計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程群研究性教學(xué)改革研究

趙秀梅，馬宏偉

(山東建筑大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東濟(jì)南250101)

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，各種新技術(shù)層出不窮，傳統(tǒng)的知識(shí)性或接受性的教學(xué)模式難以使學(xué)生將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本理論與應(yīng)用實(shí)際密切結(jié)合。如何使學(xué)生透過紛繁的現(xiàn)象看清計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程群(主要包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)論、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等課程)教學(xué)改革的發(fā)展動(dòng)向之一。因此，文章以研究性教學(xué)改革為途徑，將研究性學(xué)習(xí)引入實(shí)際授課過程中，并針對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程群的特點(diǎn)，提出了研究性教學(xué)改革方案——“三重構(gòu)”機(jī)制。該機(jī)制以實(shí)際應(yīng)用問題為中心，按照“從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從應(yīng)用到原理，自頂向下”的方式重構(gòu)了教學(xué)內(nèi)容，使繁雜的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理(孤立的實(shí)驗(yàn))有機(jī)地結(jié)合在一起，并將各種研究性教學(xué)方法靈活運(yùn)用到實(shí)際教學(xué)中，形成了體現(xiàn)多元化、過程性特點(diǎn)的課程評(píng)價(jià)體系。

1 研究性教學(xué)及其應(yīng)用的可行性

1.1 研究性教學(xué)及其特點(diǎn)

研究性教學(xué)是在教學(xué)過程中，創(chuàng)設(shè)一種類似科學(xué)研究的情景和途徑，讓學(xué)生在主動(dòng)探索、主動(dòng)思考、主動(dòng)實(shí)踐的研究過程中，吸收知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)、分析問題、解決問題，從而提高學(xué)生各方面的素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力和創(chuàng)新精神的一種教學(xué)方式［1］。

研究性教學(xué)具有以下根本特征或原則:(1)與研究性學(xué)習(xí)相適應(yīng)，研究性教學(xué)以學(xué)生創(chuàng)造能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)與養(yǎng)成為目的;(2)研究性教學(xué)始終以學(xué)生為中心，強(qiáng)調(diào)學(xué)生參與研究，學(xué)生在研究中學(xué)習(xí)、在研究中成長，養(yǎng)成獨(dú)立思考和批判精神;(3)在研究性教學(xué)模式下，教師根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況和多樣性需求，精心組織并向?qū)W生提供各種“問題”或“研究項(xiàng)目”，教學(xué)時(shí)空突破狹隘而封閉的課堂并延伸到圖書館、生活、實(shí)踐、虛擬網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域;(4)在研究性教學(xué)中，教學(xué)建立在科研基礎(chǔ)上，科研促進(jìn)教學(xué)的提高，教學(xué)與科研是相通的并且都是向?qū)W生開放的。在研究性教學(xué)中，學(xué)生之間是合作學(xué)習(xí)關(guān)系，而師生是平等的探索者關(guān)系［2－5］。

1.2 應(yīng)用研究性教學(xué)的必要性和可行性

現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程群多涉及抽象的理論，如網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、各層協(xié)議原理等。這些理論通常涉及通信、計(jì)算機(jī)、電子等多門學(xué)科，內(nèi)容繁雜、難懂，又與具體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用結(jié)合不密切，通常需要學(xué)生根據(jù)自身知識(shí)基礎(chǔ)，自主查閱大量的相關(guān)資料，反復(fù)實(shí)踐，深入討論，才能真正理解其原理。這是傳統(tǒng)的課堂講授方式所無法做到的。同時(shí)，現(xiàn)有的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)大多是對(duì)典型理論進(jìn)行簡(jiǎn)單的驗(yàn)證和分析，亦不能使學(xué)生真正掌握抽象理論。這需要學(xué)生主動(dòng)利用課外時(shí)間進(jìn)行深入的驗(yàn)證操作和探索實(shí)踐。因此，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程群的建設(shè)過程中需要對(duì)其教學(xué)模式、教學(xué)方法進(jìn)行改革，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性、動(dòng)手實(shí)踐的主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索精神。所以，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程群中應(yīng)用研究性教學(xué)是必要的。

隨著計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用的普及，學(xué)生利用圖書館的電子圖書、期刊庫以及其他網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用查閱所需資料變得十分方便，從而為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)［6］。同時(shí)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程群進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的主要工具是個(gè)人計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的仿真軟件，實(shí)驗(yàn)環(huán)境很容易搭建，學(xué)生能方便地進(jìn)行課外實(shí)驗(yàn)。因此，對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程群應(yīng)用研究性教學(xué)是可行的。

2 “三重構(gòu)”研究性教學(xué)改革方案

根據(jù)研究性教學(xué)的基本原則，針對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程群的特點(diǎn)，文章提出了研究性教學(xué)改革方案——“三重構(gòu)”機(jī)制。該機(jī)制包括基于問題的教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)、基于啟發(fā)式和討論式相結(jié)合的課堂組織模式重構(gòu)、多元化課程體系評(píng)價(jià)重構(gòu)三部分。

2.1 基于問題的教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程群教學(xué)內(nèi)容的重構(gòu)包括三方面工作，即課堂教學(xué)內(nèi)容體系、實(shí)踐教學(xué)體系和課外專題研究。課堂教學(xué)內(nèi)容體系部分主要是在不打亂計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性知識(shí)的前提下以關(guān)鍵問題為主線，按照“從應(yīng)用到原理、自頂向下”的順序組織教學(xué)內(nèi)容;實(shí)踐教學(xué)體系部分針對(duì)中心問題，建立與課堂教學(xué)內(nèi)容體系相匹配、具有研究性教學(xué)模式的課內(nèi)外實(shí)踐體系;課外專題研究主要是通過將科研工作引入課堂，使學(xué)生對(duì)技術(shù)前沿有進(jìn)一步的了解，并在學(xué)習(xí)過程中了解科研方法和過程。

2.1.1 課堂教學(xué)內(nèi)容體系

在為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程群引入研究性教學(xué)的過程中，課題組為其每門課的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置了中心問題，并緊緊圍繞這一中心問題，按照“從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從應(yīng)用到原理、自頂向下”的方式重新組織了教學(xué)內(nèi)容。將課程知識(shí)劃分為以子問題為主線的單元，每一單元的內(nèi)容以問題陳述為前導(dǎo)，圍繞解決問題所需的基本理論、實(shí)現(xiàn)機(jī)制及性能評(píng)價(jià)、研究熱點(diǎn)、未來發(fā)展等進(jìn)行組織。

例如，對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程，可以將其中心問題——“如何構(gòu)建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)通訊應(yīng)用”分解為常見的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用及其協(xié)議、實(shí)現(xiàn)主機(jī)間端到端通信需要解決的進(jìn)程間通信、利用交換設(shè)備構(gòu)造非直連網(wǎng)絡(luò)需要考慮的分組轉(zhuǎn)發(fā)和資源沖突問題、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間互連需要解決的異構(gòu)和擴(kuò)展性問題、相鄰兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫幌盗凶訂栴}，每個(gè)子問題利用一個(gè)或多個(gè)單元組織相關(guān)內(nèi)容，具體分解如圖1所示。中心問題的設(shè)置使原來比較繁雜的理論有機(jī)地凝聚在一起。“從應(yīng)用到原理”的組織方式使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中首先接觸到自己比較熟悉的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，能較早地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，為提高學(xué)習(xí)效果奠定了良好的基礎(chǔ)。而“自頂向下”的問題分解(如圖1實(shí)箭頭所指)能較為順利地引導(dǎo)學(xué)生逐步深入地學(xué)習(xí)解決各子問題的抽象理論。在學(xué)完相關(guān)理論后，教師可按照相反的順序(如圖1虛箭頭所指)指引學(xué)生從底層抽象理論開始逐步總結(jié)出中心問題的解決方案，從而進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程主體理論的理解。

圖1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課堂教學(xué)內(nèi)容問題分解示意圖

2.1.2 實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程群是理論性和實(shí)踐性均較強(qiáng)的一組課程，且具有知識(shí)面廣、內(nèi)容多、相對(duì)比較抽象和難以理解等特點(diǎn)［7－8］。特別是對(duì)于解決實(shí)際網(wǎng)絡(luò)問題所需的協(xié)議原理、控制機(jī)制等的原因、效果非常不直觀［9］。因此，需要研究計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程群的實(shí)踐教學(xué)體系，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)針對(duì)的問題，并圍繞問題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)方案。

例如，對(duì)于“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程的實(shí)驗(yàn)，可以將“構(gòu)建多校區(qū)校園網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)常規(guī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)”作為中心問題，并與課堂內(nèi)容體系相適應(yīng)，按照“從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從應(yīng)用到原理、自頂向下”的方式將其分為:常見應(yīng)用服務(wù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、各層協(xié)議分析、交換設(shè)備配置與管理、物理網(wǎng)絡(luò)搭建等一系列的實(shí)驗(yàn)子項(xiàng)目，具體分解如圖2所示，每個(gè)子項(xiàng)目可以通過一個(gè)或多個(gè)實(shí)驗(yàn)來完成。中心問題的設(shè)置使整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容貫穿到一條主線上，從而使學(xué)生能比較清楚地了解各實(shí)驗(yàn)在整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的位置以及重要性?！皬膽?yīng)用到原理、自頂向下”的問題分解方式使學(xué)生首先接觸到常見的一些網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，實(shí)驗(yàn)成功率較高，容易激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性，樹立學(xué)生繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的信心。學(xué)生按照自頂向下的順序逐一完成各個(gè)實(shí)驗(yàn)后，再按相反的順序回顧實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和操作，即可比較容易地獲取中心問題的解決方案，從而使學(xué)生能夠比較系統(tǒng)掌握實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。

圖2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容問題分解示意圖

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程所涉及的實(shí)驗(yàn)大多能夠利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和相應(yīng)的仿真(模擬)軟件來實(shí)現(xiàn)。因此，當(dāng)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)有限時(shí)，可將部分重要性相對(duì)較弱的實(shí)驗(yàn)利用課外時(shí)間來完成，從而形成課內(nèi)外協(xié)調(diào)一致的實(shí)驗(yàn)體系。另外，具體實(shí)驗(yàn)設(shè)置時(shí)，應(yīng)加大設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)的比例，使學(xué)生既能驗(yàn)證所學(xué)內(nèi)容的理論，又有大量的機(jī)會(huì)提高自己的綜合實(shí)踐能力［10］。

2.1.3 課外專題研究

鑒于課程學(xué)時(shí)所限，僅靠課內(nèi)時(shí)間無法全面、深入掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)知識(shí)，同時(shí)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)發(fā)展非常迅速，因此，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程群需要通過課外研究專題來增強(qiáng)學(xué)生對(duì)前沿技術(shù)的了解。授課教師可以自己的科研方向?yàn)楸尘?，引入一個(gè)與課程相關(guān)且目前較為流行的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或應(yīng)用作為課外研究主題，引導(dǎo)學(xué)生查閱并研究相關(guān)資料。在指導(dǎo)學(xué)生閱讀資料時(shí)也應(yīng)遵循“從應(yīng)用到理論，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜”的原則。

2.2 基于啟發(fā)式和討論式相結(jié)合的課堂組織模式重構(gòu)

為更好地適應(yīng)研究性教學(xué)的需要，還應(yīng)根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況(如學(xué)生的接受程度、知識(shí)儲(chǔ)備等)重新設(shè)計(jì)課堂組織模式，以便更加靈活地運(yùn)用講授法、啟發(fā)法、討論法等教學(xué)方法。為此，在授課之前，應(yīng)設(shè)計(jì)調(diào)查提綱，摸清學(xué)生的學(xué)習(xí)目的、學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)習(xí)慣等情況，評(píng)價(jià)課程研究性教學(xué)模式的可行性和適用性。之后，再設(shè)計(jì)出合理的課堂組織方案。

對(duì)于教師所教的網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)，多數(shù)學(xué)生具有較好的理解能力、溝通能力，同時(shí)具有一定的自學(xué)能力，能夠利用網(wǎng)絡(luò)等各種手段查閱自己所需的課外資料，能在教師的引導(dǎo)下研究專業(yè)相關(guān)問題。因此，對(duì)該專業(yè)學(xué)生應(yīng)用研究性教學(xué)模式是可行的。教師根據(jù)學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備情況，為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程群中的課程分別設(shè)計(jì)相應(yīng)的課堂組織方案。例如:該專業(yè)學(xué)生在開始計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)之前，已經(jīng)學(xué)習(xí)了計(jì)算機(jī)引論、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)論、Java語言程序設(shè)計(jì)等多門課程，對(duì)于計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、常見的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)以及面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)等有了一定程度的了解。針對(duì)這一特點(diǎn)，教師為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)了新的課堂組織方案。方案的典型要點(diǎn)包括:在講解應(yīng)用層服務(wù)時(shí)，可適當(dāng)增加討論法在教學(xué)過程中所占的比例，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;在講解運(yùn)輸層多路復(fù)用/多路分解、可靠數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制、擁塞控制基本原理時(shí)可加大啟發(fā)式教學(xué)的力度，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)分析和思考，以激發(fā)學(xué)生的探究精神;而在講解以太網(wǎng)的比較簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)知識(shí)時(shí)，可事先將學(xué)生分組，組織各組利用課余時(shí)間查找指定問題的相關(guān)資料，并選派代表在課上講解，而授課教師只及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充性、糾正性講解，這樣可以有效地鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力、自學(xué)能力、歸納總結(jié)能力和問題表述能力;通過靈活運(yùn)用各種研究性教學(xué)方法，使學(xué)生逐步具有融會(huì)貫通的能力，并進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生透過現(xiàn)象看本質(zhì)的素質(zhì)。

2.3 多元化課程評(píng)價(jià)體系重構(gòu)

研究性教學(xué)中教與學(xué)的評(píng)價(jià)應(yīng)貫穿于教學(xué)全過程［11］。首先，需要制定能夠客觀反映研究性教學(xué)過程的評(píng)價(jià)指標(biāo)，體現(xiàn)多元化、過程性評(píng)價(jià)特點(diǎn)。其次，需要制定與之相適應(yīng)的學(xué)生學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)體系，并以過程性評(píng)價(jià)、發(fā)展性評(píng)價(jià)為主要內(nèi)容。而現(xiàn)有的課程評(píng)價(jià)體系無法滿足過程性、多元化的需求，為此，對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程群的課程評(píng)價(jià)體系進(jìn)行了重構(gòu):將教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、授課形式、知識(shí)信息儲(chǔ)備、課堂互動(dòng)性、學(xué)生興趣和主動(dòng)性激發(fā)能力、課堂氛圍、課堂教學(xué)模式、教學(xué)方法、學(xué)生能力培養(yǎng)等引入教師評(píng)價(jià)體系;將學(xué)生學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到學(xué)生學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)態(tài)度、參與程度、創(chuàng)新能力、學(xué)習(xí)方法等方面;實(shí)行過程與結(jié)果相結(jié)合的，注重學(xué)生研究能力考察的課程考核方式，如:對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程，期末考試占總成績的60%;課堂研討、課外研究性作業(yè)、配套的課外研究活動(dòng)成績計(jì)入平時(shí)成績，平時(shí)成績占總成績的20%;實(shí)踐環(huán)節(jié)占總成績的20%。

3 結(jié)語

通過基于問題的教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)、基于啟發(fā)式和討論式相結(jié)合的課堂組織模式重構(gòu)、多元化課程評(píng)價(jià)體系重構(gòu)可以將研究性教學(xué)有效地引入課程群，從而促進(jìn)教學(xué)水平、學(xué)習(xí)質(zhì)量的快速提高。該機(jī)制也是適合于其它理論性和實(shí)踐性均比較強(qiáng)的課程群。

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