华为“鲲鹏”平台在“计算机网络与通信”教学中的应用

倪渊之 吴定会 陶洪峰

(江南大学 物联网工程学院，江苏 无锡 214122)

1 概述

随着各项信息技术和科技应用服务的发展，计算机网络在生产和生活中发挥着越来越重要的作用。对于高校人才培养而言，为了更好地适应现代社会发展对人才的迫切需求，越来越多的工科专业在其培养计划中新增或进一步强化了计算机网络与通信相关的课程。“计算机网络与通信”作为一门基于计算机网络系统的教学课程，理论与技能并重，涉及的教学内容体系化程度较高，与诸多信息类专业课程有较好的渗透与承接关系，学习该课程内容可为进一步开展实际网络系统的分析和设计打下基础。

“计算机网络与通信”课程全面系统地介绍了计算机网络体系结构、物理层、数据链路层、网络层、运输层、应用层、计算机局域网和计算机网络安全管理等内容。通过本课程的教学，学生可以较深入地理解计算机网络的体系结构，了解计算机网络中各层协议的工作原理，具备计算机网络组网的基本技术和计算机网络应用的基本能力。特别需要注意的是，在理论知识的基础之上，课程同样要求学生参与相关的实验操作，从不同的角度感知和验证课堂教学内容，并形成知识环路[1]。

近年来，为了改变我国计算机处理芯片和操作系统等技术严重依赖国外的现状，华为公司积极发展自主计算机处理器芯片和操作系统，在计算机基础系统和工具的开发中取得了一系列成果。其中，“鲲鹏”计算生态以“鲲鹏”处理器为基础，构建全栈IT基础设施、行业应用及服务，包括个人计算机、服务器、操作系统等重要核心业务[2]。基于“鲲鹏”计算生态，可以在相关行业建立较为完整的研发和应用体系，从而实现重要技术的自主化[3]。

值得注意的是，“鲲鹏”计算生态所包含的一系列软件和工具(包括鲲鹏主板、Taishan服务器、操作系统、中间件以及包含大数据、分布式存储、数据库等在内的计算解决方案)具有完整的服务生态,同时兼具开放性和自主性，同样可为高校“计算机网络与通信”的课程教学提供帮助，解决当前课程与前沿技术结合度不高的问题，助力高校教师丰富课堂教学内容，强化实验操作环节，最终提升教学质量。

本研究依据作者在“计算机网络与通信”课程中的教学实践，从当前课程的教学内容与存在的问题出发，深入分析该课程的教学难点与挑战。通过在课堂教学中结合“鲲鹏”平台中云计算理论与技术的内容，加强课本知识在实际操作中的对照性，并在传统实验环节的基础上加强与前沿技术的结合，同时强化课程思政的相关教学内容，进一步提升教学效果。

2 “计算机网络与通信”课程教学内容及存在的问题

“计算机网络与通信”是一门系统性强，涉及面广，内涵多元的课程[4]。学生在掌握了高等数学、大学物理、电路理论等基础课程的知识后继续学习该课程，可以建立对计算机网络工作方式的基本认知，掌握计算机网络体系中物理层、数据链路层、网络层、运输层、应用层等不同层次结构在计算机通信中发挥的作用，同时了解网络安全与管理、互联网多媒体服务机制以及无线网络和移动网络等内容[5]。本研究以“计算机网络与通信”课程在本校电气工程及其自动化专业的教学为例，展开进一步介绍。

2.1 教学内容

在课程起始阶段，首先向学生介绍计算机网络、互联网等基础概念，讨论其主体架构以及重要的组成部分，并引入计算机网络的主要性能指标，于课堂上初步形成对计算机网络体系结构的认知，为理解课程后续内容打下基础。随着课程内容的展开，分别向学生介绍物理层、数据链路层、网络层、运输层、应用层等计算机网络体系结构中的重要组成部分。通过对每层结构涉及的功能、协议、原理以及层间交互机制的介绍，向学生展示计算机网络系统的设计思想和功能实现方式。最后，回归计算机网络系统整体，从宏观应用角度学习网络安全、多媒体服务、无线移动网络等内容。

本课程以课堂教学为主，辅以实验环节和课后作业。授课过程中主要运用板书和多媒体教学，并借助相关线上教学平台加强师生互动，根据需求开展线上线下混合式教学。对于重要知识点，采用启发式教学，通过提出问题、分析问题、解决问题的思路进行授课，潜移默化地培养学生利用计算机网络与通信的专业知识解决复杂工程问题的能力。强调实验环节的重要性，引导学生通过实验过程和实验数据分析，加深对理论知识的理解和掌握，提高设计能力、创新能力和工程实践能力。

2.2 存在问题

当今社会对毕业生知识技能水平的要求越来越高，特别是对于工科专业的学生而言，不仅需要掌握专业的基本理论知识，同时也需要了解实际系统的前沿发展动态，掌握相关工具软件的使用方法。在2015版工程教育认证标准中，明确要求毕业生应具备运用应用数学、自然科学、工程基础等专业知识解决复杂工程问题的能力，要能针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具。该标准对非技术性指标如沟通能力、团队合作、工程职业道德等也有具体的要求[6]。因此，为了适应愈加具体的人才培养要求，充分发挥教学的引领作用，课程建设同样需要与时俱进。然而，由于各种原因，现有的教学内容和模式仍然存在一些不足，无法满足越来越高的时代发展需求。

2.2.1教学内容固定，缺乏与前沿科技的结合 “计算机网络与通信”是一门信息类专业的通识课程，在漫长的发展历程中建立了较为稳固的内容体系和教学方式。因此，这门课程的教学内容较为固定，特别是在有限的课时约束下每节课的内容都比较紧凑。对于教师而言，在教学时长内完成相关的教学任务并使得学生可以较好地理解课程内容往往需要较长的学时。基于上述现状，教师一般难以在现有的框架下革新教学内容以及教学模式，同时也无法再进一步将教学内容与前沿科技相结合。

2.2.2教学模式单一，未能融入先进教学手段 目前，“计算机网络与通信”的教学主要采取课堂系统讲授理论知识与部分实验操作相结合的方式。对于学生而言，所学习的理论知识与实际操作的结合度并不高，对于如何运用课堂知识解决实际问题的切身感受并不明显。虽然包括教室多媒体设备在内的教学设施在课堂中得到了应用，但是直接为课程内容设计和服务的手段并不多，特别是计算机网络相关软硬件实验平台的使用有限。学生在课程学习过程中对真实的计算机网络通信系统的了解与当前科研和生产过程中所用的应用服务仍有距离。因此，学生对如何应对复杂工程问题的体会并不深刻，相关能力并没有得到充分锻炼，难以完成毕业要求中的相关指标。

基于以上分析，在开展“计算机网络与通信”教学的过程中，需要充分考虑当前时代背景和技术发展状况，同时利用各方面的技术资源，提升教学质量和学习效果。

3 基于华为“鲲鹏”平台云计算技术的教学方案设计

华为“鲲鹏”平台云计算技术相关内容包括：云计算基础理论知识的介绍、配套的实验平台和相关的实验设计和指导书。在实践中，该课程可以较好地与“计算机网络与通信”的教学内容相结合，为学生提供一个了解计算机网络实际应用的范例，并在动手操作中感受课堂知识与前沿技术的结合，掌握使用云计算的相关技能。利用“鲲鹏”平台，可以丰富教学内容，完善实验机制，改善教学效果。与此同时，也有利于培养学生的动手和创新能力，更加精准地支撑本专业学生的毕业目标。

基于上述思考，本研究作者结合“鲲鹏”平台的特点，从理论教学、实验平台、课程思政以及认证课程四个方面对现有教学方式进行拓展：

(1) 理论教学。在完成计算机网络基础内容的讲授后，在课堂教学中融入部分云计算相关的理论知识，其教学内容概要如图1所示。基础理论主要包括：云计算概述、云计算基础介绍(包括虚拟化技术、OpenStack技术、容器技术等)、云计算服务概述(包括云计算的服务模式、鲲鹏基础设施、华为云鲲鹏云服务、华为云鲲鹏云服务解决方案等)。其中，考虑到课时的约束以及与课程主体内容的结合度，此处着重讲授云计算服务中与计算机网络通信结合度较高的内容，包括：以华为云为例的云计算服务架构、不同服务背景下云平台的构建方式、不同底层通信技术在组建云网络中的作用、虚拟化网络中的路由器和交换机以及网卡的作用等。通过将经典的计算机五层架构模型与云计算系统的“四层两域”模型相比较，向学生说明以云计算为代表的前沿技术发展历程的演进趋势。在实验配套的理论中，则以介绍云平台操作指导相关内容为主。

图1 基于云计算的课程教学内容概要

(2) 实验平台。基于所讲授的云计算理论知识，结合计算机网络通信的各种协议和功能，进一步引入华为“云计算”实验平台。利用实验课时介绍鲲鹏云平台中的云上ECS服务、高可靠服务、云手机服务以及数据库、Docker容器、大数据服务等内容，并在实践环节引入基于鲲鹏云的实验内容，包括：鲲鹏云应用高可用部署实验、鲲鹏云容器实验、鲲鹏大数据实验(可选)、鲲鹏云手机实验(可选)等。根据学生的兴趣和课堂教学的实际反馈，有选择性地将这些云计算实验融入计算机网络与通信的课程实验环节。更为重要的是，可以有效地把课堂上关于计算机网络构成、组网、功能实现的有关内容与云计算这一前沿技术相贯通，达到实践反哺教学的目的。

在进行云计算实验的同时，利用Wireshark软件抓取网络运行数据，分析数据包结构，了解计算机网络的各层协议(包括IEEE 802.11协议、ARP协议、IP协议、ICMP协议等)中的控制字段在实际应用中的功能实现过程[7]。通过将云计算平台操作实验与传统计算机网络实验相结合，实现前沿技术示例与经典实验设计的实践融合，更好地激发学生在实验过程中的思考和理解。

(3) 课程思政。课程思政建设是当前高校专业课程建设中的一个重要环节，体现了专业课的育人功能[8]。“计算机网络与通信”作为一门重要的专业课程，融合了多个学科的知识内容，涉及的诸多方面都与时代发展背景息息相关[9]。在专业知识的讲授中融入课程思政相关内容，有利于引导学生树立良好的世界观，用理性的思维意识对自然和社会中的问题进行思考[10]。而在对华为“鲲鹏”平台及云计算技术的课程讲授中，可以突出我国在科技发展中的巨大投入，讲述在研发过程中克服艰难实现突破的案例，以及展示近年来取得的一系列前沿成果。依托专业知识与课程思政，激发学生的爱国情怀和社会责任感，鼓励学生珍惜时光、刻苦钻研，树立起服务社会、精益求精的敬业精神。

(4) 认证课程。此外，华为认证面向公众提供人才培养体系和认证标准，拥有云计算领域的若干门课程，涵盖了云计算基础知识、虚拟化技术、云服务基础知识等多个方面，有助于培养学生在云计算部署、运维、管理方面的能力。在教学过程中，可以有选择性地将这些认证课程作为评价学生能力的一种方式。这项措施可为评价学生学习效果提供一个新的维度，并作为计算课程教学达成度的一项补充依据。

通过在“计算机网络与通信”中引入“鲲鹏”平台云计算技术的相关内容，学生可以加深理解、验证、巩固课堂教学内容，强化对计算机网络原理的认知，深入体会网络的工作原理与分析方法。在此基础上，用正确的理论指导实践活动，强化学生的知识实践意识，提高其实际动手能力，发挥学生的想象力和创新力，并结合课程思政教学设计，发挥课程育人功能。

4 结语

“计算机网络与通信”所讲授的内容与信息产业的发展息息相关，同时也高度契合社会对高技术创新人才培养的要求。通过课程的学习，学生将了解计算机网络与通信技术的发展历史以及其应用成果，明确科技进步和科技创新对国民经济的发展、国家军事力量进步的作用。在课程中引入华为“鲲鹏”平台云计算技术，可以更好地让学生理解课堂中讲授的理论知识，同时锻炼学生的动手能力。同样，该方法也有效地推广了相关产业的前沿系统和软件工具，有力地支撑了培养计划中的相关毕业要求，为学生毕业后从事相关研究、生产工作奠定了一定的基础。此外，在课程中介绍国家在计算机网络与通信领域所取得的发展和成就，了解具有自主知识产权的科学技术和设备平台，也有助于培养和激发学生的学习内驱力。