网络课程综合实验平台建设

摘要:目前通信网络课程普遍采用的验证型实践教学方法不能满足需求,需要新的教学手段作为补充。本文提出以数据传输的完整过程为线索,以任务驱动方式综合相关课程的知识内容,运用软件工程思想来构建实验教学仿真平台。学生在学习相关课程理论知识的同时,可以在此平台上通过“任务驱动”方式直观地了解掌握相关知识点的具体应用和技术特性。

关键词:任务驱动;数据传输;视频监控

目前网络相关课程的教学辅助系统主要使用验证结果形式,类似黑盒测试,即只是在演示“输入参数来验证输出的相应结果”,忽略了理论学习环节中最为重要的中间过程,有限的网络实验工具也不能够完整准确的体现知识内容。许多课程的实验实践环节都沦为一种形式。由于缺少合适的满足教学实践的方法和工具,学生对通信网络原理知识普遍兴趣不高,理解也不够深刻,毕业后很难应对复杂的通信网络实际问题。因此,迫切需要一种手段来改变目前通信网络相关课程的实践教学现状[1]。

“任务驱动”就是学生在学习过程中,在教师帮助下紧紧围绕一个共同的任务中心,在问题动机的驱动下进行学习。“任务驱动的通信网络综合实验平台”原型设计中的“任务”即指视频监控。

1目的和意义

建设本平台的目的在于以数据传输完整的过程为线索,以网络基础(原理)、数据通信原理、数字图象处理、网络安全等课程为纲,运用软件工程思想构建开放性可扩展实践教学仿真平台。学生在学习相关课程理论知识的同时,可以在此平台上通过“任务驱动”方式直观地了解掌握相关知识点的具体应用和技术特性,深入地学习通信网络相关课程的知识,并能

够解析网络传输的数据,简单快捷地编辑网络协议,帮助学生理解通信网络原理,真正从理论和实践方面提高学生的能力,培养高素质的专业人才,以适应社会发展的需要。

2原型系统设计与论证

原型系统主要由视频监控任务作为驱动。视频监控分为整体分为四个模块[2],分别是视频采集模块、视频传输模块、数据分析模块、远程控制模块等,如图1所示。

图1综合实验平台结构

视频采集模块分为摄像头视频采集与屏幕图像采集两部分,摄像头视频采集按照三条技术路线完成,分别是Directshow方案、VFW方案、SDK方案,其中SDK方案基于天敏4000视频采集卡给出[3]。屏

基金项目:北京市属市管高等学校人才强教计划资助项目(J2024000200901)。

作者简介:郑鲲(1977-),男,讲师,硕士,研究方向为通信与网络安全;刘旭东(1975-),男,讲师,博士,研究方向为通信网络与汽车电子。

幕图像采集比较简单而不做细分。视频传输模块分为两个方案,分别是TCP方案[4]和UDP方案。数据分析模块分为数据捕获、协议分析两个子模块。远程控制分为键盘鼠标控制、远程关机、程序隐藏等功能。

其中,视频采集与视频传输模块构成一个完整的视频监控系统,包括视频采集、视频捕获、编码压缩(解)、Socket网络连接、视频显示与视频存储等,如图2所示。

图2视频监控系统

以视频监控任务为例,对于视频监控系统的知识结构剖析后,知识点涉及的课程如图3所示,包括数字图像处理、数字信号处理、网络安全、计算机网络、数据结构与算法、面向对象程序设计、软件工程等课程。其中软件工程课程思想贯彻始终,由视频监控任务驱动。

图3视频监控任务驱动的课程联系

以视频监控之屏幕监控开发为例,分为客户端和服务器端开发。客户端主要作用是时时抓取本机的屏幕信息,将其分成多个数据报,发送到服务器。为了保证屏幕信息能够完整地发送服务器,客户端在发送一个数据报后,需要等待服务器发来的确认信息,然后继续发送下一个数据报,即网络课程中描述的停等方式。整个过程中其实可以概括为两个步骤,一是获取屏幕信息,将其转换为位图格式;二是通过UDP协议将位图信息发送到服务器。参照我校实验学院2007计算机科学与技术专业教学大纲和实践大纲,与步骤一相关的课程有面向对象课程设计与数字图像处理等课程。与步骤二相关的课程有网络编程、计算机网络等,具体内容为Socket连接、传输层协议等。以此思路完成视频监控任务的同时,也完成了整个任务的知识所属课程的还原。

如表1所示,以多媒体教室任务为例,应用知识点总计53个,原有教学大纲涉及知识点覆盖率能够达到70%以上,但是具体应用形式不足30%。这种情况是否说明了原有教学大纲与应用存在着脱节呢?我们觉得需要客观地认识这个问题才能最好的解决矛盾。

表1任务涉及知识点情况

任务功能知识点

(举例)知识点所属课程课程

性质知识点应用形式应用形式所属课程

多媒体教室屏幕监控VC++面向对象程序设计必修MFC无

UDP协议计算机

网络必修Socket无

位图多媒体

技术选修BMP无

……

首先,教学大纲的主体框架是经过多方科学论证,实践证明也是行之有效的。其次,我们的教学不可能以某个任务的实现为中心来开展,如果仅仅因为它没有完全满足某个具体任务的实现而给于否定是不客观的。但是可以把某个典型任务作为实际案例充实到教学过程中,使理论与实际更紧密地结合,使教学更加“言之有物”。再次,教学大纲是需要与时俱进,不断完善的,这也是我们每年都要组织专业论证修订教学大纲的原因。

基于以上认识,本文提出了以下解决办法。

一是课程大纲自身的修订与完善。在保证一些传统课程完成基本教学任务的前提下加入了一些更具应用性的知识点,比如在面向对象程序设计课程教学过程中加强对MFC的学习。

二是建立任务驱动的体系教学。每门课程根据自身特点在完成“任务”的过程中强化自己的任务角色。在本体系教学中,任务是驱动而非目的。比如我们在面向对象程序设计、计算机网络、网络编程、软件工程和毕业设计等教学环节都加入“视频监控”任务设计,为课程教学提供实例素材,充实了每门课程的实践环节,增强了理论与实践的沟通力度,反过来每个教学环节又都能够不同程度地为这个具体任务提供理论与技术支持,如表2所示。

表2任务驱动的体系教学

课程名称支持度设计题目内容学时

面向对象程序设计10%MFC应用小程序MFC2

计算机网络30%Socket网络通信Socket4

软件工程40%监控软件设计编程文档测试8

毕业设计100%视频监控系统设计与实现全部20

三是修订教学计划与教学大纲。把原有大纲没有体现,而在具体任务的实现过程中起重要作用,并且具有一定代表性的知识内容充实进来。如表1所示,其中的MFC编程和Socket编程就是经过证明需要重点加强的教学实践环节,在新的教学计划中有所体现。

3原型系统实现

原型系统为VB6.0界面+VC6.0模块实现。开发侧重于VC++的功能模块的实现及知识还原。所以,我们在原型中给出了34个基本模块的源程序和说明,这些基本模块以实际的任务为驱动组织在一起,按照不同的课程动态的分为了不同的实验环节(如图4)。

以“屏幕监控”任务为例,涉及网络安全课程的知识内容有数据捕获、协议分析与远程控制等,通过本平台可以直观地查看课程相关实验的背景说明与实验指导、源程序以及相关环节演示,没有在课程大纲覆盖范围的知识内容在“补充知识”栏中加以特别说明。学生可以在相关课程实验的学习过程中利用此平台直接找到实验内容的项目应用范例,也可以在软

件工程综合课程设计环节利用此平成屏幕监控的项目开发实践。

图4原型系统界面

4小结

任务驱动的通信网络综合实验平台目前已应用于网络课程实验、网络课程设计、数字信号处理课程设计、软件工程综合课程设计和毕业设计等教学环节。平台有以下三个特点:

(1) 知识点的融会贯通。以往的教学辅助平台都是以本课程为核心,内容相对比较孤立,虽然可以满足本课程的教学任务,但是并没有给学生一个更为清晰和系统的认识,这个知识点在实践中为什么要应用,是怎么具体应用的,它还可以怎么应用等。如网络协议的具体应用,是单纯的理论学习不足以完整体现的,需要在具体实践环境实例中去体会和掌握,而实际环境的构建又受着方方面面条件的制约。本系统提出以数据传输的完整过程为线索,以任务驱动方式综合相关课程的知识内容,运用软件工程思想来构建实践教学仿真平台。

(2) 开放性和可扩展性。学生不但是此平台的使用者,还是平台扩展内容的开发人员。

(3) 软件工程课程的理想的实践环境与实践素材。学生普遍反映软件工程课程枯燥难学的原因之一就是缺乏规范的实践演练与经验。本平台建设基于软件工程思想,严格规范的体现相关环节的具体应用,同时为软件工程实践教学提供一套更科学更规范的环境。

参考文献:

[1] 郑鲲. 基于本体的计算机网络课程群的开发研究[J]. 计算机教育,2008(18):93-94.

[2] 刘t玮. Visual C++视频/音频开发实用工程案例精选[M]. 北京:人民邮电出版社,2004:65,301.

[3] 宋坤. Visual C++视频技术方案宝典[M]. 北京:人民邮电出版社,2008:147.

[4] 李彦. Visual C++项目开发全程实录[M]. 北京:清华大学出版社,2008:198.

Integrated Experimental Platform Construction of Network Course

ZHENG Kun, LIU Xu-dong

(Information Engineering Department, Pilot College, Beijing University of Technology, Beijing 101101, China)

Abstract: The current verification practical teaching method commonly adopted in commutation network course is not able to meet the requirement, which needs new teaching methods as supplementary to change the current teaching situation. In this paper, the experimental teaching simulation platform is constructed based on the software engineering idea, which uses the complete procedure of data transmission as the clue and uses task-driven mode synthesizing the knowledge of related courses. Students may understand and master the specific application and technology characteristic of related knowledge points on the platform under task-driven mode while they are learning the oretical knowledge.

Key words: task-driven; data transmission; video surveillance