CDIO教學(xué)模式指導(dǎo)下網(wǎng)路工程類課程改革研究與實(shí)施

劉耀林+陳友榮+周瑩

摘要：教學(xué)方法改革對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)應(yīng)用型人才具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文以《路由與交換》這門網(wǎng)絡(luò)工程類應(yīng)用型課程為例，依據(jù)CDIO工程教育模式，從整合教學(xué)內(nèi)容、改革授課方式、實(shí)施項(xiàng)目體驗(yàn)式教學(xué)方法、調(diào)整考核方式幾個(gè)方面探討了改革實(shí)施方案。經(jīng)實(shí)踐證明，本方案對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)實(shí)踐技能、積累工程經(jīng)驗(yàn)有積極作用。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型課程;工程教育模式;案例導(dǎo)入;體驗(yàn)式教學(xué)法;角色扮演

中圖分類號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2015）20-0107-03

隨著我國(guó)信息化建設(shè)從橫向規(guī)模發(fā)展轉(zhuǎn)變?yōu)榭v向深度應(yīng)用發(fā)展，社會(huì)對(duì)各種類型的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才在數(shù)量和質(zhì)量上的需求也不斷遞增。在以就業(yè)為導(dǎo)向的人才培養(yǎng)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，為應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更新的日新月異以及網(wǎng)絡(luò)高級(jí)應(yīng)用型人才需求的不斷擴(kuò)大，高校網(wǎng)絡(luò)工程類課程的各項(xiàng)改革勢(shì)在必行[1]。

CDIO工程教育模式，是目前國(guó)際工程教育改革的最新成果，CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Implement）、運(yùn)行（Operate），它是以現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品從構(gòu)思、研發(fā)、制造、運(yùn)行全生產(chǎn)過程為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的方式學(xué)習(xí)工程。它是以能夠領(lǐng)導(dǎo)現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品過程或系統(tǒng)開發(fā)的現(xiàn)代工程師所需要具備的知識(shí)、能力和素質(zhì)為目標(biāo)，以現(xiàn)代工程實(shí)際為背景環(huán)境，采用相互聯(lián)系、相互支撐的課程體系培養(yǎng)學(xué)生，并讓學(xué)生在現(xiàn)代學(xué)習(xí)和實(shí)踐環(huán)境中取得豐富的設(shè)計(jì)制作和主動(dòng)學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)、能力和素質(zhì)的一體化成長(zhǎng)[2，3]。CDIO教育模式符合網(wǎng)絡(luò)工程類人才培養(yǎng)特性，對(duì)網(wǎng)絡(luò)工程類課程改革具有重要指導(dǎo)意義。

《路由與交換》是我校網(wǎng)絡(luò)工程方向一門重要專業(yè)必修課，在網(wǎng)絡(luò)工程課程體系中擁有承上啟下的重要地位。它以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，深入學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)路由與交換技術(shù)中的重要原理、協(xié)議及應(yīng)用方法，旨在培養(yǎng)學(xué)生具有中型企業(yè)網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)與實(shí)施技能，是一門與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系非常緊密的典型的網(wǎng)絡(luò)工程課程。因此，針對(duì)本課程的教學(xué)改革，將對(duì)網(wǎng)絡(luò)工程類其他課程的改革起到很好的示范效應(yīng)。

一、課程現(xiàn)狀與問題

1.課程現(xiàn)狀。目前，本課程針對(duì)通信工程專業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)方向大三的學(xué)生，總課時(shí)48學(xué)時(shí)，其中理論課時(shí)36節(jié)，實(shí)驗(yàn)課時(shí)12節(jié)，每周一次課，每次3節(jié)。授課形式為：理論課在多媒體教室，老師講解理論并配合操作演示;實(shí)驗(yàn)課在通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生分組完成一個(gè)小型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

通過理論學(xué)習(xí)和綜合實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，幫助學(xué)生理解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的工作原理、掌握網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置步驟、熟悉網(wǎng)絡(luò)故障的排除方法，使其具有規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)施中型企業(yè)網(wǎng)的能力。

2.存在的問題。通過研究前幾屆學(xué)生的實(shí)際教學(xué)效果，本課程在課堂教學(xué)方面存在如下一些問題。

（1）理論與實(shí)踐被割離。本課程實(shí)踐性較強(qiáng)，理論和實(shí)踐粘合較緊，現(xiàn)在“理論36課時(shí)+實(shí)驗(yàn)12課時(shí)”的授課方式，弱化了實(shí)踐的作用，其次將理論和實(shí)驗(yàn)分開教學(xué)，使學(xué)生在學(xué)完網(wǎng)絡(luò)協(xié)議原理后不能馬上在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中驗(yàn)證協(xié)議的工作過程，影響學(xué)習(xí)效果。

（2）單項(xiàng)技術(shù)與整體項(xiàng)目無法銜接。學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，對(duì)于單項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用能輕松完成，但是對(duì)于有一定綜合性的實(shí)驗(yàn)，往往無從下手，說明“從單項(xiàng)技術(shù)到綜合項(xiàng)目”的方式導(dǎo)致知識(shí)點(diǎn)的離散性，使學(xué)生沒有理清各種技術(shù)之前的相互關(guān)系，對(duì)于多種技術(shù)同時(shí)應(yīng)用的情況缺乏整體認(rèn)識(shí)。問題的關(guān)鍵在于為了教學(xué)的方便，原本屬于同一個(gè)項(xiàng)目的多項(xiàng)技術(shù)被人為分割成一個(gè)個(gè)小的知識(shí)點(diǎn)，便于學(xué)生逐個(gè)掌握，但是學(xué)生缺乏整合各項(xiàng)技術(shù)的能力[4]。

（3）學(xué)生參與度不高。在理論學(xué)習(xí)階段，教師采用傳統(tǒng)的授課方式很難將抽象的協(xié)議講得生動(dòng)，學(xué)生對(duì)枯燥的協(xié)議、煩瑣的工作流程不感興趣;實(shí)驗(yàn)階段，學(xué)生各自為政，認(rèn)真的學(xué)生多做，偷懶的學(xué)生少做甚至不做，缺乏團(tuán)隊(duì)意識(shí)[5，6]。

二、教學(xué)改革內(nèi)容與措施

CDIO模式下的教學(xué)過程包括：教師提出明確的任務(wù)目標(biāo)，學(xué)生對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分析研究，并設(shè)計(jì)實(shí)施方案，將方案轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品或系統(tǒng)，并經(jīng)過不斷的調(diào)試修改形成一個(gè)產(chǎn)品或系統(tǒng)，形成一體化教學(xué)體系[7]。

本文參考CDIO教育模式的教學(xué)過程以及課程在實(shí)際課堂教學(xué)中存在的問題，首先，對(duì)教學(xué)內(nèi)容重新規(guī)劃與整合，引入頂層項(xiàng)目和次級(jí)項(xiàng)目的概念;其次，為了提高學(xué)生實(shí)踐機(jī)會(huì)，為了給體驗(yàn)式學(xué)習(xí)營(yíng)造真實(shí)項(xiàng)目環(huán)境，對(duì)授課方式進(jìn)行改革;然后，在每次授課過程中實(shí)施基于角色扮演的項(xiàng)目體驗(yàn)式教學(xué)法;最后，將學(xué)生在課堂體驗(yàn)式學(xué)習(xí)表現(xiàn)以及課外自主學(xué)習(xí)中的成績(jī)作為綜合考核學(xué)生的依據(jù)。

1.融合理論與實(shí)踐，整合教學(xué)內(nèi)容。根據(jù)本課程應(yīng)用性的特點(diǎn)及體驗(yàn)式教學(xué)的需要，以“總—分—總”式結(jié)構(gòu)整合教學(xué)內(nèi)容。所謂“總—分—總”，即從一個(gè)大型工程實(shí)例（頂層項(xiàng)目）出發(fā)，歸納出完成該工程的所有單項(xiàng)技術(shù)，針對(duì)這些單項(xiàng)技術(shù)設(shè)計(jì)相應(yīng)的次級(jí)項(xiàng)目，然后根據(jù)各項(xiàng)技術(shù)之間服務(wù)與被服務(wù)的遞進(jìn)關(guān)系，由淺入深、由局部到整體地開展各項(xiàng)技能的培訓(xùn)，當(dāng)所有次級(jí)項(xiàng)目完成后，一個(gè)完整的工程項(xiàng)目也實(shí)施完畢。這種“總—分—總”式的組織方式便于學(xué)生在初期就能掌握網(wǎng)絡(luò)的全貌，并理解各項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際工程中作用。

“總—分—總”式組織法實(shí)施方案如圖1所示，教學(xué)內(nèi)容被以下幾個(gè)時(shí)期串聯(lián)成一個(gè)整體：項(xiàng)目設(shè)計(jì)準(zhǔn)備期、整體項(xiàng)目認(rèn)知期、遞進(jìn)式學(xué)習(xí)期和綜合應(yīng)用期。在準(zhǔn)備期著重學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)工程基礎(chǔ)，包括常見網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置與管理、IP地址規(guī)劃等;在整體認(rèn)知期通過兩個(gè)大型項(xiàng)目實(shí)例（園區(qū)網(wǎng)是典型的交換型網(wǎng)絡(luò)，企業(yè)網(wǎng)是典型的路由型網(wǎng)絡(luò)）來分析客戶需求，學(xué)習(xí)典型交換型和路由型網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，此時(shí)并不涉及各種需求的解決方案，僅從整體上認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，了解各項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合及能解決的實(shí)際問題（總）;在遞進(jìn)式學(xué)習(xí)期，所有技術(shù)通過兩個(gè)實(shí)例串聯(lián)在一起，形成一個(gè)整體，而不是孤立的個(gè)體，將從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、局部到整體、低級(jí)應(yīng)用到高級(jí)應(yīng)用的順序逐步學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)工程基本技能，學(xué)習(xí)各項(xiàng)技術(shù)的配置方法，解決實(shí)例中遇到的問題，逐項(xiàng)滿足客戶需求（分）;在綜合應(yīng)用期，將再設(shè)計(jì)兩個(gè)工程實(shí)例，提出需求，指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用課程所學(xué)技術(shù)完成工程的設(shè)計(jì)、配置、測(cè)試等任務(wù)，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果（總）。

2.依托虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，改變授課方式。授課方式的改革從兩個(gè)方面進(jìn)行：第一，將授課地點(diǎn)從教室搬到實(shí)驗(yàn)室，將實(shí)驗(yàn)室虛擬網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)軟件融入理論和實(shí)踐教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和效率，做到“邊理論邊實(shí)踐”;第二，改變單一專業(yè)教師授課的方式，聘請(qǐng)“校企合作”企業(yè)工程師參與綜合實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，提高綜合實(shí)驗(yàn)的工程時(shí)效性。

從在教室上理論課、實(shí)驗(yàn)室上實(shí)踐課轉(zhuǎn)變?yōu)樗薪虒W(xué)內(nèi)容都在實(shí)驗(yàn)室完成，看似僅僅就是教學(xué)場(chǎng)地發(fā)生改變，實(shí)質(zhì)是授課方式的轉(zhuǎn)變。實(shí)驗(yàn)室擁有網(wǎng)絡(luò)虛擬軟件平臺(tái)（GNS3、Cisco Packet Tracer，業(yè)內(nèi)工程師認(rèn)可的主流軟件），借助于這些軟件平臺(tái)，協(xié)議的工作流程不再抽象，當(dāng)堂學(xué)習(xí)的配置技術(shù)也能及時(shí)鞏固;并且在實(shí)驗(yàn)室能近距離接觸真實(shí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[6]。

同時(shí)，借助“校企合作”平臺(tái)將業(yè)師引入課堂，改變單一講師授課的形式。將業(yè)師引入課堂是彌補(bǔ)講師實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)不足的重要手段，一方面依托學(xué)校的“千人業(yè)師”計(jì)劃，由業(yè)師在課堂開展講座，介紹行業(yè)背景、就業(yè)前景;另一方面，業(yè)師可將實(shí)際工作中的真實(shí)案例引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使綜合實(shí)驗(yàn)更具有現(xiàn)實(shí)意義。

3.營(yíng)造項(xiàng)目實(shí)施情景，開展教學(xué)改革。企業(yè)網(wǎng)絡(luò)工程師在實(shí)施工程時(shí)并不是直接操作真實(shí)設(shè)備，這樣容易給客戶造成難以預(yù)計(jì)的不良后果，他們遵循“構(gòu)思→模擬→實(shí)施”的步驟，依據(jù)這樣真實(shí)的項(xiàng)目實(shí)施規(guī)律，本文加以改進(jìn)提出適合于課堂操作的項(xiàng)目體驗(yàn)式學(xué)習(xí)法，并運(yùn)用到《路由與交換》課程的單次（3課時(shí)）授課過程中。

如圖2所示，首先，教師根據(jù)教學(xué)進(jìn)度引出真實(shí)案例，提出設(shè)計(jì)需求，并講解所涉及技術(shù)的理論知識(shí)（案例講解，1課時(shí)）;然后指導(dǎo)每位學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)虛擬平臺(tái)（Cisco Packet Tracer或GNS3）提出設(shè)計(jì)方案，搭建工程拓?fù)鋱D，完成所有設(shè)備的配置以及測(cè)試任務(wù)（模擬器演練，1課時(shí)）;最后，學(xué)生將以小組為單位成立項(xiàng)目組，并進(jìn)行角色扮演（如項(xiàng)目經(jīng)理、網(wǎng)絡(luò)工程師、實(shí)施與測(cè)試人員等），以團(tuán)隊(duì)合作的方式將虛擬平臺(tái)測(cè)試無誤的方案移植到實(shí)驗(yàn)室的真實(shí)設(shè)備上，完成真實(shí)設(shè)備的配置并測(cè)試（角色扮演，1課時(shí)）。

在教學(xué)的第一階段主要以教師的講解為主;進(jìn)入第二階段，教師只負(fù)責(zé)指導(dǎo)，以學(xué)生的模擬操作為主;第三階段，學(xué)生將選舉本小組項(xiàng)目經(jīng)理，并在項(xiàng)目經(jīng)理的指揮下完成整個(gè)工程的實(shí)際操作。整個(gè)教學(xué)過程以學(xué)生為主導(dǎo)，教師為指揮，師生互動(dòng)為主要手段，實(shí)現(xiàn)知識(shí)從理論到實(shí)踐再到應(yīng)用的全面掌握。

4.結(jié)合課堂與課外，改變考核方式。學(xué)生本課程的總評(píng)成績(jī)將由兩部分組成：平時(shí)成績(jī)和考試成績(jī)。其中平時(shí)成績(jī)占比40%，將采用過程考核的方式，記錄學(xué)生每次項(xiàng)目的完成情況，并根據(jù)其在小組中扮演的角色打分（通常扮演小組項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的學(xué)生會(huì)有更高的成績(jī)）;期末考試占比60%，將采用“項(xiàng)目+報(bào)告”的方式，布置一道大型的網(wǎng)絡(luò)實(shí)例，提出設(shè)計(jì)需求，讓學(xué)生在課外借助各種網(wǎng)絡(luò)資源完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)，要求能在網(wǎng)絡(luò)虛擬軟件平臺(tái)測(cè)試通過，并撰寫項(xiàng)目報(bào)告。為了防止學(xué)生之間相互抄襲，要求報(bào)告不得雷同。

三、結(jié)語

本文首先分析了《路由與交換》這門應(yīng)用型課程在網(wǎng)絡(luò)工程類課程體系中的地位以及對(duì)人才培養(yǎng)的作用;然后闡述了課程在教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)的現(xiàn)狀，深入剖析了教學(xué)實(shí)施中存在的問題;最后依據(jù)CDIO工程教育模式在教學(xué)內(nèi)容、授課方式、教學(xué)方法、考核方式四個(gè)方面提出了教學(xué)改革的實(shí)施方案。經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的試驗(yàn)，改革取得初步成效，具體表現(xiàn)在學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性被充分調(diào)動(dòng)，自主學(xué)習(xí)的能力被激發(fā)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)工程這個(gè)方向更加認(rèn)同。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐遠(yuǎn)超，關(guān)永.“網(wǎng)絡(luò)工程”實(shí)踐課程的教學(xué)研究與探索[J].計(jì)算機(jī)教育，2007，（11）：5-8.

[2]康嵐蘭，胡健，彭潔.CDIO工程教育模式在獨(dú)立學(xué)院計(jì)算機(jī)專業(yè)中的探索與實(shí)踐[J].江西理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，33（2）：94-97.

[3]曹瓊，張光建，黃賢英.CDIO思想指導(dǎo)下的軟件人才培養(yǎng)模式探討[J].教育教學(xué)論壇，2013，（38）：78-80.

[4]郭廣軍，羊四清，戴經(jīng)國(guó)，龔德良.面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)課程體系探索與實(shí)踐[J].計(jì)算機(jī)教育，2009，（19）：134-139.

[5]李德勝.網(wǎng)絡(luò)工程課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革探討[J].新課程研究，2012，02（249）：138-139.

[6]張新有，李成忠，田克.網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探討[J].實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理，2005，（12）：90-92.

[7]韓雁，馮興杰，梁志星，張婧.CDIO工程教育模式下的教學(xué)效果分析[J].中國(guó)民航大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，30（4）：38-41.