方案,在教学内容、教学方法、教学手段、教学管理、实验教学、师资队伍建设、人才培养等方面进行系统的改革实践,力求符合时代要求,切实提高教学质量,提高学生分析、归纳、综合利用及创新能力,培养出新世纪的创新人才。    天津职业大学作为国家首批28所示范性高等职业院校建设计划执行单位之一，承担着我国高职教育全面实施工学结合先行先试的重任。“计算机应用技术”专业借示范校建设之机，结合市场对嵌入式系统人才的迫切需求，对专业进行了实用化改造，整合社会各方资源，开发出多方面体现工学结合思想的嵌入式系统人才培养方案，并在部分环节进行了实践，在此与同行交流探讨。1 开发思想 国家示范性高等职业院校建设计划对示范校重点专业建设提出了全面贯穿工学结合，实现人才培养与产业需求无缝链接的要求。这需要从人才培养方案设计，到教学计划组织实施，校企双方在每一个环节紧密合作，进行专业共建。天津职业大学嵌入式系统人才培养方案的开发力求体现教育部关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见(教高200616号文件)和教育部和财政部联合下发的关于实施国家示范性高等职业院校建设计划加快高等职业教育改革与发展的意见(教高200614号文件)精神，主要思想表现在：专业定位来自行业分析；人才规格瞄准职业岗位；课程体系体现教学做一体；课程内容融入技术标准和职业资格认证；实践环境突出生产性；教学资源校企共建；师资队伍专兼结合。2开发原则21企业工程师全程参加学校教师的专长在于教学，而对于企业工作流程以及职业岗位工作任务不甚了解，要开发出符合工作岗位需要的教学课程有一定难度。企业工程师可以根据企业工作流程提出职业岗位功能，设计工作任务、工作内容，分析能力要素和相关知识，为高职教育注入课程元素。企业工程师全程参加人才培养方案开发，这是示范校重点专业建设成功的重要条件。22 结合当地经济发展高等职业教育面向地方经济，以就业为导向。即使专业名称相同，如果地域不同，经济发展不同，人才培养方向仍然会有较大差异。因此，定期从不同渠道了解当地经济发展状况，及时调整专业培养方向，是保持专业生命力的必要条件。23校内实践基地参照企业实际流程实现人才培养与企业需求无缝链接，需要学生在校期间即获得相应的职业素质和能力，这是一个长期的过程，不能一蹴而就。学生职业素质和能力的养成，一方面可以通过顶岗实习获得；另一方面，校内实训基地也要参照企业的实际工作流程进行设计和运行。校内校外共同营造职业氛围，有利于形成学生的职业习惯。24 在专业基础课教学中，理论连续，实验离散高职教育中的理论必须够用是一个相对概念。对于接受高等教育的学生，为学生提供可持续发展能力的基础理论还是要强调理论的完整性，实验为理解理论服务。因此，专业基础理论需要连续，实验是离散的。25在操作能力训练方面，能力训练连续，理论离散动手能力强，上岗快，是对高职院校学生职业性提出的要求。学生操作能力的培养可以由浅入深，按照入门、熟练、顶岗过程进行连续性设计，需要的理论知识为能力培养服务。也就是，操作能力训练连续，理论相对离散。26管理制度创新全面贯穿工学结合教育思想的人才培养方案将会使教学计划执行过程不再按部就班，师资队伍建设要突破原有模式，教学方法和手段将会有很大变革，等等。这些都需要管理制度的不断创新，以适应全面贯穿工学结合思想的人才培养方案。3 开发方案要点天津职业大学工学结合嵌入式系统人才培养方案的开发借助了多方社会力量：上海双实科技有限公司与本校教师协同开发；劳动部职业资格标准制定专家为“课证融合”、课程开发指路；中国电子技术标准化研究所将嵌入式技术标准的制定与人才培养结合，融入课程；中国软件行业协会教育与培训委员会的“IT双师培养雨露计划”在天津职业大学启动；天津七所信息技术有限公司发挥近邻孵化器的功能，通过科研开发建立双师教师团队，提供企业生产流程，设计模拟仿真教学案例；天津新技术产业园区提供订单培养顶岗实习机会；首批与专业捆绑的工学结合教材编写得到天津大学出版社的合作。整合各方资源，协同行动，共同组织实施，是天津职业大学嵌入式系统人才培养方案的开发特色。开发方案要点如下：31 专业职业面向分析这里主要是对专业的就业行业领域和就业岗位进行分析，在此基础上确定专业学生主要面向的行业领域以及就业岗位。分析时以行业企业人员为主，学校教师为辅，结合当地经济发展状况。311 主要就业行业领域分析分析方法：采用调研、问卷调查，等。期望分析结果：确定专业就业面向哪些行业领域，行业名称参照国民经济行业分类。嵌入式系统已经在国防、国民经济以及社会生活各领域应用。小到电视机上一个小小的机顶盒，大到军队的通信装备、智能炸弹制导引爆，等等，都完全依赖嵌入式系统来实现。我国信息化与全面小康社会建设更是对嵌入式系统市场提出巨大需求，信息家电产品年需求量几亿台，工业控制用嵌入式系统有百十万台套需求量，商用嵌入式系统需求几百万台。嵌入式应用产品出口也在逐步增长。在提高产品数字化智能化水平，提高产品的性能价格比、改造旧产品、发展新产品、实现技术创新方面，嵌入式系统的应用起着非比寻常的作用。嵌入式系统为我们振兴民族信息产业提供了难得的机遇。主要行业应用举例见图1。312 主要就业岗位分析分析方法：成熟岗位参照中华人民共和国职业分类大典，新兴岗位追踪人才市场。期望分析结果：专业面向的35个主要就业岗位。天津作为国家软件出口基地，嵌入式软件是天津软件产品的发展方向。同时，嵌入式系统在天津的应用具有广泛基础。特别是移动数码和汽车电子方面。有像摩托罗拉电子有限公司、三星通信技术有限公司、一汽丰田这样的大公司，更有众多其他的数字电子产品制造公司。嵌入式系统需要软硬件结合，但软件系统是整个嵌入式系统的灵魂。对照嵌入式软件主要应用行业领域，结合天津滨海新区在“十一五”期间建成现代制造业研发与成果转化基地，需要嵌入式紧缺人才，从我校电信学院现有专业建设基础出发，嵌入式系统专业人才培养目标定位在工业控制、网络通信、消费电子三类就业领域中的嵌入式销售、嵌入式系统软件测试、嵌入式系统硬件测试与调试、售后技术服务、嵌入式软件编码等职业岗位。32 培养目标确定培养目标以职业能力为本位是现代社会对职业教育提出的新要求。这部分是由专业职业面向分析导出，结合学制和招生对象，由学校教师与企业工程师共同制定。321学制与招生对象学制三年，招收普通高中毕业生和三校生。 322 专业培养目标培养目标一般由社会人具有的基本素质目标、职业素质目标、通用能力(亦称关键能力)目标和专门技术能力目标构成，其中通用能力是指学习能力、工作能力和创新思维能力。高职嵌入式系统培养具有良好政治思想素质、职业道德和创新精神，具有与本专业领域相适应的文化知识，有良好的职业道德和创新精神，了解嵌入式系统知识体系及技术发展趋势，具有嵌入式系统工程学基本理念，初步掌握嵌入式系统构架设计基本知识，熟悉嵌入式软硬件模块设计基本方法，熟练掌握嵌入式软件实现技能、嵌入式硬件实现与调试技能、嵌入式系统测试技能，具有嵌入式产品营销及技术支持能力，具有较强事业心和团队合作精神的高素质技能型专门人才。33课程设置分析首先由职业岗位导出课程学习，再由职业能力导出面向职业岗位的综合训练课程体系，最后给出能够反映课程逻辑关系的课程体系。课程设置由企业工程师与学校教师共同开发。331职业能力课程学习分析由企业工程师提供职业岗位的工作任务，企业工程师与学校教师一起根据工作任务分析出职业能力，由职业能力导出课程。下表以嵌入式软件编程职业岗位的课程学习分析为例：说明：专业方向：同一职业岗位会因地区经济发展情况不同或学校资源不同而有差异，因此区分专业方向。职业岗位：可选34个主要的职业岗位。针对每个职业岗位可选择3个以上主要任务。通用能力和专门技术能力：是专业培养目标中通用能力和专门技术能力的子集或细化。课程要求：是针对任务提出，其内容可能需要整合。332 面向职业岗位的综合实训课程体系职业岗位综合能力的培养贯穿在人才培养的全过程，但要由浅入深，由入门训练、熟练训练到顶岗实习。整体上，嵌入式系统课程模块由设计原理、实用技能、热门技术和工程实践组成，其中：设计原理主要讲授嵌入式系统原理，实用技能侧重技术的实用性，热门技术源于市场、顺应主流、注重时效性，工程实践源于工程、注重实践。333 课程体系课程体系由“职业能力课程学习分析”和“面向职业岗位的综合实践课程体系”导出，包括专业基础课程、专业课程、项目驱动的职业训练和顶岗实习。在这里，对于基础理论课程理论是连续的，实验为理解理论服务，实验离散；对学生操作能力的培养可以按照入门、熟练、顶岗过程进行连续训练，需要的理论知识为能力培养服务，相对离散。34 实验实训基地是指完成该专业人才培养需要的实验实训教学条件及功能结构。341 实验实训基地建设结构服务于该专业的实验实训基地体系结构，主要包括校内实验实训基地、校外实训基地。校内实验实训基地包括：基础实 摘要:我院对当前我国高校所设计算机专业的硬件课程实验做了调查和分析,发现各种实验装置功能具有单一性,实验场地或实验环境要求相对独立且具有分散性,实验手段和方法明显具有滞后性。为此,本文提出按实验内容划分为“层次结构”的概念,对多功综合实验方法提出了研究思路和建设性意见。关键词:硬件课程实验;实验方法;层次结构;仿真技术上世纪八十年代以来,计算机的迅速普及带动了各高等院校计算机专业学科点的快速增加,特别是各高校的扩招、职业教育的推进等活动,更加速了计算机教育的推广和普及。目前,在设有计算机学科教学点的大专院校,都必须开设相关课程的实验。一般而言,计算机学科开设的硬件课程有:“电子技术”、“数字逻辑”、“组成原理”、“系统结构”、“控制技术”、“微机接口技术”、“单片机应用技术”、“EDA设计技术”等。为了完成这些课程的实验教学,各院校又必须增加相关的实验仪器和实验设备,这些实验仪器和设备功能相对单一,实验环境或场地又相对分散,实验仪器或装置更新速度很快,造成了各高校资金的重复投入,实验场地、工作人员的分散设置。本文力求通过对现有计算机硬件课程的设置、课程实验内容的安排及创新型人才的培养要求等方面的研究,找出一种集多功能于一体、综合创新型实验方法,替代功能分散型、实验验证型方法的现状。1计算机硬件课程实验现状1.1课程设置与实验以武汉大学计算机科学与技术专业为例,共开设硬件课程(包括实验)14门,其中基础硬件课程8门、系统硬件课程6门。在这些课程教学中,课程实验为260学时,实践144学时,分别占全学科(基础课实验除外)总实验学时和实践学时的59.1%和57.6%。各硬件课程学时分配如图1所示。图1硬件课程设置基金项目:2008年湖北省高等学校省级教学研究项目(NO:2008024)。作者简介:高辉(1956-),男,高级工程师,本科,研究方向为智能控制。很显然,这些课程设置的目的在于:一方面让学生掌握宽厚的基础知识,特别是硬件基础知识;另一方面是注重学生的实践环节,努力培养其动手能力,并通过实验和实践活动,培养学生独立分析问题和解决问题的能力。据相关资料分析,国内外知名大学的计算机及其相关专业,在实践教学上都加大了时间和资金投入,并且都在努力做到理论教学与实践相结合,教学科研与产业发展的无缝对接。1.2实验仪器与实验方法由图1可以看出,各硬件课程基本设置有课程实验和实践环节,占总学时数的45.3%。计算机硬件实验课程的考核注重理论和实践两方面能力的培养,要求学生在掌握抽象理论的同时,要能把它们运用到具体的实验中去。然而,这些课程活动的实施必须依靠实验仪器和实验设备进行,不仅如此,还得加上正确的实验方法或手段。目前各高校正在使用的实验装置,绝大多数都是由不同的实验仪器生产厂商所提供,部分实验仪则是自行研制并生产。这些实验仪器或装置,没有统一的生产许可证,也没有国家统一的生产标准或行业标准,操作方法或实验手段各不相同,甚至在实验内容上都有所不同。这些实验仪器的特点如下:(1) 功能的分散性。为了完成各门课程的实验,每一门课程必须配有一种独立的、功能相对单一的实验仪器。这不仅增加了学校的经济负担,而且给学生的实验过程增加了难度,每门课程实验学生都要花不少时间熟悉和掌握某种实验仪的操作方法或步骤,不利于将主要精力放在内容设计上。(2) 内容的重复性。各课程之间实验设置经常出现重复现象,如模/数、数/模转换实验,在“数字逻辑”实验、“微机接口技术”实验、“控制技术”和“单片机应用技术”等实验课程中都有设置。功能的重复直接带来的是资源的浪费。(3) 实验方法的验证性和技术的滞后性。目前几乎所有的课程实验仪,其实验过程基本上是“验证”过程,学生按照实验指导书上的实验步骤,一步一步完成各单元实验,调动不了学生的主观能动性,滋生了学生之间相互抄袭实验结果的现象。不仅如此,实验手段仍然采用原始的“牵线”、“搭桥”技术,这种方法既费时又完全与当今EDA设计技术相脱离。更重要的是,各科实验方法和手段完全依