卓越計劃背景下計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)改革探索

郭錦蘭

(哈爾濱理工大學(xué) 黑龍江哈爾濱 150086)

一、引言

教育部于2010年6月啟動了“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”(簡稱“卓越計劃”)，其主要目標(biāo)是培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為建設(shè)創(chuàng)新型國家、實現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化奠定堅實的人力資源優(yōu)勢，增強我國的核心競爭力和綜合國力[1](P172-175)。哈爾濱理工大學(xué)是一所以工為主、理工結(jié)合，多學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展、具有較強辦學(xué)實力和特色鮮明的教學(xué)研究型大學(xué)。2011年10月，經(jīng)教育部批準(zhǔn)，學(xué)校成為“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”實施高校。以“卓越計劃”為指導(dǎo)，哈爾濱理工大學(xué)將人才培養(yǎng)定位于面向生產(chǎn)、建設(shè)、管理第一線，要求學(xué)生能夠運用所學(xué)知識解決實際問題，既有堅實的理論基礎(chǔ)，又有較強的實踐能力和創(chuàng)新精神。在課程建設(shè)的過程中，以“卓越計劃”為大前提，從實踐中探索出一種適合自己的教學(xué)改革模式。

項目驅(qū)動法就是打破傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足,以項目帶動教學(xué)，使實驗教學(xué)過程從以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心,教學(xué)內(nèi)容從以單元為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐皂椖繛橹行牡囊环N教學(xué)模式。通過項目訓(xùn)練可以培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)，使學(xué)生的綜合能力得到提高，從而最終實現(xiàn)培養(yǎng)造就一批具有創(chuàng)新精神、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的卓越工程師。

本文以哈爾濱理工大學(xué)計算機網(wǎng)絡(luò)實驗課程為例，闡述在卓越工程師背景下，項目驅(qū)動教學(xué)法在計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)改革中的應(yīng)用。

二、計算機網(wǎng)絡(luò)實驗改革前提

計算機網(wǎng)絡(luò)是計算機技術(shù)和通信技術(shù)相交叉的一門學(xué)科，具有理論性強、知識面寬、應(yīng)用面廣、實用性強的特點，是一門公認(rèn)的比較難于教學(xué)的課程。同時也是一門實踐性很強的、與計算機及其相關(guān)專業(yè)緊密關(guān)聯(lián)的重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。其實驗教學(xué)和實踐環(huán)節(jié)不僅是理論教學(xué)的深化和補充，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)的計算機網(wǎng)絡(luò)知識解決網(wǎng)絡(luò)實際問題的能力。

但以往的計算機網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)，存在重理論輕實踐、重知識學(xué)習(xí)輕創(chuàng)新培養(yǎng)等問題，而計算機網(wǎng)絡(luò)實驗也基本是圍繞計算機網(wǎng)絡(luò)原理展開。據(jù)有關(guān)調(diào)查，在高校中，計算機網(wǎng)絡(luò)實驗廣泛使用由高傳善、毛迪林編寫的《數(shù)據(jù)通信與計算機網(wǎng)絡(luò)實驗》作為參考教材。其中的實驗基本上是關(guān)于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議的驗證性實驗，綜合性和設(shè)計性實驗較少，無法實現(xiàn)對學(xué)生工程實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

因此，怎樣對計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)進(jìn)行改革，培養(yǎng)計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新型人才，就成為計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)面臨的新問題。

三、計算機網(wǎng)絡(luò)實驗的整合部署

從工科學(xué)生就業(yè)的角度看，主要分為研究開發(fā)和工程應(yīng)用兩種類型，無論屬于哪一類，實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)對于計算機網(wǎng)絡(luò)課程都十分重要。對于研究開發(fā)類的學(xué)生，實驗環(huán)節(jié)能幫助他們深入理解理論知識，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)、研究和將來的網(wǎng)絡(luò)新應(yīng)用開發(fā)做準(zhǔn)備；對于工程應(yīng)用類的學(xué)生，計算機網(wǎng)絡(luò)涉及防火墻、路由器、交換機等眾多的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)實驗環(huán)節(jié)能夠使學(xué)生更好地學(xué)習(xí)部署和應(yīng)用這些設(shè)備，為畢業(yè)后實際的網(wǎng)絡(luò)工程應(yīng)用打下更好的基礎(chǔ)。

在實驗內(nèi)容上，我們重新整合了計算機網(wǎng)絡(luò)實驗項目，將網(wǎng)絡(luò)實驗劃分為網(wǎng)絡(luò)工具類實驗(借助一些網(wǎng)絡(luò)工具來學(xué)習(xí)計算機網(wǎng)絡(luò)的基本應(yīng)用)；協(xié)議分析類實驗(借助網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真教學(xué)系統(tǒng)來學(xué)習(xí)不同網(wǎng)絡(luò)層次的數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)和變化規(guī)律)；程序設(shè)計類的實驗(通過高級語言程序設(shè)計來實現(xiàn)特定網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備類實驗(借助真實的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如：交換機、路由器、防火墻等，模擬實際網(wǎng)絡(luò)的部署、配置、調(diào)試)。

四、項目驅(qū)動式在計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)改革中的應(yīng)用

“卓越計劃”提出，高等學(xué)校要培養(yǎng)能夠適合當(dāng)前市場和企業(yè)需求的合格人才，使他們成為能為社會發(fā)展做出貢獻(xiàn)的“卓越工程師”[2]。為達(dá)到這一培養(yǎng)目標(biāo)，我們對以教師為中心教學(xué)模式進(jìn)行改革，將工程教育理念引入計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)，采用項目驅(qū)動式教學(xué)模式設(shè)置部署網(wǎng)絡(luò)實驗內(nèi)容。

(一)項目驅(qū)動式教學(xué)法

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論下形成的項目驅(qū)動教學(xué)法是一種教和學(xué)的模式，其集中關(guān)注于某一學(xué)科的中心概念和原則，旨在把學(xué)生融入到有意義的項目任務(wù)完成的過程中，讓學(xué)生積極地學(xué)習(xí)、自主地進(jìn)行知識的建構(gòu)[3](P41-44)。項目驅(qū)動教學(xué)法就是教師和學(xué)生通過對一個相對完整的項目工作的實施所進(jìn)行的教學(xué)活動，教師在課堂通過多媒體課件進(jìn)行教學(xué)演示、學(xué)生進(jìn)行分工協(xié)作、親身實踐、小組討論，學(xué)習(xí)和掌握課程的知識體系。這些特點正與計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)的特點相吻合，把學(xué)生從圍繞理論的驗證實驗帶入到面向工程的項目中來，從而進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程能力。

(二)項目驅(qū)動下的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗實例

在計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)中，項目設(shè)計是最重要的環(huán)節(jié)。首先，項目的大小關(guān)系到知識點間的關(guān)聯(lián)性和學(xué)生實驗時間；其次，項目本身也要與工程中的實際問題緊密結(jié)合。我們在網(wǎng)絡(luò)實驗開始時設(shè)定實驗項目，布置學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)課程的學(xué)習(xí)和實驗中層層遞進(jìn)，最后完成整個項目的要求。

1.項目設(shè)定實例

某學(xué)校計劃建設(shè)自己的園區(qū)網(wǎng)絡(luò)，希望該網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境安全、可靠、高效且可擴展，園區(qū)接入Internet網(wǎng)絡(luò)，內(nèi)部能夠方便地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享。同時學(xué)校內(nèi)部能實現(xiàn)不同部門之間的信息隔離和對公網(wǎng)的安全訪問。

給定企業(yè)環(huán)境如下：

(1)學(xué)校有兩處不同辦公地點及教學(xué)區(qū)，且相距較遠(yuǎn)；

(2)A教學(xué)區(qū)入網(wǎng)信息點有2000多個，是主要的辦公場所，對網(wǎng)絡(luò)可用性和可靠性要求較高；

(3)B教學(xué)區(qū)辦公人員較少，有因特網(wǎng)接入；

(4)學(xué)校具有若干個公網(wǎng)IP地址供內(nèi)網(wǎng)接入使用，內(nèi)部使用標(biāo)準(zhǔn)的私網(wǎng)地址。

實驗要求：要求學(xué)生給出IP地址劃分、端口分配、設(shè)備連接及配置方案等，畫出網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋱D。

由該項目設(shè)定可以看出，交換機的VLAN劃分、VLAN間的路由配置、交換機端口安全設(shè)置、路由器上廣域網(wǎng)接口配置、動態(tài)路由配置、IP地址的NAT轉(zhuǎn)換、三層交換機的端口聚合以及路由器上的訪問控制列表ACL的配置等諸多內(nèi)容都融合在了該項目中。

2.實驗項目實施

項目實施的過程控制對于實驗項目是非常重要的，教師對項目中涉及的知識點、難點、重點以及關(guān)鍵環(huán)節(jié)等給學(xué)生以必要的實質(zhì)性指導(dǎo)。學(xué)生采取團隊合作方式，在實驗過程中完全以學(xué)生為主、教師為輔，給學(xué)生充足的靈活性和自主性[4](P142-145)。

項目推進(jìn)步驟：

(1)將學(xué)生分成不同點行政組，分別任命一個組長，每組4位成員組成；

(2)要求每組針對一個項目的描述，先畫出網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖雛形，再根據(jù)實際項目需求進(jìn)行分解，逐一確定下一級的子需求及其對應(yīng)的解決方案；

(3)各組分別對規(guī)劃方案進(jìn)行闡述、討論和修改完善；

(4)根據(jù)完善后的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案，畫出詳細(xì)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，并提供設(shè)備端口的VLAN劃分、連接關(guān)系、IP分配等詳細(xì)信息；

(5)寫出詳細(xì)實驗步驟和實驗流程；

(6)逐項實施、測試并驗收，最后寫出完整的實驗總結(jié)報告。

3.實驗項目的評定

作為項目式網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)，實驗結(jié)果的評定應(yīng)涵蓋在整個實驗過程，而非依據(jù)最終的實驗結(jié)果來給出學(xué)生實驗成績。教師應(yīng)對每一小組的規(guī)劃設(shè)計、實驗流程、需求分析、實驗步驟和結(jié)果等所有環(huán)節(jié)進(jìn)行跟蹤，給出較為恰當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)，并對每個項目小組的各個實驗環(huán)節(jié)作出合理評價。

五、結(jié)論

為了適應(yīng)市場環(huán)境，高等學(xué)校人才培養(yǎng)，應(yīng)以“卓越計劃”為大前提。在計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)改革中，應(yīng)用項目驅(qū)動實驗教學(xué)方法，能夠更好地促進(jìn)學(xué)生對計算機網(wǎng)絡(luò)原理和網(wǎng)絡(luò)工程應(yīng)用的理解，使學(xué)生從理論和實踐兩方面更為系統(tǒng)地掌握計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[5](P102-104)。在項目教學(xué)的實施過程，能夠培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，查閱參考資料的綜合應(yīng)用能力也會得到提升，培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)，逐步消除企業(yè)需求與學(xué)生能力之間的差距。并且，在實驗過程中，學(xué)生發(fā)揚團隊協(xié)作精神，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、收獲成果，最終能夠體會到項目成功帶來的快樂。試點實驗證明，項目驅(qū)動式網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)，能夠有效實現(xiàn)多層次的實驗教學(xué)體系，具有極強的可操作性，是最終實現(xiàn)良好教學(xué)效果有效手段。項目驅(qū)動式網(wǎng)絡(luò)實驗的教學(xué)改革，可以成為高校以“卓越計劃”為培養(yǎng)目標(biāo)，從實踐中探索實驗教學(xué)改革的一種新模式。

[1]劉鵬輝.“卓越工程師”培養(yǎng)模式的研究[J]．現(xiàn)代教育科學(xué),2012(1)．

[2]教育部關(guān)于實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的若干意見 [EB/OL].www.moe.gov.cn,2011-01-08.

[3]賀平.項目教學(xué)法的實踐探索[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2006(3)．

[4]錢權(quán)，張瑞等.計算機網(wǎng)絡(luò)課程中的項目式實驗教學(xué)[J]．實驗室研究與探索，2013(5).

[5]彭靜，齊林等.卓越工程師背景下的“組網(wǎng)工程”課程改革實踐[J]．計算機教育，2011(11).