基于工程教育模式的計算機網(wǎng)絡(luò)工程課程群教學(xué)改革研究與實踐

李廣瓊 陳榮元 黃少年 季 潔

（湖南工商大學(xué) 計算機與信息工程學(xué)院，湖南 長沙 410205）

0 引言

中國工程教育認證協(xié)會頒布的工程教育認證專業(yè)標(biāo)準中，涵蓋了專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、評估、機制等五個方面，其中標(biāo)準中所提到的“復(fù)雜工程問題”是指，能夠運用所學(xué)的工程問題的基本理論，分析并解決復(fù)雜的工程問題。在計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)工程教育認證標(biāo)準中，要求學(xué)生能夠掌握計算機科學(xué)的基本理論和基本研究方法，學(xué)生完成專業(yè)課程的系統(tǒng)學(xué)習(xí)之后，能夠具有較好的科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新精神，能夠運用所學(xué)的理論和方法解決專業(yè)中的基本問題并能夠初步開發(fā)出系統(tǒng)。根據(jù)湖南工商大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案得知，計算機網(wǎng)絡(luò)工程課程群包含了計算機網(wǎng)絡(luò)工程、 計算機網(wǎng)絡(luò)工程實驗、網(wǎng)絡(luò)工程課程設(shè)計三門課程，湖南工商大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)方案里，計算機網(wǎng)絡(luò)工程課程群是必修的課程，體現(xiàn)了計算機網(wǎng)絡(luò)方向的就業(yè)分支，課程群具有知識點多，協(xié)議原理多，實踐性強的特點[1]。通過學(xué)習(xí)國際上工程教育模式的先進理念，課程團隊開展面向工程教育的CDIO 模式驅(qū)動的教學(xué)改革，開展計算機網(wǎng)絡(luò)工程課程群建設(shè)，對課程群的教學(xué)方法與手段、考核評價方式等方面進行改革和創(chuàng)新。

1 目前計算機網(wǎng)絡(luò)工程課程群教學(xué)中的現(xiàn)狀分析

通過查閱湖南工商大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)最新版的人才培養(yǎng)方案，計算機網(wǎng)絡(luò)工程課程的學(xué)分是0.5 學(xué)分，16 節(jié)課，本課程以計算機網(wǎng)絡(luò)工程的基礎(chǔ)知識、以太網(wǎng)和無線局域網(wǎng)技術(shù)、交換機技術(shù)與應(yīng)用、路由器技術(shù)與應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用、服務(wù)器技術(shù)與應(yīng)用等計算機網(wǎng)絡(luò)的各項基本技術(shù)和主流技術(shù)為基礎(chǔ)，說明計算機網(wǎng)絡(luò)工程的思想和結(jié)構(gòu)，突出一般的計算機網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計、配置和管理方法，并對網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計、開發(fā)和應(yīng)用中的實際問題和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中的熱點問題進行了討論，力求培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，為學(xué)生進一步學(xué)習(xí)做準備。 目前該課程在教學(xué)中存在的主要問題是學(xué)生缺乏網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的總體拓撲結(jié)構(gòu)思想，不能從整體上構(gòu)思整個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置和架構(gòu)。

計算機網(wǎng)絡(luò)工程實驗是0.5 學(xué)分，20 節(jié)課組成，主要任務(wù)是讓學(xué)生熟悉和掌握網(wǎng)絡(luò)服務(wù)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的安裝、配置及操作，熟悉網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的知識，掌握TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)的調(diào)試方法及一些實用命令的使用以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的實踐。 教學(xué)中存在的問題，一是學(xué)生在用Packet Tracer 仿真平臺做實驗時，往往沒有分析該實驗背后的理論支撐知識，許多同學(xué)是照著實驗教材的配置命令配置一遍，并沒有思考其中的理論點，真正能在實驗中主動思考和探索的學(xué)生只有少數(shù)，學(xué)習(xí)的積極主動性不高。 二是實驗完成后，許多同學(xué)忙著提交實驗作業(yè)，沒有總結(jié)的習(xí)慣，所以導(dǎo)致不能對所學(xué)知識點融會貫通，舉一反三，使學(xué)生的實際動手能力打了折扣。

網(wǎng)絡(luò)工程課程設(shè)計的學(xué)分是1 學(xué)分，兩周集訓(xùn)時間，本課程要求學(xué)生按照系統(tǒng)集成的基本流程，使用常見的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)完成一個小型廣域網(wǎng)絡(luò)的搭建并能夠?qū)崿F(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，并最終以課程設(shè)計作品和文檔來證明其完成各種實際任務(wù)的能力，從而反映出學(xué)生理解和掌握計算機網(wǎng)絡(luò)工程的思想和方法的程度，運用計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和相關(guān)軟件進行實踐的水平和能力。 在實訓(xùn)過程中，由于用的是模擬設(shè)備，缺乏真實的設(shè)備環(huán)境，學(xué)生在綜合網(wǎng)絡(luò)配置的案例中存在遇到網(wǎng)絡(luò)故障不能運用理論知識及時解決的問題。

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)技術(shù)的不斷完善，微課堂、慕課等線上教學(xué)的興起，確實給同學(xué)們的專業(yè)學(xué)習(xí)帶來了全新的體驗，但在眾多眼花繚亂的視覺沖擊下，學(xué)生如何更好地萃取互聯(lián)網(wǎng)的精華為我所用，是教師要迫切思考和解決的問題。 學(xué)生如何能夠在線下和線上教學(xué)中找到新的平衡點，充分利用好互聯(lián)網(wǎng)這把雙刃劍，真正地學(xué)有所長，而不至于走馬觀花，陷入快餐化和功利化的學(xué)習(xí)中。 因此，如何高效地利用開放、資源共享的互聯(lián)網(wǎng)促進專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，是迫切要探索的問題。

2 面向工程教育的C DIO 模式驅(qū)動的計算機網(wǎng)絡(luò)工程課程群教學(xué)改革

參考和學(xué)習(xí)國際上工程教育模式的先進經(jīng)驗，結(jié)合湖南工商大學(xué)地方經(jīng)濟服務(wù)的優(yōu)勢，工商類計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)方案的特點，提出培養(yǎng)“管理+工程”應(yīng)用型工程技術(shù)人才作為計算機網(wǎng)絡(luò)工程課程群的目標(biāo)。

2001年，美國的麻省理工學(xué)院聯(lián)合其他3 所高校，共同研發(fā)出一種新的工程教育模式，命名為CDIO 工程教育模式，CDIO 代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實施（Implement）和運行（Operate）[2]，它的理念是學(xué)生既要扎實地掌握本工程專業(yè)的基本理論和基本知識，又要具備理論在實際工程問題中的應(yīng)用能力，團隊協(xié)作能力。CDIO 工程教育模式在我國經(jīng)過十幾年的應(yīng)用和發(fā)展，已經(jīng)形成了具有中國特色的新型工程教育模式。

2.1 面向工程教育的CDIO 模式驅(qū)動的計算機網(wǎng)絡(luò)工程課程群教學(xué)內(nèi)容的改革研究

基于CDIO 模式驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)工程實驗課程中，采用仿真設(shè)計與實驗測試相結(jié)合的方法，針對教學(xué)內(nèi)容構(gòu)思和設(shè)計實際工程實例，仿真實現(xiàn)運用華為公司的eNSP 模擬軟件驗證，該階段分成幾步來完成，第一步，根據(jù)實驗的難度級別對學(xué)生分組。第二步，每組成員合理分工，有建拓撲圖的成員，有配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備IP地址的成員，有進行綜合配置的成員，有進行問題查驗的成員，成員之間考驗的是團隊協(xié)作能力，著重培養(yǎng)學(xué)生綜合實踐的能力和溝通互助能力，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)需求分析進行網(wǎng)絡(luò)拓撲的設(shè)計、 子網(wǎng)劃分、 設(shè)備互聯(lián)、VPN 配置以及在不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下配置恰當(dāng)?shù)穆酚蓞f(xié)議等，提高學(xué)生的工程實踐能力和協(xié)作學(xué)習(xí)能力。

基于CDIO 模式驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)工程課程設(shè)計環(huán)節(jié)中，通過校企合作的方式進行，基礎(chǔ)實踐環(huán)節(jié)以華為模擬器仿真實驗為主，在綜合性設(shè)計實驗中，由合作的企業(yè)提供真實的物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，形成以學(xué)生思考、實踐為主，教師講授、演示為輔的教學(xué)模式，達到“在課堂中理解”和“在項目中實踐”的教學(xué)效果，保證CDIO 學(xué)習(xí)的良好效果。

2.2 面向工程教育的CDIO 模式驅(qū)動的計算機網(wǎng)絡(luò)工程課程群教學(xué)方式的改革研究

研究基于CDIO 模式的網(wǎng)絡(luò)工程課程群，新的教學(xué)形式和方法，適應(yīng)工商大學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)特色的教學(xué)理念，在教學(xué)內(nèi)容的組織和設(shè)計上推陳出新，根據(jù)所實踐課程群的特點，形成知識體系相對完整的課程群；設(shè)計基于CDIO 模式驅(qū)動的《計算機網(wǎng)絡(luò)工程》《計算機網(wǎng)絡(luò)工程實驗》《網(wǎng)絡(luò)工程課程設(shè)計》課程群的教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)方法，為二級學(xué)院課程建設(shè)提供決策依據(jù)。

2.2.1 基于CDIO 模式驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)工程理論體系改革研究[3]

計算機網(wǎng)絡(luò)工程理論課程的構(gòu)成：精心組織課程教學(xué)單元，將理論內(nèi)容分割成一個個模塊，在教學(xué)中以每個模塊的知識點為主線，突出重點和難點，在內(nèi)容的安排上緊緊圍繞構(gòu)建校園網(wǎng)、園區(qū)網(wǎng)等工程網(wǎng)絡(luò)這條主線，在介紹技術(shù)原理的同時，兼顧技術(shù)的具體應(yīng)用，強調(diào)理論與實踐相結(jié)合。 根據(jù)計算機網(wǎng)絡(luò)工程實踐性特別強的特點，每個知識點配套一個工程案例的講解，在理論中滲入實踐，潤物細無聲般地把重點知識點講授給學(xué)生。同時，重視網(wǎng)絡(luò)工程的實踐性，在項目的甄選上注重典型性和實用性，使學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，能夠掌握交換機、路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置技巧，同時從宏觀上引導(dǎo)學(xué)生逐步樹立項目的全局觀念，為網(wǎng)絡(luò)工程思維的建立奠定基礎(chǔ)，提高學(xué)生解決實際問題的能力。由于網(wǎng)絡(luò)工程課程的項目化特點突出，根據(jù)CDIO 驅(qū)動的能力體系架構(gòu)，提出以“在項目中實踐，訓(xùn)練能力的提升”的工程思維。

2.2.2 基于CDIO 模式驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)工程實驗體系改革研究

計算機網(wǎng)絡(luò)工程實驗課程的組織，在每次實驗中，根據(jù)實驗的特點，按照CDIO 工程教育模式，把實驗從構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行四個維度進行設(shè)計，學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)自然由基礎(chǔ)理論知識和理論應(yīng)用知識構(gòu)成，每個維度的設(shè)計合理化，精確化，實驗內(nèi)容都以CDIO 驅(qū)動教育理念為導(dǎo)向，指導(dǎo)學(xué)生運用現(xiàn)有知識構(gòu)思和設(shè)計具體項目，使學(xué)生的理論水平和動手能力都能得到提高，每次實驗完成后，學(xué)生能自然探究其背后支撐的理論知識點，真正能夠做到舉一反三，活學(xué)活用。

2.2.3 基于CDIO 模式驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)工程課程設(shè)計改革研究

以工程教育CDIO 驅(qū)動理念為導(dǎo)向，學(xué)生按照系統(tǒng)集成的基本流程，使用常見的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能夠完成一個小型廣域網(wǎng)絡(luò)的搭建并能夠?qū)崿F(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，并最終以課程設(shè)計作品和文檔來證明其完成各種實際任務(wù)的能力，從而反映出學(xué)生理解和掌握基于CDIO 工程教育理念的計算機網(wǎng)絡(luò)工程的思想和方法的程度，運用計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和相關(guān)軟件進行實踐的水平和能力。在項目實施的整個過程中以學(xué)生為主體，教師只起到監(jiān)督和指導(dǎo)的作用。

3 基于工程教育模式的C DIO 驅(qū)動的計算機網(wǎng)絡(luò)工程課程群教學(xué)改革實踐與評價

與傳統(tǒng)的計算機網(wǎng)絡(luò)工程課程群教學(xué)方式相比，基于工程教育的CDIO 模式中，首先實現(xiàn)教師由演示者向指導(dǎo)者轉(zhuǎn)換；學(xué)生由以前的照本宣科，依葫蘆畫瓢向新型的探究和創(chuàng)新者轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)人才由教科書經(jīng)驗式人才向創(chuàng)新性人才模式轉(zhuǎn)變。 其次，教師的角色發(fā)生轉(zhuǎn)變，由以前照本宣科式教學(xué)法向善于運用教學(xué)策略，啟發(fā)學(xué)生思維，鼓勵學(xué)生將自主設(shè)計、自主探索與協(xié)作研究相結(jié)合的身份轉(zhuǎn)變，對教師隊伍提出更高要求，從而不斷錘煉學(xué)生的創(chuàng)新思維、分析問題、解決問題的能力，達到培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力的目標(biāo)。

基于工程教育模式的CDIO 驅(qū)動的教學(xué)實踐的實施主要包括如下三個方面：

（1）CDIO 驅(qū)動教學(xué)的設(shè)計思想

在網(wǎng)絡(luò)工程課程群的教學(xué)中，切入CDIO 工程教育模式的四個階段（構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運作），從培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實踐能力出發(fā)，整體規(guī)劃設(shè)計計算機網(wǎng)絡(luò)工程課程群的教學(xué)內(nèi)容，把現(xiàn)代教育技術(shù)與培養(yǎng)思路和目標(biāo)融入教學(xué)之中，對于網(wǎng)絡(luò)工程課程群的重點知識點和難以理解的內(nèi)容，采用基于項目驅(qū)動的教學(xué)方式來理解；針對缺乏設(shè)備、場地不適合、實驗時間過長等實驗情況可以通過網(wǎng)絡(luò)工程仿真實驗來補充，從而達到不斷完善培養(yǎng)目標(biāo)、科學(xué)構(gòu)建教學(xué)體系的目的。

（2）CDIO 驅(qū)動的教學(xué)組織形式與指導(dǎo)方法

計算機網(wǎng)絡(luò)工程實驗在開課前，由教師先完成一遍實驗，再指導(dǎo)學(xué)生開展實驗，每次實驗課時，第一步，教師講授該次實驗所關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)工程理論知識、實驗?zāi)康摹嶒炓?、重點和難點；第二步，同學(xué)分組合作完成實驗；第三步，同學(xué)們撰寫實驗報告，實驗過程中，學(xué)生在實驗中出現(xiàn)任何問題，教師能夠當(dāng)面解答；第四步，學(xué)生對該次實驗進行總結(jié)，在整個實驗過程中遇到了哪些問題，這些問題是如何解決的[4]。

由具有計算機網(wǎng)絡(luò)工程企業(yè)經(jīng)驗的雙師型教師或者實踐經(jīng)驗豐富的教師負責(zé)指導(dǎo)計算機網(wǎng)絡(luò)工程實驗，通過校企合作的方式進行網(wǎng)絡(luò)工程課程設(shè)計，企業(yè)組織網(wǎng)絡(luò)工程的課程教學(xué)中，按照CDIO 驅(qū)動模式四個階段設(shè)計案例。學(xué)生在課程設(shè)計中由模仿者向探究和創(chuàng)新者轉(zhuǎn)換，探究過程既提升了學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)工程理論和技術(shù)的理解，也潛移默化地培養(yǎng)了學(xué)生的科研能力。

（3）CDIO 驅(qū)動的計算機網(wǎng)絡(luò)工程課程群考核機制

計算機網(wǎng)絡(luò)工程、計算機網(wǎng)絡(luò)工程實驗、網(wǎng)絡(luò)工程課程設(shè)計的考核機制從CDIO 的四個維度來設(shè)計，即構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作，計算機網(wǎng)絡(luò)工程和計算機網(wǎng)絡(luò)工程實驗兩門課程制作好題庫，采用在線云考試系統(tǒng)完成，實驗側(cè)重評價學(xué)生分析問題和解決問題的能力，理論和實驗考試以平時成績占20%，期中考試占30%，期末考試占50%，學(xué)生每次的實驗報告和實驗成績構(gòu)成了平時成績，網(wǎng)絡(luò)工程課程設(shè)計著重考查學(xué)生綜合分析、設(shè)計案例的能力[5-6]。

4 結(jié)束語

將工程教育模式的CDIO 驅(qū)動應(yīng)用于計算機網(wǎng)絡(luò)工程課程群，使該課程群在教學(xué)理念、授課形式、資源建設(shè)、線上與線下教學(xué)方法上加以改進，最終在考核結(jié)果等方面都取得了較好的效果，通過學(xué)生的問卷調(diào)查顯示，90%以上的學(xué)生認為自己對網(wǎng)絡(luò)工程的學(xué)習(xí)熱情提高了，綜合大型局域網(wǎng)組網(wǎng)和設(shè)計的能力也提高了，85%以上的學(xué)生認為在該門功課上花了較多的時間。 從學(xué)生的測試成績來看，明顯高于往年。 但是，課程群的內(nèi)容還不能完全滿足學(xué)生的個性化培養(yǎng)與發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)課程的內(nèi)容與形式也不夠豐富，需要持續(xù)創(chuàng)新與改進。