基于新工科理念的計算機網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)改革研究與實踐

李雙梅，黃承寧

（南京工業(yè)大學(xué)浦江學(xué)院計算機與通信工程學(xué)院，南京 211222）

0 引言

自2017年“復(fù)旦共識”與“天大行動”以來，新工科教育理念作為全面創(chuàng)新教育工程的新理念、新模式已經(jīng)引起各界的廣泛重視。“復(fù)旦共識”指出我國高校要加快建設(shè)和發(fā)展新工科，新工科建設(shè)需要加強研究和實踐。新工科專業(yè)是相對于傳統(tǒng)工業(yè)專業(yè)而言，主要是指新興產(chǎn)業(yè)的專業(yè)，以互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)智能為核心，包括大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實等相關(guān)工科專業(yè)，這些新興的科技技術(shù)深刻改變這人們的生產(chǎn)和生活方式，新工科教育理念是發(fā)展工程教育發(fā)展的新思維、新方式。相對于傳統(tǒng)的工科人才，新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟需要的是實踐和創(chuàng)新能力強，具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才。計算機網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、智能制造等的基石，為滿足“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下社會對于新工科人才的迫切需求，這就要求各高校要高度重視《計算機網(wǎng)絡(luò)》這門計算機類本科專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)，以服務(wù)于新工科的思想，高度重視并不斷優(yōu)化和調(diào)整《計算機網(wǎng)絡(luò)》課程教學(xué)[1]。

1 《計算機網(wǎng)絡(luò)》課程特點及現(xiàn)狀

《計算機網(wǎng)絡(luò)》是通信技術(shù)與計算機技術(shù)交叉融合的一門學(xué)科，其內(nèi)容涉及到很多復(fù)雜的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)概念、協(xié)議原理和技術(shù)理論等，要掌握這些知識需要學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中做到前后貫通并綜合理解，這就給學(xué)生學(xué)習(xí)帶來了挑戰(zhàn)。為了讓學(xué)生掌握這些理論知識，教學(xué)活動往往以教師授課為主，形式相對單一，不能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，教學(xué)效果不甚理想[2]。另外，《計算機網(wǎng)絡(luò)》是一門應(yīng)用性很強的課程，它的實踐知識和理論知識同等重要，因此在本科教學(xué)中各高校制定該課程的教學(xué)計劃時一般設(shè)置較多的學(xué)時，例如我校設(shè)置總學(xué)時數(shù)為64學(xué)時，其中理論48學(xué)時，實踐16學(xué)時。但是網(wǎng)絡(luò)課程不僅知識龐雜，應(yīng)用廣泛，而且新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。以往的以教師為中心的教學(xué)方法和以課堂為主的教學(xué)形式不能很好地適應(yīng)新工科理念中“以學(xué)生為中心、成果導(dǎo)向、質(zhì)量持續(xù)改進”的工程教育認證理念[3]。因此，需要進一步的改革。

2 教學(xué)改革

新工科理念下的教學(xué)目標(biāo)應(yīng)該是要培養(yǎng)能夠適應(yīng)社會發(fā)展和未來的卓越工程人才，在教學(xué)過程中應(yīng)該將終身學(xué)習(xí)、個性化學(xué)習(xí)融入課程中[3]。為此，筆者對本課程進行了教學(xué)改革，主要從以下三個方面著手：教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和方法、考核方式。

2.1 教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

計算機網(wǎng)絡(luò)的理論知識龐雜，而且應(yīng)用廣泛。在新工科理念指引下，應(yīng)用型本科應(yīng)該更注重學(xué)生的實踐應(yīng)用能力，以培養(yǎng)卓越工程師為目標(biāo)。這意味著計算機網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)或者說學(xué)習(xí)，不應(yīng)是單純的理論知識或者應(yīng)用知識，應(yīng)該做到理論先行，實踐并進，兩者有機融合，相輔相成。

盡管網(wǎng)絡(luò)的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，但是計算機網(wǎng)絡(luò)的基本理論，包括體系結(jié)構(gòu)和相關(guān)基本協(xié)議仍然是學(xué)習(xí)的重點，有了基本理論的支撐才能更迅速的學(xué)習(xí)新技術(shù)[4]。計算機網(wǎng)絡(luò)的教材一般按照網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)自上而下或自下而上進行組織，例如謝希仁老師的計算機網(wǎng)絡(luò)教材采用的是自下而上結(jié)合了OSI七層參考模型和TCP/IP協(xié)議體系結(jié)構(gòu)而形成的五層理想模型，便于讀者掌握網(wǎng)絡(luò)的基本理論。自下而上分別是：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層[5]。在這部分基礎(chǔ)理論的教學(xué)設(shè)計中將應(yīng)用與理論進行結(jié)合，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的不同采用不同的教學(xué)方法，例如學(xué)習(xí)物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層時需要介紹這幾層通常使用的物理設(shè)備：雙絞線、水晶頭、交換機、路由器等，可以采用實物教學(xué)法，讓學(xué)生有感官的認識。在學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（例如TCP/UDP）時，可借助網(wǎng)絡(luò)軟件 Wireshark，模擬器 Cisco Packet Tracer等進行協(xié)議的分析等。在具體學(xué)習(xí)各部分內(nèi)容時，通過豐富的多媒體軟件制作形象的PPT動畫幫助學(xué)生理解抽象的概念。為了達到培養(yǎng)卓越工程人才的目標(biāo)，設(shè)計了以下實驗幫助學(xué)生理解所學(xué)理論知識在實際場景中的應(yīng)用。通過理論指導(dǎo)實踐，在實踐中引導(dǎo)學(xué)生們反過來理解理論。具體實驗如表1所示，在各章節(jié)理論教學(xué)時穿插實驗教學(xué)。

2.2 教學(xué)模式和方法

為貫徹以學(xué)生為中心、成果導(dǎo)向、質(zhì)量持續(xù)改進的工程教育認證理念，需要對以往以教師為中心，課堂為主的教學(xué)模式進行改革，以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。根據(jù)我院實際教學(xué)情況，探索了以課堂教學(xué)和慕課相結(jié)合的線上線下混合式教學(xué)、項目化實踐教學(xué)以及與網(wǎng)絡(luò)認證相結(jié)合的三位一體的教學(xué)模式。

表1 實驗教學(xué)內(nèi)容

“與網(wǎng)絡(luò)認證相結(jié)合”是指鼓勵學(xué)生參加網(wǎng)絡(luò)技術(shù)認證考試，以考促學(xué)。例如NCRE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)三級考試；Cisco和華為的網(wǎng)絡(luò)工程師認證等。這類證書有比較高的社會認可度和含金量。通過這些考試可以提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和增強其就業(yè)競爭力，但是取得證書并不是最終目標(biāo)，更重要的是通過在考取證書的學(xué)習(xí)過程中學(xué)生可以將理論基礎(chǔ)和實踐水平提升到一個新的高度。

“項目化實踐教學(xué)”是指：課程綜合實踐教學(xué)部分，依托校企合作企業(yè)制定與實際工程項目相關(guān)的內(nèi)容，提供學(xué)生拓展學(xué)習(xí)，了解網(wǎng)絡(luò)知識的工程化應(yīng)用。

混合式教學(xué)線上部分主要依托“超星”在線教學(xué)平臺，課程開始前教師提供教學(xué)大綱、教學(xué)計劃、參考資料、課件等等上傳平臺供學(xué)生了解課程概況。課程開始后的混合式教學(xué)模式將整個教學(xué)分為三個階段：課前、課中和課后。課前，教師提前一周上傳課程導(dǎo)學(xué)、布置學(xué)習(xí)任務(wù)、重點知識講解、自測習(xí)題等供學(xué)生預(yù)習(xí)；課中組織學(xué)生集中學(xué)習(xí)、討論。這部分依據(jù)教學(xué)內(nèi)容不同可以是重點知識再講解、組織討論、習(xí)題答疑等。課后，學(xué)生完成相應(yīng)練習(xí)或?qū)嶒瀳蟾?，對所學(xué)知識進行復(fù)習(xí)總結(jié)。

圖1所示為以實驗課為例的混合式教學(xué)流程。對于實踐課，通過引入Packet Tracer等模擬器軟件，解決了學(xué)生實驗受環(huán)境限制的缺陷。學(xué)生只需要擁有一臺電腦即可進行實驗，因此可以使用線上線下混合式教學(xué)方式。課前，教師通過“超星”平臺布置實驗任務(wù)，并上傳基本的操作演示；學(xué)生自主學(xué)習(xí)。課中也就是線下課堂，教師組織學(xué)生討論、答疑、點評學(xué)習(xí)情況；對于學(xué)生而言，由于已經(jīng)進行過課前有效的預(yù)習(xí)，可以有針對性的提問或展開討論，進而高效地完成實驗內(nèi)容。課后，要求學(xué)生完成實驗報告，歸納總結(jié)本次實驗中所用的工程及理論知識，以思維導(dǎo)圖的形式展示。將實驗報告和歸納知識在線上提交，并進行互評；教師再給予點評。

圖1 線上線下混合式教學(xué)模式

通過這種混合式教學(xué)模式，可以提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和獨立解決問題的能力，引導(dǎo)激發(fā)學(xué)生會思考、善學(xué)習(xí)的特質(zhì)。

2.3 考核方法

為激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，避免考前臨時抱佛腳的學(xué)習(xí)方式。本課程采用重過程的多維度考核方法，分為三個部分：平時成績、期末成績和附加成績。平時成績包括：出勤、實驗和作業(yè)、課堂表現(xiàn)、階段性測試。附加成績包括：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)認證考試證書、網(wǎng)絡(luò)相關(guān)競賽獎項以及網(wǎng)絡(luò)相關(guān)MOOC學(xué)習(xí)證書等。制定詳細的評價分值，其中期末成績最高占60%。通過這種考核方式有效地杜絕學(xué)生平時學(xué)習(xí)懶散，期末突擊的行為。

3 教學(xué)改革成果

本教學(xué)改革從2019年開始，歷時兩個學(xué)期，改革前后通過對比學(xué)生的期末考核成績，發(fā)現(xiàn)改革后學(xué)生（84人）的通過率提高了3%。另外，學(xué)生考核為優(yōu)良的比例得到了提高。

4 結(jié)語

本教學(xué)改革立足于新工科教育理念，以培養(yǎng)卓越工程人才為目標(biāo)。通過對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、考核方式進行優(yōu)化改革，學(xué)生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的積極得到了普遍的提高，并取得了一定的成績。但是教育教學(xué)是一個持續(xù)改進的過程，后面仍將持續(xù)關(guān)注，以學(xué)生為中心，提升課程品質(zhì)，提高新工科人才培養(yǎng)質(zhì)量。