專題研究教學(xué)模式探索與實踐

摘要：本文通過“高等計算機網(wǎng)絡(luò)”課程的教學(xué)實踐，探索將專題研究引入課程教學(xué)的方法，從授課和閱讀、課程項目研究和研討三個環(huán)節(jié)進行分析，總結(jié)了專題研究教學(xué)模式中對學(xué)生研究興趣引導(dǎo)的方法和經(jīng)驗。教學(xué)實踐表明，將科學(xué)研究方法融合在課程教學(xué)過程中，對于培養(yǎng)學(xué)生科研能力和創(chuàng)新思維具有重要意義。

關(guān)鍵詞：專題研究；教學(xué)模式；計算機網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：G642文獻標識碼：B

1引言

專題研究教學(xué)模式是以研究組織教學(xué)，將科學(xué)研究方法和研究能力的培養(yǎng)融合在課程教學(xué)過程中，培養(yǎng)學(xué)生從事課題研究的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維[1] [2]。研究生教育建立在本科教育的基礎(chǔ)上，側(cè)重于為專業(yè)領(lǐng)域的研究提供背景知識和方法論[3]。通過課程教學(xué)的知識體系的組織和教學(xué)方法的改革，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

以“高等計算機網(wǎng)絡(luò)”課程為例，該課程是面向計算機學(xué)院碩士研究生開設(shè)的二級學(xué)科學(xué)位必修課，其教學(xué)目標是使學(xué)生掌握計算機網(wǎng)絡(luò)的基本理論和算法，理解計算機網(wǎng)絡(luò)的前沿研究的一些熱門領(lǐng)域的研究方向和研究方法，引導(dǎo)科研工作。計算機網(wǎng)絡(luò)學(xué)科的特點研究分支較多，內(nèi)涵豐富，發(fā)展迅速，采用專題組織教學(xué)內(nèi)容可以以點帶面，突出重要的、活躍的研究領(lǐng)域。同時，計算機網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為計算機科學(xué)研究領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，計算機學(xué)科各個專業(yè)的研究生都需要基于網(wǎng)絡(luò)平臺開展研究工作。因此，我們在專題研究教學(xué)過程中，強調(diào)專題研究的開放性，即在教師給定的大的專題類別中，研究生可以根據(jù)自己的專業(yè)興趣自行選擇具體的課程項目開展研究工作。

從教學(xué)實踐中看，盡管多數(shù)學(xué)生在本科階段已經(jīng)學(xué)習(xí)過計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)的相關(guān)課程，并且在研究生入學(xué)時已經(jīng)確定了各自的學(xué)科研究方向，但在選修該課程時，大多數(shù)學(xué)生對于如何進行課題研究很茫然，在課程學(xué)習(xí)中沒有明確的研究興趣；而在面向?qū)ｎ}研究的教學(xué)模式中，學(xué)生的研究興趣和參與程度對教學(xué)效果的影響很大。因此，如何協(xié)調(diào)好專題研究的開放性和學(xué)生研究興趣之間的關(guān)系，啟發(fā)學(xué)生的研究興趣是一個關(guān)鍵問題。在三年的教學(xué)改革實踐中，我們在這方面進行了有益的探索。

2專題研究教學(xué)模式的三個環(huán)節(jié)

傳統(tǒng)的以教材為主的教學(xué)模式在知識體系的開放性、前瞻性方面都有局限性。采用專題研究的教學(xué)模式，可以將

該領(lǐng)域的前沿研究和傳統(tǒng)教學(xué)體系相結(jié)合，提出問題，并從多角度、多方位學(xué)習(xí)解決問題的思路和方法；另一方面，在教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生積極參與，自主學(xué)習(xí)，相互協(xié)作，使教學(xué)過程真正成為教與學(xué)相互促進的活動。

在教學(xué)過程中，按照專題的方式組織教學(xué)內(nèi)容，每個專題以基礎(chǔ)理論為綱，結(jié)合國內(nèi)外的相關(guān)前沿研究，擴充知識的外延，并將科學(xué)研究的方法引入課程教學(xué)中。我們將教學(xué)過程分解成三個基本環(huán)節(jié)：授課和閱讀環(huán)節(jié)、課程項目研究環(huán)節(jié)和研討環(huán)節(jié)。

2.1授課和閱讀環(huán)節(jié)

授課和閱讀環(huán)節(jié)是整個教學(xué)活動的基礎(chǔ)。由于研究生本身存在個體差異，如入學(xué)時的基礎(chǔ)不同，專業(yè)方向不同等，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)活動具有復(fù)雜性和多樣性的特點。大多數(shù)學(xué)生在進入各自專業(yè)方向的研究課題之前，對課題研究方法和研究興趣并沒有一個清晰的認知。而一些專業(yè)課，特別是計算機網(wǎng)絡(luò)課程，已經(jīng)是從事計算機方面研究工作所必須的基礎(chǔ)知識。因此，在授課過程的設(shè)計中，一方面從整體把握課程的知識體系和研究熱點，強調(diào)知識體系內(nèi)在的聯(lián)系，另一方面，專題選擇應(yīng)具有開放性的特點。研究生通常具有明確的學(xué)科定位和研究方向，本身具有主動學(xué)習(xí)的能力，經(jīng)過各個專題的學(xué)習(xí)后，能夠自主選擇自己感興趣的研究領(lǐng)域，提出研究課題和目標，完成后續(xù)課程項目研究環(huán)節(jié)的任務(wù)。計算機網(wǎng)絡(luò)作為一門發(fā)展迅速的學(xué)科，很多問題本身并沒有確定的、完備的正確答案。每種新的理論和解決方法的提出都有其適用的場景和假設(shè)前提。因此，在教學(xué)中，根據(jù)當前的研究熱點和需要解決的技術(shù)難點確定若干問題，選擇一些高質(zhì)量的有代表性的學(xué)術(shù)論文進行深入分析。在閱讀環(huán)節(jié)，學(xué)生根據(jù)教師提供的參考論文，完成論文評述報告。通過這種方式培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

2.2課程項目研究環(huán)節(jié)

面向?qū)ｎ}研究的課程教學(xué)中強調(diào)引導(dǎo)學(xué)生以科學(xué)研究的方式自主學(xué)習(xí)，而不只是被動的接受知識。學(xué)生是學(xué)習(xí)活動的中心和主體，在教學(xué)過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動機處于整個教學(xué)活動的核心地位。根據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論[5]，學(xué)習(xí)過程是一種主動的、知識建構(gòu)的過程，通過學(xué)習(xí)者自身經(jīng)驗的互作用進行動態(tài)調(diào)整經(jīng)驗結(jié)構(gòu)的過程。以建構(gòu)理論為基礎(chǔ)的課程教學(xué)模式，是在教師的指導(dǎo)下，通過專題研究、問題驅(qū)動，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者主動探索知識的過程。

因此，課程項目研究環(huán)節(jié)是以學(xué)生為中心，在教師給定的專題框架下，使學(xué)生自主選擇自己感興趣的研究課題，進行課程項目的設(shè)計和實現(xiàn)。該環(huán)節(jié)強調(diào)對學(xué)生主動學(xué)習(xí)能力以及科研能力的培養(yǎng)，使研究生在完成課程項目的過程中，理論聯(lián)系實際，獨立思考，發(fā)現(xiàn)問題并尋求解決問題的科學(xué)方法。

2.3研討環(huán)節(jié)

研討階段是師生互動交流的環(huán)節(jié)，以小組為單位匯報各自的課程項目的研究成果，由教師組織大家進行討論。研討環(huán)節(jié)是對教學(xué)過程的重要補充，強調(diào)師生的共同參與。由于在前期授課階段側(cè)重于各個知識點之間的區(qū)別和特性，通過組織分組討論和交流，能夠很好體現(xiàn)它們之間的關(guān)聯(lián)性和共性，便于學(xué)生在討論中進行知識融合。在討論過程中，還可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生基礎(chǔ)知識方面的欠缺，及時進行彌補。另一方面，學(xué)生在完成課程項目過程中，有很多創(chuàng)新的思路，通過討論有助于相互交流研究方法和經(jīng)驗。

3教學(xué)實踐分析

在專題研究教學(xué)模式的教學(xué)實踐中，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生的研究興趣和參與程度對教學(xué)效果影響很大。與傳統(tǒng)的以講授為主的教學(xué)方式不同，對教學(xué)效果的檢驗不再是僅僅通過最后的期末考試體現(xiàn)，而是在課程項目研究環(huán)節(jié)和研討環(huán)節(jié)都會有所反映，對教學(xué)效果進行反饋。在教學(xué)過程中，教師對教學(xué)資源的組織和教學(xué)過程的有效管理，對學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的引導(dǎo)具有重要作用。通過“高等計算機網(wǎng)絡(luò)”課程的教學(xué)實踐，我們進行了三個階段的嘗試。

3.1第一階段(2005年)

我們在2005年進行“高等計算機網(wǎng)絡(luò)”課程教改，開始嘗試以采用面向?qū)ｎ}研究的方式組織課程教學(xué)。

在授課和閱讀環(huán)節(jié)，由于傳統(tǒng)的教學(xué)方式一直采用以教材為主，強調(diào)基礎(chǔ)理論體系的完整性和系統(tǒng)性，因此，在第一年的教改中，仍然采用傳統(tǒng)的計算機網(wǎng)絡(luò)分層體系結(jié)構(gòu)組織教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)內(nèi)容覆蓋面較寬，在每一層中選擇經(jīng)典的、有代表性或者是目前活躍的研究方面作為專題。

在授課過程中，在介紹每個專題之前，梳理系統(tǒng)的理論框架，引導(dǎo)學(xué)生自主修補基礎(chǔ)知識，拾遺補缺。在計算機網(wǎng)絡(luò)分層體現(xiàn)結(jié)構(gòu)框架下，進行專題優(yōu)化和整合。主要包括三個方面：

(1) 確定問題域：對某些領(lǐng)域的問題進行分解和細化，選取本領(lǐng)域中有代表性的研究專題，確定專題的方向；

(2) 提出問題，引導(dǎo)學(xué)生探討研究方法和解決方案；

(3) 解決問題方法的開放性，學(xué)習(xí)從不同的角度研究問題的方法，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用新的理論和方法進行求解。

專題確定后，通過問題驅(qū)動方式給出該專題的研究脈絡(luò)，每個專題給出相關(guān)的研究論文五篇左右，以經(jīng)典的研究論文為主，也包括部分前沿研究的最新成果，作為學(xué)生課后閱讀的資料。學(xué)生可以在每個專題中任意選擇一到兩篇進行精讀。

在課程項目研究環(huán)節(jié)，針對“高等計算機網(wǎng)絡(luò)”課程特點，我們確定課程項目類型可以是文獻綜述、系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)、模擬和仿真研究等，以便使不同基礎(chǔ)的學(xué)生都能有適合的選擇。該環(huán)節(jié)是從以教師為中心的教學(xué)模式向以學(xué)生為中心的模式過渡，鼓勵學(xué)生在課程項目實施中進行交流與相互合作，同時，也注重培養(yǎng)學(xué)生獨立完成科研工作的能力。該環(huán)節(jié)的工作主要包括：

(1) 確定課程項目的范圍。首先，教師根據(jù)本學(xué)科的前沿研究以及課程重點確定若干課程項目專題，選題具有一定的新穎性，包括新視角、新問題、新方法等，同時，具有探索空間和研究難度，并兼顧大多數(shù)學(xué)生的研究興趣，具有代表性。這樣才能激發(fā)學(xué)生的研究熱情，在教與學(xué)的互動中有所收獲。

(2) 組織學(xué)生開展課程項目的研究工作。學(xué)生根據(jù)研究興趣組成三至四人的研究小組，在教師給定的課程項目專題范圍中，自行確定具體的研究選題，并對小組成員進行分工，提交實施大綱。教師可以進行選題指導(dǎo)，并對研究內(nèi)容提出建議。在研究選題確定后，小組成員進一步搜集相關(guān)參考資料進行深入分析，并通過分工協(xié)作完成課程項目。最后，小組成員根據(jù)自己在課程項目中承擔的工作，獨立完成相關(guān)研究論文。研究論文內(nèi)容包括需要解決的問題和解決的方案，可設(shè)計實驗進行驗證或進行方法綜述和理論分析。

在研討環(huán)節(jié)，由于課時所限，并且“高等計算機網(wǎng)絡(luò)”課程選課人數(shù)多，很難保證每個小組都有機會進行課堂匯報，因此，我們采用小組互評和教師點評相結(jié)合的方式，即在每個專題的討論中，教師選擇研究工作有特色的小組進行匯報，其他組為評價組，進行提問和研討。這樣，在分組討論中調(diào)動每個學(xué)生的積極性，收到了較好的效果。在討論過程中，教師要及時進行歸納和總結(jié)，使討論不斷深化，同時，還需要控制討論時間，按計劃完成討論課的教學(xué)階段。

在該階段，我們確定的課程項目選題范圍包括：IP路由技術(shù)；IP服務(wù)質(zhì)量；IPv6的研究；TCP擁塞控制；網(wǎng)絡(luò)測量和性能分析。從教學(xué)效果看，這種采用專題研究的教學(xué)模式有助于引導(dǎo)學(xué)生研究興趣，通過課程項目的研究和討論可以調(diào)動學(xué)生參與的積極性和學(xué)習(xí)的主動性。

同時，在各個環(huán)節(jié)也發(fā)現(xiàn)一些問題。一是教學(xué)內(nèi)容覆蓋面過寬，由于時間限制，很多內(nèi)容只能做結(jié)論性介紹；同時，由于閱讀論文中經(jīng)典論文的比例較高，和教學(xué)參考書的內(nèi)容有重疊，使得學(xué)生對論文的閱讀目標不明確；教師沒有對學(xué)生的論文閱讀情況進行檢查，無法及時了解學(xué)生的研究興趣。

從學(xué)生完成課程項目的情況看，選題相對集中，課程論文以一般性技術(shù)綜述為主(約占80％)。例如，選擇IPv6專題研究的學(xué)生占35％，但課程項目選題及研究內(nèi)容相似，缺乏自主的、有一定深度研究工作。這是由于一方面，學(xué)生對這個領(lǐng)域比較關(guān)注，而IPv6網(wǎng)絡(luò)的研究工作在國內(nèi)已經(jīng)進行了多年，中文參考資料較多，對資料進行簡單的綜合就可以完成技術(shù)報告。另一方面，IPv6網(wǎng)絡(luò)還沒有得到實際部署，大多數(shù)學(xué)生缺乏實際的運行環(huán)境和使用經(jīng)驗，研究興趣并沒有真正調(diào)動起來，沒有體現(xiàn)出這個領(lǐng)域研究工作的多樣性。此外，盡管教師給出了參考論文，但很少有學(xué)生主動對前沿研究成果進行進一步檢索和跟蹤，反映出有相當數(shù)量的同學(xué)還沒有掌握課題的研究方法。針對上述問題，我們在第二階段進行了改進。

3.2第二階段(2006年)

我們在教學(xué)大綱的框架下，對教學(xué)內(nèi)容重點進行了調(diào)整。在授課和閱讀環(huán)節(jié)，增加當前活躍的研究領(lǐng)域所占的比例，突出重點的專題，加強對國際前沿研究的跟蹤。對一些內(nèi)涵豐富的大專題進行細分，縮減專題的覆蓋面，突出研究重點；在課程項目研究環(huán)節(jié)，增加和學(xué)生科研工作相關(guān)的自選課題。課程項目的選題范圍包括：IP路由技術(shù)；IP服務(wù)質(zhì)量；網(wǎng)絡(luò)模擬平臺的應(yīng)用與研究；TCP擁塞控制；網(wǎng)絡(luò)測量和性能分析；在課題研究中遇到的網(wǎng)絡(luò)相關(guān)問題及其解決方法

從學(xué)生完成課程項目的結(jié)果看，選擇專題六(和科研相關(guān))的學(xué)生完成的工作很有新意，能夠靈活運用所學(xué)知識解決實際問題，討論氣氛活躍。但仍存在一些問題，如在課程項目選題方面，個別選題較偏，如選擇專題三的學(xué)生僅占2％，表明該專題不適合大多數(shù)同學(xué)的研究興趣。因此，在教學(xué)過程中需要及時對學(xué)生研究興趣進行反饋，確定適當?shù)恼n程項目選題范圍。

3.3第三階段(2007年)

分析前兩年教學(xué)實踐中的經(jīng)驗和不足，我們在2007年對授課和閱讀環(huán)節(jié)、課程項目研究環(huán)節(jié)和研討環(huán)節(jié)進行了綜合調(diào)整。

在授課和閱讀環(huán)節(jié)，將基礎(chǔ)知識與前沿研究有機結(jié)合，突出重點和前沿研究領(lǐng)域；進一步加強對前沿研究的跟蹤，弱化當前不活躍的研究項目，增加閱讀論文的數(shù)量和質(zhì)量，選擇近三年相關(guān)研究領(lǐng)域頂級會議的論文。2007年度給出參考論文38篇，細分為五個大專題，七個小專題。

與授課進度相適應(yīng)，安排學(xué)生閱讀相關(guān)論文并在教師給定的時間段內(nèi)提交論文評述報告。由于“高等計算機網(wǎng)絡(luò)”選課同學(xué)人數(shù)較多，考慮到不同專業(yè)方向?qū)W生的研究興趣的差異，允許學(xué)生可以在教師給定的專題里自行選擇自己感興趣的若干篇論文。論文評述報告內(nèi)容包括分析論文中問題提出的背景，研究方法和理論，以及對論文優(yōu)缺點的評價等。

同時，加強各個教學(xué)環(huán)節(jié)的過程管理。在授課過程中，穿插論文閱讀和討論，提高學(xué)生主動參與和學(xué)習(xí)的積極性。有些學(xué)生在論文評述報告中有自己的分析和獨到的見解，可以請這些同學(xué)在課上進行講解，教師組織大家討論，并進一步分析和點評。教學(xué)實踐表明，在授課過程中引入論文閱讀和討論機制，可以對學(xué)生的研究興趣進行反饋，及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生關(guān)注的問題和專題，在教學(xué)過程中進行有針對性的分析和引導(dǎo)。

本階段課程項目選題范圍為：網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和路由技術(shù)；IP服務(wù)質(zhì)量；網(wǎng)絡(luò)資源管理；網(wǎng)絡(luò)測量和性能；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；課題中與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相關(guān)的研究問題。從教學(xué)效果看，本階段學(xué)生的課程項目選題的分布領(lǐng)域比較平均(六個專題分別為：21％；11％；13％；17％；12％；26％)，并且研究內(nèi)容很少有雷同，每個研究小組完成的工作都有自己的特點。這說明，通過加強學(xué)生在授課過程中的研究性和自主性學(xué)習(xí)，拓寬知識面，使學(xué)生對研究專題的理解有了進一步深化。同時，課程項目的完成質(zhì)量有顯著提高，課題研究工作具有多樣性、創(chuàng)新性的特點，對前沿研究的分析能力有明顯增強。

但仍然存在一些問題，如有時論文閱讀環(huán)節(jié)的課堂討論和授課內(nèi)容的安排不同步，影響授課效果；有些論文難度較大，學(xué)生自學(xué)困難，需要進行調(diào)整；應(yīng)加強網(wǎng)絡(luò)研究中的實踐環(huán)節(jié)，如系統(tǒng)設(shè)計和模擬平臺的使用等。

4結(jié)束語

從教學(xué)實踐可以看出，面向?qū)ｎ}研究的教學(xué)模式對于培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和創(chuàng)新思維有重要意義，同時也存在一些問題，需要我們在今后的教學(xué)實踐中進一步改進，探索實施專題研究教學(xué)模式的有效途徑。

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Research and Practice of Subject-oriented Instructional Pattern

LI Wei，LI Yun-chun

(School of Computer Science and Engineering， Beihang University， Beijing 100083 )

Abstract：According to practice of instruction in the course of Advanced Computer Networks for graduate students， the method of subject-oriented research is introduced into the procedure of course teaching. The procedure is divided into three main stages: teaching reading， course projects and discussion. The practices show that it is very important to guide research interests of students， which is related to the effect of course teaching. It is of great sense to training the ability of students to engage in research works.

Key words：Subject Oriented，Instructional Pattern，Computer Networks