計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程4C能力培養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐

摘要：分析高素質(zhì)信息工程人才素質(zhì)與能力要求，提出“批判、創(chuàng)新、自信、溝通”4C能力培養(yǎng)教學(xué)模式，結(jié)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)方法改革實(shí)踐，剖析4C能力培養(yǎng)實(shí)施方案。

關(guān)鍵詞：卓越計(jì)劃；4C能力；創(chuàng)新能力；課程改革

文章編號(hào)：1672-5913（2013）01-0029-04

中圖分類號(hào)：G642

當(dāng)代大學(xué)教育在培養(yǎng)工程人才時(shí)，要求學(xué)生在科學(xué)基礎(chǔ)、實(shí)踐能力和人文素養(yǎng)方面融合發(fā)展。專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)是載體，掌握所學(xué)專業(yè)的理論知識(shí)和技能不是唯一目的，正所謂“授人以魚不如授人以漁”，教學(xué)重在提升學(xué)生分析問題和解決問題的能力。然而，諸多因素導(dǎo)致課堂教學(xué)中滿堂灌、填鴨式的授課現(xiàn)象還普遍存在，即使教師在講臺(tái)上賣力地講，學(xué)生也不買賬，課堂氣氛沉悶，學(xué)生被動(dòng)聽課，致使課堂教學(xué)效果不佳。究其原因，從教師的角度看，教師教學(xué)手段單一，教學(xué)方法單調(diào)，所謂的采用“多媒體”教學(xué)手段，往往成為教師不認(rèn)真?zhèn)湔n、不愿意嘗試和探索新教學(xué)方法的借口。而更深層的原因在于，教師缺乏對(duì)課程教學(xué)理念和方法的研究，沒有深入思考“教與學(xué)”這一系統(tǒng)過程要達(dá)到的目的以及學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，沒有研究課程要求學(xué)生在知識(shí)、能力、素質(zhì)上達(dá)到的目標(biāo)和構(gòu)建人才培養(yǎng)實(shí)現(xiàn)矩陣，從而缺少深入有效的教學(xué)設(shè)計(jì)。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)核心課程之一，網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用能力提出更高要求。而在傳統(tǒng)課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)開展中，學(xué)生卻反映這門課理論知識(shí)多、內(nèi)容抽象，教師也覺得課程內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不好設(shè)計(jì)。河南工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)總結(jié)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為出現(xiàn)上述問題的根源在于教師對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的要求把握不到位，教學(xué)中缺少調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性的有效機(jī)制和課程教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)方法。

1 “卓越”工程師的4C能力要求

教育部推出的“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（簡(jiǎn)稱“卓越計(jì)劃”），是貫徹落實(shí)《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》和《國(guó)家中長(zhǎng)期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》的重大改革項(xiàng)目，旨在培養(yǎng)一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的各類型高質(zhì)量工程技術(shù)人才，為國(guó)家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家和實(shí)現(xiàn)人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略服務(wù)?！白吭接?jì)劃”強(qiáng)調(diào)學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和國(guó)際化視野的培養(yǎng)，鼓勵(lì)校企深度合作創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。

河南工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)于2011年被列入第2批“卓越計(jì)劃”改革項(xiàng)目。在推行“卓越計(jì)劃”專業(yè)人才培養(yǎng)方案改革過程中，圍繞“卓越計(jì)劃”對(duì)創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力、工程能力、國(guó)際化視野等的能力要求，構(gòu)建人才培養(yǎng)知識(shí)、能力、素質(zhì)實(shí)現(xiàn)矩陣，并積極推進(jìn)課程改革尤其是教學(xué)方法的改革，從而促進(jìn)“卓越”計(jì)算機(jī)工程師培養(yǎng)計(jì)劃的實(shí)施。

我們?cè)谶M(jìn)行學(xué)生能力素質(zhì)培養(yǎng)分析時(shí)，總結(jié)了創(chuàng)新思維/精神（Creative thinking/spirit）、批判思維/精神（Critical thinking/spirit）、自信（Confidence）、溝通（Communication）4個(gè)基本要素。創(chuàng)新能力培養(yǎng)是人才培養(yǎng)的“終極”目標(biāo)，缺少“創(chuàng)新能力”的人也很難具備優(yōu)秀的“實(shí)踐能力和工程能力”，在實(shí)際工作中可能只是個(gè)熟練的“技工”，而無法成為獨(dú)立解決工程難題的優(yōu)秀工程師。

具備創(chuàng)新能力首先要培養(yǎng)創(chuàng)新思維和意識(shí)，善于“思辨”，而創(chuàng)新思維又要求一個(gè)人具有良好的“批判思維”和“批判精神”，敢于質(zhì)疑“權(quán)威”，在“懷疑一切”中發(fā)現(xiàn)問題，在“創(chuàng)新”中解決問題；一個(gè)人是否具有敢于批判和創(chuàng)新的精神，又源于其“自信”、敢作敢為、不怕失敗、不怕“丟面子”；“溝通”是現(xiàn)代人際交往的基本素質(zhì)，而現(xiàn)代組織都強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)意識(shí)，重視協(xié)作，這就要求組織成員具有良好的溝通能力。這些基本要素也是相互統(tǒng)一的，自信的人敢于批判，并在實(shí)踐中嘗試創(chuàng)新，不斷地尋求突破，而這一過程又會(huì)增強(qiáng)一個(gè)人的成就感和自信心?，F(xiàn)在人們更注重團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新，尤其在工程設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)過程中對(duì)團(tuán)隊(duì)合作的要求比較高，良好的溝通更能促進(jìn)協(xié)同創(chuàng)新。

因此，我們認(rèn)為在教學(xué)實(shí)施過程中，培養(yǎng)學(xué)生“樹立自信、敢于批判、勇于創(chuàng)新、善于溝通”是提升學(xué)生內(nèi)在素養(yǎng)的基本要求，學(xué)生將受益終生。為了培養(yǎng)學(xué)生具有這些基本素質(zhì)而開展的課程教學(xué)改革，尤其是課程教學(xué)方法的改革具有很強(qiáng)針對(duì)性。我們?cè)凇白吭接?jì)劃”實(shí)驗(yàn)班教學(xué)中，有針對(duì)性地在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中進(jìn)行4C能力培養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐，取得了良好效果。

2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程改革中的4C能力培養(yǎng)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)核心課程之一。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用，該課程在計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)方案中具有重要地位。我們?cè)谟?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)改革與實(shí)踐中引入4C能力培養(yǎng)目標(biāo)，針對(duì)4C能力要求改進(jìn)教學(xué)方法，重點(diǎn)圍繞課堂教學(xué)設(shè)計(jì)開展4C能力培養(yǎng)實(shí)踐，使課內(nèi)課外統(tǒng)一，理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)互相補(bǔ)充。課程教學(xué)采用“全過程交互式”教學(xué)方法，按照“問題驅(qū)動(dòng)、自主思考、團(tuán)隊(duì)探究、互動(dòng)交流、總結(jié)提升”的策略組織教學(xué)，分為以下主要過程。

1）問題設(shè)置。課前教師給出思考題目，如“如何解決網(wǎng)絡(luò)通信中傳輸錯(cuò)誤問題”，對(duì)課程教學(xué)單元進(jìn)行歸納設(shè)計(jì)，針對(duì)每個(gè)課程單元模塊提出一個(gè)大問題，同時(shí)設(shè)置若干小問題，對(duì)應(yīng)該單元重點(diǎn)知識(shí)。課程知識(shí)點(diǎn)、問題引導(dǎo)及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1所示。

2）自主預(yù)習(xí)。學(xué)生自主預(yù)習(xí)，根據(jù)已掌握的專業(yè)知識(shí)自行設(shè)計(jì)可行方案以解決命題，如采用“奇偶校驗(yàn)法”發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。建議學(xué)生不要拘泥于教材，強(qiáng)調(diào)獨(dú)立思考，鼓勵(lì)學(xué)生查閱相關(guān)資料，研讀并評(píng)判教材，敢于質(zhì)疑教材中給出的解決方案。

3）分組討論。學(xué)生課前進(jìn)行分組討論，發(fā)表各自觀點(diǎn)，在批判中發(fā)現(xiàn)和糾正問題。教師鼓勵(lì)學(xué)生開展頭腦風(fēng)暴并進(jìn)行自由交流，培養(yǎng)學(xué)生具有積極的態(tài)度、掌握良好的溝通技巧、善于聽取意見和敢于堅(jiān)持主見。

4）觀點(diǎn)表達(dá)。每個(gè)學(xué)習(xí)小組選派代表講解本組研討得出的結(jié)論，教師要鼓勵(lì)學(xué)生給出與書本中不同的解決問題的方法，當(dāng)然這一點(diǎn)不易做到，需要循序漸進(jìn)。教師在實(shí)踐中給每3個(gè)小組分配1個(gè)主題，每個(gè)小組15分鐘，3個(gè)小組一共利用1節(jié)課的時(shí)間介紹本小組理解或提出的技術(shù)方法，由師生共同質(zhì)疑分析。

5）教師點(diǎn)評(píng)。教師利用“啟發(fā)式、探究式、互動(dòng)式”教學(xué)方法，讓各小組針對(duì)課前布置的問題提出陳述觀點(diǎn)并相互交流，如“我用Hash函數(shù)發(fā)現(xiàn)通信中傳輸錯(cuò)誤”、“我用加密方法避免傳輸錯(cuò)誤”、“我用CRC方法發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并糾錯(cuò)”等。教師則進(jìn)行引導(dǎo)、答疑解惑、總結(jié)歸納，針對(duì)學(xué)生提出的不同觀點(diǎn)給予剖析評(píng)價(jià)，如“哪種檢錯(cuò)方法效率高”、“哪種方法能糾錯(cuò)”、“哪種方法不可行”，再對(duì)比講解現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論、技術(shù)、方法，討論方法的正確性、可行性、優(yōu)缺點(diǎn)，在互動(dòng)中引發(fā)學(xué)生思考，使其獲得認(rèn)識(shí)上的提升。教師最后講解教材中給出的方法，即目前的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，幫助學(xué)生分析和體會(huì)其中奧妙，以提升學(xué)生思考和解決問題的能力。

6）歸納總結(jié)。根據(jù)課堂研討，學(xué)生在課后通過總結(jié)筆記和完成作業(yè)，優(yōu)化各自方案，查找問題的癥結(jié)，進(jìn)行歸納總結(jié)后得出正確結(jié)論。

7）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，但課內(nèi)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)較少，實(shí)驗(yàn)主要是一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。一般院校會(huì)開設(shè)“網(wǎng)絡(luò)工程”或“網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)”等課程，教師講授實(shí)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或工程應(yīng)用。為此，我們將以實(shí)驗(yàn)為主的“網(wǎng)絡(luò)工程”課程作為網(wǎng)絡(luò)原理課程的配套課程，將知識(shí)劃分單元重點(diǎn)，除了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，還引入針對(duì)性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，如組網(wǎng)規(guī)劃并使用“Packet Tracer”模擬器軟件配置驗(yàn)證，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)得到直觀體驗(yàn)，理解抽象的概念和知識(shí)；鼓勵(lì)學(xué)生針對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目提出設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，形成“做中學(xué)、學(xué)中做”的教學(xué)模式，在實(shí)踐中逐步形成敢于批判和勇于創(chuàng)新的思維模式，鍛煉動(dòng)手能力，同時(shí)增強(qiáng)自信心。

采用上述教學(xué)模式，使學(xué)生通過自主思考、交流討論、對(duì)比修正、實(shí)踐驗(yàn)證，獲得正確優(yōu)化知識(shí)的方法，在教學(xué)中提升了教學(xué)效果。從知識(shí)內(nèi)容上看，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程以網(wǎng)絡(luò)分層體系結(jié)構(gòu)為主線，學(xué)生需要重點(diǎn)理解各層協(xié)議的工作原理與實(shí)現(xiàn)，以及各層協(xié)議之間的接口。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)體現(xiàn)的分而治之思想貫穿課程始終，而協(xié)議的概念與實(shí)現(xiàn)是課程中心議題。從物理層到應(yīng)用層，協(xié)議的語(yǔ)義、語(yǔ)法和同步是網(wǎng)絡(luò)通信核心技術(shù)思想，也是課程重點(diǎn)。圍繞核心知識(shí)點(diǎn)，教師針對(duì)能力培養(yǎng)要求設(shè)計(jì)問題，每個(gè)問題都可以用對(duì)應(yīng)的技術(shù)與方法解決。學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)可以自己設(shè)計(jì)協(xié)議，包括數(shù)據(jù)通信單元格式、交互模式等設(shè)計(jì)，并解決處理效率、可靠性等問題，有利于樹立創(chuàng)新思維和批判思維。針對(duì)課程重要知識(shí)點(diǎn)，教師通過設(shè)計(jì)相應(yīng)的驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，達(dá)到使同學(xué)理解知識(shí)并在實(shí)踐中驗(yàn)證的培養(yǎng)目標(biāo)。

我們把課程規(guī)劃為6個(gè)主題，對(duì)應(yīng)6大問題，每個(gè)主題又分為若干技術(shù)引導(dǎo)問題，對(duì)應(yīng)這一主題下需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。在教學(xué)實(shí)施過程中，我們要求學(xué)生課前充分預(yù)習(xí)，并進(jìn)行小組討論，課后認(rèn)真總結(jié)，形成單元報(bào)告并完成作業(yè)。課程實(shí)驗(yàn)從物理層到應(yīng)用層均有對(duì)應(yīng)的配套實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而且引入部分需要自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

3 教學(xué)改革實(shí)施效果

通過上述從理論教學(xué)模式的組織到實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)的全方位改革與實(shí)踐，教學(xué)取得了良好效果。

1）學(xué)生反應(yīng)熱烈，雖然課程學(xué)習(xí)要求提高，但體會(huì)到做學(xué)習(xí)主人翁的成就感，增強(qiáng)了自信，敢于批判并嘗試創(chuàng)新，在學(xué)習(xí)中加強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)意識(shí)。

2）學(xué)生一致反映通過實(shí)驗(yàn)收獲很大，尤其是實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生直觀地理解抽象的理論知識(shí)。例如，自己動(dòng)手實(shí)現(xiàn)基于RS-232接口的通信，對(duì)異步串行傳輸及編碼有深刻體會(huì)；通信數(shù)據(jù)捕獲和協(xié)議分析實(shí)現(xiàn)了協(xié)議的透明呈現(xiàn)，非常有助于學(xué)生對(duì)協(xié)議語(yǔ)法和語(yǔ)義的理解；路由器的配置與管理，使學(xué)生更深刻地理解網(wǎng)絡(luò)地址應(yīng)用、網(wǎng)段管理及路由等知識(shí)。

3）改革試點(diǎn)班學(xué)生的考核成績(jī)明顯提高，實(shí)踐動(dòng)手能力與創(chuàng)新能力有明顯提升。

4 結(jié)語(yǔ)

在以能力提升為核心的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程改革與實(shí)踐中，我們總結(jié)出4C能力要求，圍繞教學(xué)設(shè)計(jì)與教學(xué)模式開展4C能力培養(yǎng)實(shí)踐，教學(xué)效果得到提升。當(dāng)然，課程改革實(shí)施過程中也暴露出一些問題，一是學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)還不夠強(qiáng)，適應(yīng)自主學(xué)習(xí)需要一個(gè)過程；二是學(xué)生敢于質(zhì)疑和勇于創(chuàng)新的精神還不夠，尤其是學(xué)生長(zhǎng)期的思維慣性和學(xué)習(xí)習(xí)慣更傾向于拿來主義，不愿意質(zhì)疑，也缺少創(chuàng)新的信心，這就需要教師循序漸進(jìn)地對(duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)。

針對(duì)上述教改實(shí)踐中遇到的問題，我們加強(qiáng)了專業(yè)課程系統(tǒng)性教學(xué)方法改革與聯(lián)動(dòng)，4C能力的培養(yǎng)不只是依靠一門或兩門課程改革就能見效的，學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣和解決問題的方法需要在大學(xué)整個(gè)學(xué)習(xí)過程中進(jìn)行培養(yǎng)?！白吭健比瞬?C能力的定位與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的實(shí)踐，促進(jìn)教學(xué)方法改革，實(shí)現(xiàn)了面向能力培養(yǎng)的課程教學(xué)模式，契合“卓越工程”人才培養(yǎng)要求。

（編輯：宋文婷）