《交换技术》课程研究性实践教学探索

陈美娟，张 颖，杨国民

《交换技术》课程研究性实践教学探索

陈美娟，张 颖，杨国民

（南京邮电大学 通信与信息工程学院，南京 210003）

《交换技术》是电子信息类专业一门重要的主干专业课程，随着信息通信技术的不断发展，课程也应不断更新。研究性教学模式可以促进学生创新能力的培养，是高校教学改革的重要方面。针对《交换技术》课程实践教学环节存在的问题，结合南京邮电大学通信与信息工程学院实际情况，利用现有资源，创造有利条件，从实践教学内容的安排、实践环节的设置、实践教学平台的建设和实践教学方法等方面，对本课程的研究性实践教学进行了探索。

交换技术；实验；研究性教学；实践；教学改革

《交换技术》是理工类本科院校特别是通信类专业的一门重要专业基础课，该课程的主要任务是全面系统地介绍各种交换技术的基本概念和工作原理，课程涉及内容广、概念多［1］。随着交换技术和通信网络技术的迅猛发展，必须有机结合新技术更新课程教学内容。南京邮电大学的发展目标是成为教学研究型院校，教学质量的改革势在必行。为了适应发展的新要求，本文从实践环节探索了现代《交换技术》课程研究性教学方法，提出了在实践教学内容、教学环节、教学平台建设等方面的改革方案，旨在为基于本课程的创新型人才培养提供一种新思路。

1 《交换技术》教学当前存在的问题

我院目前开设三门交换类课程：（1）必修课《交换技术基础》，大三上开设，56学时（含4学时实验）。实验基于JH5003实验箱和软交换设备。选用《交换技术》［2］为教材，内容包括基础知识和每种技术的详细讲解，包括数字程控交换、No.7信令系统、ISDN交换、移动交换、智能网业务交换、ATM交换和软交换。（2）选修课《宽带交换技术》，大三下开设，32学时（含4学时实验）。实验基于MPLS设备。没有指定教材，有指定参考书，内容包括ATM交换、MPLS交换、软交换和IMS技术。（3）选修课《数字程控交换系统》，大三下开设，32学时（含6学时实验）。实验基于S1240程控交换机。没有指定教材，有指定参考书，内容主要涉及S1240交换机的软硬件结构、工作原理和交换机操作。

虽然我们对课程的实践环节进行了改革［3］，但也暴露出一些不足之处：（1）《交换技术》发展日新月异，社会对所要掌握的交换技术也随之变化，实践内容没能得到及时更新，不能体现出当前社会的实际需求。（2）调整教学大纲，减少课时，通信工程专业的《交换技术基础》已经从64学时减少到56学时，今后还要减至32学时。现在很多实验安排在课内时间完成，这在今后将不可能。（3）课内实验都有详细实验指导书，学生按部就班，只要操作不出错，结果一定正确。这种方法不利于学生创新精神的培养。

2 研究性教学模式下实践教学改革探索

《交换技术》的理解和学习不仅需要高效的课堂授课，更为关键的是实践环节的直观体验和感受。学生对通信类课程的普遍性认识是：理论内容多、逻辑性强、表征抽象、理解难度大。本文结合教学实际，从实践教学内容、实践平台、实践教学方法、考核等方面，对课程实践环节的改革进行了探索。

2.1 实践教学内容改革

实践教学内容的选取以突出原理、注重教学内容的时效性及应用性、消化吸收课程上的理论知识为前提，加深对各种交换方式以及呼叫处理基本原理的理解；同时让学生了解电信运营商实际使用的通信设备，增强学生实际动手操作能力。

交换类课程主要包括以下实验：程控交换实验箱、数字程控交换机、仿真实验、软交换实验、IMS实验、SIP相关实验，移动交换技术实验和MPLS实验。

JH5003程控交换实验箱，是一个功能精简的传统程控交换机。S1240数字程控交换实验室，提供实训，学生联机操作可以观察程控交换机的呼叫处理过程、设置和验证程控交换机的业务。因为程控交换机在当前处于被替代的局面，今后将减少课程内用时。

仿真实验是基于Matlab、C语言等的实验，实验内容涉及时分交换网络、不同交换技术关键技术体现等。仿真系统的搭建本身是一种创新实验，而设计出来的实验类型可以有不同类型。

我校采用中兴通讯设备建设软交换、IMS、MPLS、TD－SCDMA等实验室，提供实训。这些当前正在使用的技术，在实践环节中正被加强。

2.2 实践教学环节的设置

因为交换技术类课程学时的限制，不可能在规定的课时内完成上述全部实验内容，因此，这些实验分布于不同时期完成。

2.2.1 认识实习

大二阶段，学校安排有连续一周的认识实习。内容是安排学生参观专业实验室、机房。学生会进入S1240、软交换、MPLS、IMS、TD－SCDMA等实验室参观，了解实验室系统结构和提供的实验项目。这是学生在进行专业基础课程学习前的一个热身，能提升学时对专业知识的兴趣和好奇心。

2.2.2 课内实验

大三阶段，学校开设交换技术类课程。期间也有不固定时间的为期两周学时的课程设计，可以实施上述有关实验容，根据繁简程度，有的内容安排为课内实验，有的放在课程设计内完成。

2.2.3 生产实习

大四阶段，学校安排有连续三周的生产实习。这期间，学生会走进实验室、运营商机房、对口单位机房，完成指导老师设定的任务。这些任务可以是上述的设计型、综合型、创新型实验或较内容复杂的实验。

2.2.4 毕业设计

毕业前用大半年时间于毕业设计，课题可以基于上述比较复杂的实践内容，要求学生做成一个较为完整的小系统。此时，学生对于交换技术达到可以应用、自己设计和创新的一个程度，达到了学以致用，创新精神至此可以得到更大程度的发挥。

2.2.5 开放实验

很多专业实验室都提供开放实验，学校的交换技术类实验室也不例外。开放实验室为全校学生提供实验，对相关实验或技术感兴趣的学时均可以申请参加，并与实验室老师约定时间。这实现了实验室资源的高效利用，给致力于研究的学时提供了一个通道。能培养学生的自主创新学习能力，将理论知识传授和学生自主创新能力培养相结合。

2.2.6 通信技术综合实验

通信技术综合实验面向大四学生，是在各专业课程基础上开设的通信类模块化独立实验课，面向通信工程、网络工程等专业学生，也可以适应不同专业和层次学生进行选修。通过综合实验使通信类专业学生和不同专业学生能够较全面地了解通信系统的应用技术，能够熟悉第三代移动通信系统、数字程控交换机、光纤通信系统、软交换系统、卫星通信系统，设备组成及其工作原理，熟悉系统基本架构和操作方法，培养后续开展各项实验的能力，通过实验教学环节，使学生具有较宽广的专业知识面，具有一定的专业技术综合应用能力。

2.3 实践教学平台的建设

2.3.1 程控交换实验箱

独立学院的《交换技术基础课程》必做程控交换实验箱实验。实验箱中各功能硬件电路芯片和连线一目了然，方便学生了解电路工作原理。一些实验必做，还有一些选做，其他实验可在课余有兴趣时做。必做实验项目包括：空分交换实验、时分交换实验、局间通话实验。选做实验为：电话会议实验、交换机维护实验和程控交换新业务。通过这些实验，使学生能够很快验证课堂上所讲相关交换技术，了解基于交换机业务提供方法。

2.3.2 数字程控交换机

《数字程控交换技术》课程必须做基于S1240数字程控交换机用户管理和中继管理实验。用户管理实验要求学生在交换机上配置有关用户数据，完成用户改号操作和用户新业务功能设置。学生输入人机命令后，判断交换机是否正确接收数据，最后用话机验证结果。

中继管理实验，要求学生在交换机上配置交换机的局数据，模拟长途呼叫过程。学生输入人机命令后，判断交换机是否正确接收数据，最后用话机验证长途呼叫是否能建立。

2.3.3 仿真实验平台

学校没有建设专门的交换技术仿真实验平台，仿真实验是有兴趣的学生课后自己设计制作的实验。在课程教学适当时候，教师向学生介绍仿真实验的制作方法，可以实现哪些功能，建议一些开发软件和硬件及其使用方法。教师可以展示以前学生完成的仿真实验系统。目前，学生完成的仿真实验有：程控交换机呼叫处理功能、七号信令MTP2功能、移动交换机功能、MPLS（多协议标记交换）技术、ATM交换结构和网络信令、基于Simulink的时隙交换和交换核心技术多媒体展示等。运行仿真系统时，界面上会出现一些提示，要求学生进行相应数据的填写，实验方可继续运行。仿真实验的制作加深了学生对理论知识理解、融合了多学科知识的综合运用，有利于培养学生的创新意识。

2.3.4 软交换实验平台

通信工程专业《交换技术基础》课程必做软交换实验。有详细的实验指导书，要求学生提前预习。实验时2～3名学生一组，时间允许时，组中每名学生可操作一遍。学生登录网管平台客户端，完成SIP呼出、SIP呼入、消息跟踪、配置数据删除等实验［3］。

软交换实验平台提供SIP消息跟踪功能，但是在实际中跟踪的人数太多，后面的学生会无法设置跟踪。因此可以采用WireShark［4］等抓包软件来获取SIP消息，绘制相应消息流程。因为网管平台给学生开放的是最大权限，所以删除数据时要小心，避免误删而影响后续学生的实验。

实验过程中，老师在4个节点上检查学生：SIP呼出成功、SIP呼入成功、消息跟踪保存成功和删除数据结束，做好一个节点奖励一颗星。这种措施很激励大家，每名学生都热情高涨，非常认真。在软交换实验后，有兴趣的学生可以在课程设计或者毕业设计中继续从事软交换方面的研究，例如制作SIP UA［5］、实现一个基于SIP协议的即时通信系统［6］等。

2.3.5 IMS实验平台

IMS实验平台面向全校师生（包括三牌楼和仙林校区），实现VoIP等多种需求，软终端使用中兴通讯的SoftDA，在互联网上下载的其他软电话也可以注册到IMS平台。实验平台可以提供电信级的VoIP服务，可以实现的功能有语音或视频通话、音视频会议以及数据会议等，并且能够在维护管理平台上为不同的号码配置个性化的电信业务。通过这个系统，可以方便的实时分析媒体流，有利于学生对多方会议时SIP信令的理解。

初始配置时可以选择场景，在配置文件中，SCENE=2时SoftDA只具有呼叫功能，等于3时所有功能都可以使用。另外一个在配置中必须更改的就是P－CSCF值。P－CSCF（Proxy－CSCF）是IMS拜访网络的统一入口点。所有IMS终端发起和终止于IMS终端的会话消息都要通过P－CSCF。在实验中把这个值修改为IMS实验室服务器的地址，才能够保证正常使用。

2.3.6 移动交换实验平台

TD－SCDMA移动通信实验室包括无线接入网部分与核心网部分，无线接入网部分包括RNC和两套NodeB设备，核心网CS域包括MGW和MSCSERVER，核心网PS域包括SGSN和GGSN，另有HLR、媒体服务器、网管平台等设备。目前可以开设的实验项目包括：TD设备演示、网管平台功能演示、各类数据配置、消息跟踪。

数据配置类实验是学生登录网管平台后，在线配置数据，加载不成功时查错，这样一套数据配置下来需要花费很多时间。因此，后续考虑采用脱机的方式配置数据，利用排队机安排学生依次加载自己配置的数据。实验室配备多位指导老师也很必要。

2.3.7 MPLS实验平台

MPLS实验平台核心网和骨干层由三台中兴3884路由器，两台中兴T600核心交换机组成，设备连接示意如图1所示。基于MPLS平台提供两类实验：MPLS基本原理实验和MPLS VPN实验。MPLS基本原理实验依次包括以下内容：Telnet远程登录路由器、局域网的路由配置和连通性、配置MPLS并观察标签分发和交换过程。MPLS VPN实验依次包括以下内容：局域网内与网间的互通配置、MPLSVPN配置、观察MPLSVPN实验现象。

图1 MPLS实验室设备连接示意图

该实验内容在具体实施时，因为不能多名学生同时设置一台路由器，因此可以将学生分成小组轮流在实际设备上完成。但是这样也会花费较多时间，为此，可以一组学生在实际设备上做，其他同学在虚拟机上做［7］。

2.3.8 社会实践基地

学校要求各专业都要与企业建立社会实践基地，通过深入企业和生产第一线，了解相关专业知识和理论在实际生产中的应用，学习生产技术和管理知识，巩固和深化所学理论，获取本专业的实际知识。这对培养学生理论联系实际，以及加强学生综合素质教育，具有十分重要的意义。学生去基地，学校均有带队老师前往，基地也有实习内容安排。根据学生在基地的表现，学校对实习期间表现突出的学生和老师给予奖励。

2.4 采用研究型实践教学方法

确定了研究性实践教学内容，应该采用与之匹配的研究性实践教学方法，本文对此进行了探索。

2.4.1 理实一体化教学

传统的教学方法是理论教学和实践教学学时分开的，理论教学在课堂完成，实践教学在实验室完成。这种教学方法偏重于学科体系的完整教授，不能更好地将理论和实践紧密联系在一起。采用理实一体化教学模式［8］，教师将部分实验内容融入到课堂上来，实现理论与实践的紧密联系，一方面做到了所见即所得，提高了学生的感性认识，另一方面提升了学生学习积极性，能够更好地培养学生的创新能力。理实一体化教学模式中，现场会出现各种情况，学生也会提各种问题，会促进教师不断学习，紧随技术的发展，提升教学水平和实践能力。

2.4.2 协作式实践教学

有的实验因为设备原因，不能做到一人一套，因此学生必须分组，形成了协作式实验［9］。在研究性教学的开展中，学生的分组基本强调自愿组合，有研究发现，异质组通过协作，更有利于结合小组各成员所拥有的不同文化背景，互相取长补短，增进学习效果。而同质组的学习形式，可能更有利于优等生的学习，而不利于后进生的进步。因此，在学生自愿组合学习小组的时候，教师可以加以引导，使小组成为异质组。

分组实践教学使组内应用能力强的同学可以带动其他同学共同学习。小组内成员分工，例如有人负责实验原理研究，有人负责操作，有人负责记录等。实践允许情况下，大家可以角色互换。实验成绩为小组成绩和个人成绩的加权和。

2.4.3 实践导师制

对于有些设计型、综合型和创新型实验，学生可以自发组合，形成研究小组［10］，联系指导教师。教师可以报名成为实践导师，有时对于某个实践课题，涉及多个专业领域。因此，一个研究小组会有多位指导教师，这样形成了一个课题指导小组，大家共同讨论制定研究进度。小组定期交流，确定下一阶段任务。这种形式的实践教学，有利于致力进行研究的学生，需要学生和教师投入时间、精力，但这也增进了教师之间的学科交流、加强了师生之间的沟通，有助于学生更快地成长。

3 结束语

信息通信技术已成为发展最快、渗透性最强、应用性最广的技术之一，培养高层次高素质人才已成为通信类学校的核心问题。实践环节是教学改革的重要组成部分，本文从实践教学内容、实践教学环节、实践教学平台、实践教学方法等方面对《交换技术》课程的改革进行了探索，希望藉此提高教学质量，促进学生创新能力研究能力的培养。

［1］陈美娟，张颖，许岚，等.“交换技术”课程教学改革探索［J］.电气电子教学学报，2011（10）：20－22.

［2］糜正琨，杨国民.交换技术［M］.北京：清华大学出版社，2006.

［3］陈美娟.交换技术课程实验设计探讨［J］.实验科学与技术，2007，5（5）：121－124.

［4］Chris Sanders.Wireshark数据包分析实战［M］.诸葛建伟，陈霖，许伟林，译.北京：人民邮电出版社，2013.

［5］陈蕊，唐红，赵国峰.SIP协议用户代理的研究与实现［J］.通信技术，2010（2）：163－165.

［6］刘舒然.基于SIP协议的即时通信系统的设计与实现［D］.北京：北京交通大学，2012.

［7］杨信智.基于虚拟机的MPLS网络实验平台实现［J］.通信技术，2010（5）：55－58.

［8］何利娟.理实一体化教学模式在网络专业课程中的应用－以“路由与交换技术”课程为例［J］.石家庄职业技术学院学报，2012（4）：69－71.

［9］姜华，孙新宇.研究性合作式学习模式的构建与实施效果分析－以本科生“管理心理学”课程改革为例［J］.中国高教研究，2012（10）：107－110.

［10］陈文彦，王栓宏.体验美国大学的教学模式［J］.中国大学教学，2013（5）：94－96.

Study on Research Practical Teaching in Switching Technology Course

CHEN Meijuan，ZHANG Ying，YANG Guomin
（College of Telecommunications and Information Engineering，Nanjing University of Posts and Telecommunications，Nanjing 210003，China）

Switching technology is an important backbone professional course in the electronic information specialty.With the development of information and communication technologies，the course should also be continuously updated.Research-oriented teachingmodel can promote cultivation of students'innovative ability.It is an important aspect of teaching reform in colleges and universities.Aiming at the problems of practice teaching in Switching technology course，combined with the actual situation of our college，using available resources，creating favorable conditions，this paper explores the research practical teaching of the course in arrangementof practical teaching contents，setting of practice link，construction of the practical teaching platform and themethod of practice teaching.

switching technology；experiment；research teaching；practice；teaching reform

G642.0；TN911

A

10.3969/j.issn.1672－4550.2014.05.059

2014－02－17

南京邮电大学基金资助项目（2013XZZ04），（JG00213JX66）。

陈美娟（1971－），女，硕士，副教授，主要研究方向：交换技术类课程教学和下一代网络资源管理研究。