本文在分析网络技术发展趋势的基础上，研究了Internet、无线网络与网络安全技术的发展对网络教学的影响。结合计算机网络课程教学与教材体系建设的实践，提出了“适应21世纪技术发展要求，以科学研究支持网络课程改革，以教学研究指导教学与教材体系建设”的工作思路，研究并提出了本科与研究生教学、理论教学与能力培养一体化的计算机网络课程教学与教材体系的建设方案。
为贯彻教育部“质量工程”建设的精神，培养高素质创新型人才，本文结合南开大学信息技术科学学院计算机系网络实验室20多年来在计算机网络课程教学与教材体系建设的实践，探讨以科学研究支持教学改革，以教学研究指导教学与教材体系建设，提出了本科与研究生教学、理论教学与能力培养一体化设计的计算机网络课程教学与教材体系建设方案。
1以科学研究支持教学与教材体系建设
如何解决好科研与教学的关系是每所大学和每一位教师都会面临的问题。大学的科学研究在产生创新性思想与成果的同时，应该对教学质量的提高起到重要的支持与推动作用。教师通过完成高水平的科研项目来提高自身的学术水平，高水平的科研成果可以为高素质人才的培养提供一个高质量的平台与环境。大学的科研与教学应该形成相辅相成、相互促进的关系。结合南开大学网络实验室的具体情况和课程体系建设的实践，我们深刻地认识到：高水平的科学研究对于高质量的教学与教材体系建设可以起到重要的支撑和指导作用。
1.1网络技术在计算机科学与技术学科中的地位
计算机网络是当今计算机科学与技术学科中发展最为迅速的技术之一，也是计算机应用中一个空前活跃的领域。21世纪的一个重要特征是数字化、网络化与信息化，而它的基础是支持全社会的强大的计算机网络。计算机网络的应用已对当今社会的科技、经济、政治与军事发展产生重大的影响。2005年2月16日ACM宣布Vinton G.Cerf和Robert E.Kahn获得2004年A.M图灵奖，以表彰他们在设计和实施Internet基础通信协议方面的成就。这项图灵奖向世人说明了网络技术在信息技术中的“基石”作用，也确定了Internet的学术地位。美国商业周刊和MIT技术评论在预测21世纪“未来技术发展”的报告中列举的改变世界的10大技术与21世纪最有影响的21项技术，以及我国政府制定的中长期科技发展规划中有相当一部分内容涉及到计算机网络技术。
随着网络技术的广泛应用，网络教育也开始由普及阶段向“扁平化”和“深层次”方向发展。“扁平化”表现在网络课程的教学正在从计算机专业向相关专业发展；“深层次”表现在社会急需大量精通网络技术的高级专门人才。新的形势对网络课程的教学也提出了更高的要求。
1.2坚持教学与科研紧密结合、相互促进
网络技术发展迅速，应用广泛，知识更新快。要规划出适合21世纪技术发展要求的、高质量的网络课程体系，必须跟进技术的发展，不断优化课程结构，精炼教学内容。要做到这一点就需要发挥科研团队的集体智慧，依靠团队成员在科学研究中对新技术的深入、准确地理解和把握，找准发展轨迹，总结研究方法，恰当地选择和确定教学内容，形成合理的教学体系，以科学研究支持高质量的教学与教材体系建设。
南开大学计算机网络教学科研团队从20世纪80年代初开始承担科研项目，开设网络课程，招收研究生，开展数据通信、计算机网络与网络安全方向的教学与科研工作。团队成员20多年以来一直坚持教学与科研紧密结合、相互促进，在教学和科研中积累了丰富的经验，形成了一支学术思想活跃、老中青相结合、稳定的教学科研团队，为开展高质量的网络课程教学体系建设打下了良好的基础。近年来团队成员作为教育部考试中心全国计算机等级考试委员会委员参加和主持了全国计算机等级考试3级“网络技术”、4级“网络工程师”的考纲制定、教材编写工作。同时，团队成员参加或主持地方政府城市信息化建设“九五”、“十五”与“十一五”规划，以及信息技术研究、产业发展规划、科技发展中长期规划的研究与文件起草工作。通过与产业界及政府各级管理人员的合作，研读有关文件和资料，从更加宏观的角度去认识、思考网络技术的发展轨迹，及其对社会、经济、产业发展的影响。这些经历也使得团队成员对于未来网络技术的发展趋势有了一个更加深刻、全面的认识与把握。
1.3梳理网络技术发展主线，搭建合理的教学体系
如何在复杂的网络发展过程中找出主流技术、掌握发展趋势是构建网络教学体系的基础。团队成员结合科研和教学实践，提出了网络技术发展三条主线的思想。这三条主线是：ARPANET-TCP/IP-Internet技术，PRNET-Ad hoc-WSN/WMN的无线网络技术与网络安全技术。
从第一条主线看，在ARPANET发展到Internet的过程中，强烈的社会需求促进了广域网（WAN）、城域网（MAN）与局域网（LAN）技术的研究与产业的发展；而广域网、城域网与局域网技术的成熟，又加速了Internet的应用进程。
第二条主线无线网络技术是从无线分组网（PRNET）到无线自组网（Ad hoc），发展到目前正处于研究阶段的无线传感器网络(WSN)和无线网格网(WMN)。随着近年来无线技术的成熟与广泛应用，社会对无线网络应用的需求剧增，无线网络技术发展迅速，为网络技术研究和产业提供了一个非常大的发展空间。
第三条主线网络安全技术是伴随着前两条主线的发展而发展，并且逐渐为人们所认识。社会对网络技术依赖的程度越高，网络安全技术就越显得重要。网络安全技术已经成为当前研究与应用的又一个热点问题。
从计算机网络发展三条主线的思路出发，我们可以比较容易地分析出哪些技术是网络研究的基础性和标志性的技术，哪些属于过渡性技术，哪些是未来需要重点研究与发展的技术。这种从科研工作基础上总结出来的技术分类方法可以帮助我们对技术研究与应用的现状、趋势有一个比较全面和准确的把握，为构建高质量的教学与教材体系打下了坚实的理论基础。
2以教学研究指导高质量的教学与教材体系建设
2.1教学研究能够为教学与教材体系建设提供先进的教学理念
科学研究可以使我们从更高的角度、全局的视野去认识和把握技术的发展趋势，而教学研究对高质量的教学与教材体系建设能够起到重要的指导作用。团队成员在承担科学研究工作的同时，也承担了多项教学研究项目。其中，本科的计算机网络课程是南开大学校级精品课程及双语教学课程；网络多媒体教学系统项目获南开大学教材建设立项资助；计算机网络网上教学课程建设项目获天津市教委网络课程建设项目资助。
教学研究需要完成的工作任务是：与国内外同行专家进行学术交流，共同探讨提高网络课程教学质量的方法；浏览和跟踪各个学校的教学网站，研究和了解国内外知名大学网络课程教学内容、教材与主要参考书，以及作业与实验、教学方法与教学过程控制改革的动向；选择国际上最流行的教材，了解这些教材是如何处理新的技术发展与教学内容的关系。
有了国际知名大学的课程教学安排与教材作为参照物，借鉴美国ACM 和IEEE/CS最新制定的计算机学科课程体系，才能使我们研究的网络教学与教材体系的内容、质量有可比性和评价依据。
2.2对国外主要网络教材的比较与分析
（1）选择国际知名大学教材作为参照物
我们选择的国际知名大学使用的教材主要有：Andrew S.Tanenbaum《Computer Networks (Fourth Edition)》，Douglas E.Comer《Computer Networks and Internets with Internet applications（Third Edition）》，James F. Kurose Keith W.Ross《Computer Networking A Top-Down Approach Featuring the Internet 》等。我们在细致地分析了3本教材的内容选取、章节组织、课程体系、作业与练习、参考文献等内容之后，重点研究了Andrew S.Tanenbaum的《Computer Networks》第1版到第4版的内容更新过程。
（2）确定重点研究对象
《Computer Networks》的4个版本分别出版于1980年、1988年、1996年与2003年。这本书的第1版出版于1980年，当时网络技术研究处于开始阶段，因此教材的主要内容仅仅只是讨论了网络的一些基本概念。第2版出版于1988年，当时网络的使用还只限于大学与大公司，网络处于两大体系结构竞争的阶段，因此教材主要是以介绍OSI参考模型为主，以TCP/IP协议体系为辅的格局。第3版出版于1996年，当时正处于Internet开始广泛应用的阶段，因此教材以大量的篇幅讨论TCP/IP协议与Internet是符合当时技术发展水平的。第4版出版于2003年，当时的网络技术主要讨论的是Internet应用、高速局域网、无线局域网、网络安全，以及接入网技术，因此教材的第3版与第4版之间在概念与内容选取上一定会作比较大的调整。
（3）认真分析技术发展对教材内容的影响
在以上分析的基础上，我们进一步将《Computer Networks》的第3版与第4版之间按照章节与章节包括的内容作了仔细地对比与分析。
① 第1章（概论）的网络应用讨论中增加了电子商务应用、网络家庭应用、移动网络应用；网络硬件的讨论中增加了无线网络、家庭网络的内容；网络实例的讨论中删去了SMDS、X.25、ISDN、ATM的内容，增加了Internet与WLAN的内容。
② 第2章（物理层）增加了关于ADSL接入技术的描述，删去了ISDN、ATM的内容；增加了1G、2G、3G与 Internet over Cable的内容，删去了Cellular Radio的内容。
③ 第3章（数据链路层）内容变化不大，只是删去了ATM DLL的内容。
④ 第4章（介质访问控制子层）在多路访问协议内容中删去了Cellular Radio的内容；在局域网的讨论中删去了802.4、802.5与802.6的内容，重点讨论了Ethernet技术，增加了交换式 Ethernet 、FE、GE与10GE等高速局域网的内容，增加了802.11无线局域网、802.16宽带无线网络、蓝牙技术Bluetooth等无线网络的内容。
⑤ 第5章（网络层）增加了有关QoS的Diff-Service、MPLS内容；删除了ATM NL；将防火墙的内容从网络互联移到第8章。
⑥ 第6章（传输层）除了删去ATM AAL 协议之外，其他的内容基本不变。
⑦ 第7章（应用层）只是将原有的网络安全、网络管理内容移到第8章，成为专门的一章，减少了关于USENET、NEWS的讨论。
⑧ 第8章（网络安全）是新增加的一章。第8章的主要内容包括密码学基础、数字签名与认证协议、通信安全、E-Mail安全、Web安全与网络安全社会问题等。第4版增加网络安全一章是恰当的，它顺应了技术发展的形势与社会需求。
从《Computer Networks》第1版到第4版内容的比较、分析中，我们可以确定哪些是网络技术发展过程中“不变”的基本概念、方法与技术，哪些属于过渡性的技术，并且可以清晰地梳理出这些技术的内在关系。
同时，通过对以Cisco为代表的大型网络设备制造商与软件公司在员工培训、认证考试内容的变化情况的跟踪，了解产业界对人才需求的变化。结合团队成员在科研预研工作中对当前热点问题的研究、新的协议标准制订情况的了解，以及跟踪国内外知名大学每年教学内容与课程训练的更新情况，借鉴美国ACM 和IEEE/CS最新制定的计算机学科课程体系，不断调整、完善课程教学教材体系的总体设计思路与方案。这些工作成果为设计网络课程教学与教材体系提供了重要的决策依据。
3计算机网络课程教学与教材体系建设方案的设计
3.1本科与研究生课程教学目标的定位
针对目前计算机与相关专业本科与研究生招生规模、师资与实际教学情况，在天津市教委高教处与南开大学教务处立项支持下，我们确定了 “面向国内多数大学计算机及相关专业的实际需要，力求扩大成果受益面和共享范围，研究和设计本科与研究生教学一体化、理论教学与能力培养一体化的计算机网络教材体系”的工作任务。
在课程教学目标定位上，本科课程“以网络技术基本理论与基本方法为主体，充分反映网络技术的发展，培养学生掌握网络的基本知识、基本工作能力与继续学习能力”。研究生课程“以反映网络技术前沿研究成果与发展趋势为背景，充分反映现代网络技术发展水平，培养学生网络技术研究与网络系统研发能力”。
3.2计算机网络课程教学与教材体系
（1）课程教学与教材体系结构
总结团队成员20多年来本科与研究生网络课程教学的经验，以及指导研究生论文和科研的体会，吸取国内外知名大学成功的经验，确定了如图1所示的网络课程教学与教材体系。
（2）本科教材体系结构
本科教材体系由主教材、教师用书、习题集与习题解析、网络实验指导书、网络软件编程指导书，以及与主教材配套的电子课件组成。其中，教师用书对教学方法与各章知识点的结构进行了系统的讨论，同时提供了部分关键技术发展的背景资料与协议标准查找方法。习题供学生自我检查知识掌握情况以及教师布置作业用。网络实验指导书、网络软件编程指导书分别可用于硬件实验与基本的网络软件编程训练。
由于我国设置有计算机及相关专业的学校很多，师资与学生情况、培养目标等方面差异很大，不可能都要求统一配备有网络设备和硬件实验室。在这种情况下，由主教材在宏观上把握教学基本要求，不同类型的学校可以根据各自的情况，自主地选择是通过硬件实验，还是通过软件编程的方法，或者两者相结合的方法，来达到提高学生实际工作能力的目的。这种思路应该是比较有效和符合国情的。
（3）研究生教材体系结构
研究生教材体系由《计算机网络高级教程》与《计算机网络高级软件编程技术》两部相互配套的教材组成。在研究生教材体系的设计中需要注意3个问题。一是课程内容的前瞻性；二是本科与研究生课程内容的协调；三是理论教学与能力培养的协调。需要在研究生阶段学习网络课程的同学，在他们本科阶段一般都修过网络课程。由于学生不是来自同一个学校或同一个本科专业，所以学生在网络方面的基础差异很大。这就导致教师在硕士课程教学内容的协调上存在较大的难度。这些问题都需要在教学体系的建设中统一考虑。
主教材《计算机网络高级教程》重点讨论网络研究的最新发展与研究的热点问题，力求达到“反映计算机网络前沿研究成果与发展趋势”的要求。教材按照网络技术发展的三条主线：Internet技术、无线网络技术与网络安全技术，系统地讨论不同阶段的网络核心技术和重要的研究内容、方法与进展。在系统地讨论广域网与局域网的发展、城域网概念的演变、宽带城域网组建与接入网技术的基础上深入讨论IPv4、IPv6与移动IP技术，以及Internet应用技术。教材系统地总结了无线自组网络（Ad hoc Network）、无线传感器网络（WSN）与无线网格网（WMN）关键技术的研究与进展。在以上讨论的基础上，教材对网络安全技术的当前研究的热点、方法与进展作了一个比较全面的总结。同时介绍国外大学与产业界在评价研究成果时常用的网络性能分析、网络仿真的方法与开源工具。
为了达到“高素质创新型计算机人才应具有较强的实践能力”的要求，与主教材配套的有《计算机网络高级软件编程技术》。团队成员通过总结多年指导研究生学位论文的体会，在与已经毕业的研究生座谈、追踪调查中发现：培养学生网络理论的理解与实际工作能力，课堂教学可以起到非常重要的引导作用，实际的能力需要他们在参加科研工作和完成开发任务的过程中“悟”出来和“干”出来。他们在学习期间可能修过多门网络方向的课程，但是他们如果不能参加实际的研究与开发项目，那么他们对网络技术的理解一般是很表面和不扎实的。基于这种认识，我们根据自己完成科研与指导研究生开发项目的工作体会，结合课程教学的内容，找出学生必须掌握的基本能力结构要求，确定合适的题目，将科研成果转化为网络软件编程的训练课题。网络编程课题分为基础类、综合类与提高类等3类、5个难度级。其中，综合类与提高类的大多数题目都是从团队曾经完成过的研究与开发的课题中提炼出来的，这些“近似实战”的编程训练对提高学生实际工作能力具有很高的价值。
（4）教学方法的讨论
研究生教学过程中有两个问题需要认真解决。一是研究生的学习更应该强调“研究性”与“自主性”；二是同一届的研究生实际能力差异都很大，导师应该根据学生的已有基础与今后的研究方向“因材施教”。
导师的因材施教体现在：指导学生根据自己的基础、研究方向，选择不同类型、不同编程量，或不同的难度级的课题自主地完成训练，循序渐进地提高实际能力。从我们多年的教学经验看，同一届的研究生实际能力差异都很大。研究生教学更多的应该是根据不同的学生、不同的研究重点、不同的起点，有不同的训练方案，不能没有区别。但是多年来苦于没有适当的教材与教学资料支持，教师有再好的愿望也很难实施。这是困扰了网络课程任课教师多年的问题。但是要做到这一点需要做很多艰苦细致的工作和积累很多教学资料。经过10多年的积累与团队成员的集体努力，我们初步完成了一些基础性的工作。经过近几年的尝试，研究生的能力培养已经见到一定的成效。
为了适应研究生“研究性”与“自主性”学习的要求，《计算机网络高级编程技术》对每个课题都提供了入门所需要的资料、工具与实现方法的范例，学生可以通过自学来完成训练。《计算机网络高级教程》知识的覆盖范围宽，涉及目前网络研究的多个领域。《计算机网络高级编程技术》总的训练内容量比较大，覆盖的面比较宽，难度差异也比较明显。研究生教材不应该仅是一本一学期使用的教科书，更应该是一本技术参考书，甚至是一本手册。导师可以根据需要选择教材中部分内容做为基本的学习要求。学生学习的过程应该在导师的指导下有选择地自学和阅读，完成编程训练。有些内容可能第一次仅仅是读过和了解，如果今后科研、开发工作需要，可以再回过头来继续阅读和参考。
从研究生教学体系的设计中，我们希望通过学习《计算机网络高级教程》为研究生在网络领域的论文选题做好知识储备，学习《计算机网络高级软件编程技术》为完成论文做好技术储备。整个教学过程向“夯实理论基础，开阔科研视野，强化能力培养”的方向努力。
目前，在教育部计算机专业教学指导委员会的关心和指导下，在清华大学出版社的大力支持下，南开大学网络科研教学团队初步完成了课程教学体系中教材的编写出版任务。但是建设高质量的计算机网络教学与教材体系绝非是几位教师所能够承担的任务，它是需要各个学校、一代一代的教师，用毕生的心血去不断向前推进的事业。本文只能起到“抛砖引玉”的作用，希望引起老师们的讨论，共同为提高我国计算机教育水平而努力。