金課背景下“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)改革與探索

趙開新，呂書波，馬同偉

(河南工學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003)

0 引言

“金課”的概念最早由教育部陳寶生部長在2018年6月21日召開的中國高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議上提出。陳部長向全國教師號召：消滅“水課”，建設(shè)“金課”。教育部高等教育司司長吳巖指出，“金課”就是一流課程，其評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。要打造高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的“金課”，必須從學(xué)生實(shí)際出發(fā)，以學(xué)生為中心，充分利用信息化技術(shù)，推進(jìn)課堂教學(xué)模式改革。“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”是計(jì)算機(jī)、通信專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，由于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議較多，概念較抽象，原理較復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)不斷出現(xiàn)，傳統(tǒng)教學(xué)模式難以達(dá)到滿意的教學(xué)效果，因此改進(jìn)傳統(tǒng)“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)現(xiàn)狀，探索打造“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”“金課”的教學(xué)方法，顯得尤為緊迫和重要[1]。

1 “計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)存在的問題

“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程的重點(diǎn)內(nèi)容主要包括：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)交換方式、物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、局域網(wǎng)、以太網(wǎng)、交換機(jī)工作原理、網(wǎng)絡(luò)層、IP協(xié)議及IP分組格式、IP地址及相關(guān)技術(shù)、路由器工作原理、傳輸層、UDP和TCP報(bào)文段格式、TCP傳輸機(jī)制以及各應(yīng)用層協(xié)議的工作機(jī)制。“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程涉及知識面較廣、原理性強(qiáng)、知識點(diǎn)較抽象、并且新技術(shù)層出不窮。

“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程要求學(xué)生掌握理論知識，并具備根據(jù)現(xiàn)實(shí)環(huán)境設(shè)計(jì)、組建和管理網(wǎng)絡(luò)能力。課程通常設(shè)置為理論課程和實(shí)踐課程。在理論課教學(xué)過程中，教師采用課堂理論知識講授，并通過模擬器對網(wǎng)絡(luò)原理進(jìn)行演示，加強(qiáng)學(xué)生對原理的理解，但是隨著云計(jì)算、邊緣計(jì)算、軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software Defined Network，SDN)等新技術(shù)的出現(xiàn)，需要在“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程中植入這些網(wǎng)絡(luò)新知識、新概念，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生未來就業(yè)的競爭力。隨著網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的迅速發(fā)展，“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”傳統(tǒng)的教學(xué)模式難以滿足“兩性一度”的課程評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。因此，探索“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程的教學(xué)改革顯得尤為重要。

從當(dāng)前金課建設(shè)背景出發(fā)，對河南工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)17級本科生從“高階性”“創(chuàng)新性”“挑戰(zhàn)度”3個(gè)方面進(jìn)行了“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程改革，取得了一定的效果[2]。

2 改革“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程，體現(xiàn)“高階性”

課程的高階性強(qiáng)調(diào)知識、能力、素質(zhì)的有機(jī)融合，注重培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力和高級思維。指導(dǎo)學(xué)生參加教育部和企業(yè)舉辦的各類網(wǎng)絡(luò)競賽，以及在教學(xué)中融入思政元素，拓寬了學(xué)生的知識面，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生知識、能力、專業(yè)素質(zhì)和政治素質(zhì)的有機(jī)融合，培養(yǎng)學(xué)生從網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、到網(wǎng)絡(luò)部署、再到網(wǎng)絡(luò)安全管理的綜合能力，打造純凈的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞膬?yōu)秀學(xué)生。體現(xiàn)“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程的“高階性”[3]。

2.1 以賽促學(xué)，增加課程難度，提升學(xué)生技能

河南工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教師積極組織學(xué)生參加全國大學(xué)生網(wǎng)絡(luò)競賽和新華三、華為等公司組織的大學(xué)生網(wǎng)絡(luò)大賽。網(wǎng)絡(luò)競賽之前，教師先分模塊對學(xué)生進(jìn)行競賽的內(nèi)容做專題培訓(xùn)，然后通過理論考試，現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、配置等來選拔優(yōu)秀學(xué)生參加大賽，這種以賽促學(xué)的方式，能夠增加課程的“高階性”，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和競爭意識，增強(qiáng)學(xué)生把課本內(nèi)容應(yīng)用到實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的能力。2019年在河南省新華三杯大賽中，河南工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)17級學(xué)生獲得河南省一等獎(jiǎng)2個(gè)，二等獎(jiǎng)7個(gè)，隨后在全國新華三杯大賽中河南工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)17級王春一同學(xué)獲得全國二等獎(jiǎng)。

2.2 在教學(xué)內(nèi)容中融入課程思政元素

習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會(huì)議上強(qiáng)調(diào)，“要用好課堂教學(xué)這個(gè)主渠道，使各類課程都要與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)”，構(gòu)建全員、全程、全課程育人格局。對于“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程而言，不僅要使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的知識和技能，而且要樹立正確的價(jià)值觀和人生觀，自覺維護(hù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全，不利用自己的網(wǎng)絡(luò)技能和手段，鉆法律漏洞，獲得不義之財(cái)，要利用自己所學(xué)知識和技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)同不法分子做斗爭，利用網(wǎng)絡(luò)傳遞正能量，共同維護(hù)健康和諧的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

3 改革“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程，體現(xiàn)“創(chuàng)新性”

課程的創(chuàng)新性要求課程內(nèi)容具有前沿性和時(shí)代性，教學(xué)形式體現(xiàn)先進(jìn)性和互動(dòng)性，學(xué)習(xí)結(jié)果具有探究性和個(gè)性化。通過在“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程中補(bǔ)充網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)，體現(xiàn)課程的前沿性和時(shí)代性，通過采用線上線下混合式教學(xué)和PBL教學(xué)法(Problem-Based Learning Method)，使學(xué)生學(xué)習(xí)形式多樣，線上線下師生互動(dòng)性強(qiáng)，體現(xiàn)了以問題為導(dǎo)向，以學(xué)生為中心，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和探究能力，提高學(xué)生的參與度。體現(xiàn)“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程的“創(chuàng)新性”[4]。

3.1 課堂中增加網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)、拓寬學(xué)生知識面

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的飛速發(fā)展，邊緣計(jì)算、SDN網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)紛紛出現(xiàn)，在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備幾乎都是物理設(shè)備，而SDN網(wǎng)絡(luò)中除了傳統(tǒng)的物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備外，還涉及很多虛擬化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，傳統(tǒng)“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程里很少涉及這方面的知識和技術(shù)，因此，可以在“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程中，植入一些網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)，比如SDN網(wǎng)絡(luò)和云計(jì)算技術(shù)等，以拓寬學(xué)生的知識面，為學(xué)生的課程創(chuàng)新打下良好基礎(chǔ)，體現(xiàn)了課程內(nèi)容的前沿性和時(shí)代性，河南工學(xué)院2019年修訂了過去編寫的“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”教材，專門增加了一章SDN網(wǎng)絡(luò)。

3.2 線上線下混合教學(xué)

“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程線上線下混合式教學(xué)的基本思路是：教師錄制各章節(jié)知識點(diǎn)做成小視頻，上傳到網(wǎng)上學(xué)習(xí)平臺(tái)，學(xué)生首先利用平臺(tái)上的視頻、課件和試題完成自主學(xué)習(xí)和討論，課上教師針對學(xué)生的試題完成情況和有爭議的討論進(jìn)行詳細(xì)講解，并回答課程難點(diǎn)和疑點(diǎn)，有針對性地解決學(xué)生難以理解的知識點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)老師教為中心向?qū)W生學(xué)為中心的轉(zhuǎn)變。

在課前，利用網(wǎng)上學(xué)習(xí)平臺(tái)讓學(xué)生自主提前學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識，以便課堂上可更多地進(jìn)行師生互動(dòng)、解決學(xué)生在自學(xué)過程中遇到的難題。此外，還將“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程中一些協(xié)議的邏輯工作過程，如TCP協(xié)議的握手過程、ARP協(xié)議的工作過程、DHCP協(xié)議的工作過程等一些使用傳統(tǒng)語言描述，或者PPT展示無法短時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生迅速理解的知識點(diǎn)，以互動(dòng)動(dòng)畫等方式進(jìn)行呈現(xiàn)，使學(xué)生能更加生動(dòng)靈活地理解協(xié)議的交互過程和原理，提高教學(xué)效果。

課堂上，設(shè)計(jì)多種互動(dòng)環(huán)節(jié)，將以教師為主的課堂變成以學(xué)生為主的課堂，充分發(fā)揮學(xué)生發(fā)散思維，將學(xué)生線上所學(xué)的相關(guān)知識，進(jìn)行展示和討論，鼓勵(lì)學(xué)生走上講臺(tái)，擔(dān)當(dāng)教師的角色，講述一些難點(diǎn)疑點(diǎn)，然后教師根據(jù)學(xué)生的講述結(jié)果，來進(jìn)行完善和補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)課堂以學(xué)生為主體地位，教師為輔助地位，線上線下混合式教學(xué)能提高學(xué)生的表達(dá)能力，使學(xué)生形成獨(dú)立思考能力，體現(xiàn)了教學(xué)形式的先進(jìn)性和互動(dòng)性，

3.3 采用PBL教學(xué)法

PBL教學(xué)法是以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法，是以學(xué)生為中心的教育方式，在教師的引導(dǎo)下，“以學(xué)生為中心，以問題為基礎(chǔ)”，采用小組討論的形式，學(xué)生圍繞問題獨(dú)立收集資料，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力的教學(xué)模式。教師在網(wǎng)上平臺(tái)學(xué)習(xí)通中，給學(xué)生布置PBL任務(wù)，并將學(xué)生分為若干個(gè)小組，每組設(shè)置一名組長，組長負(fù)責(zé)把任務(wù)拆分成各個(gè)模塊分給小組成員，組內(nèi)成員圍繞指定模塊發(fā)表自己的見解，組長總結(jié)小組內(nèi)討論結(jié)果，并指派本組中的成員，參與小組之間辯論，這種分組討論式教學(xué)方法，將學(xué)生由傳統(tǒng)教學(xué)模式中單一聽講、被動(dòng)接受灌輸?shù)谋粍?dòng)地位，轉(zhuǎn)化為主動(dòng)學(xué)習(xí)、分析、總結(jié)的主體地位。充分體現(xiàn)了以學(xué)生為主體的理念，有利于學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力、語言表達(dá)能力和思辨能力的培養(yǎng)和提高，使學(xué)習(xí)結(jié)果具有探究性和個(gè)性化。

4 改革“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程，體現(xiàn) “挑戰(zhàn)度”

課程的挑戰(zhàn)度是指課程有一定難度，需要跳一跳才能夠得著，這對老師備課和學(xué)生課下學(xué)習(xí)提出了較高的要求。

以“金課”考核標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)，以提高學(xué)生綜合分析和應(yīng)用能力為目標(biāo)，結(jié)合“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程的性質(zhì)和特點(diǎn)，建立形成合理的過程化考核評價(jià)機(jī)制，真正做到即兼顧基礎(chǔ)知識，又突出實(shí)踐能力的考核評價(jià)機(jī)制?？己朔桨钢谐似谀┑目荚嚦煽?，增加線上學(xué)習(xí)和討論問題情況、課堂上互動(dòng)情況和綜合項(xiàng)目完成情況，突出基礎(chǔ)知識、分析問題、解決問題和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力相結(jié)合的考核方式。從企業(yè)聘請工程師、結(jié)合高校的專家，形成專門的考核小組，對學(xué)生進(jìn)行考核評價(jià)，提高課程考核的“科學(xué)性”和“挑戰(zhàn)度”，增加學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)課程的主動(dòng)性和積極性，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識。

5 結(jié)語

利用信息化技術(shù)，創(chuàng)新教學(xué)方法，通過不斷豐富和充實(shí)教學(xué)內(nèi)容，不斷改進(jìn)與完善考核評價(jià)機(jī)制，打造“兩性一度”的“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”金課，改革后的課程已經(jīng)應(yīng)用于河南工學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)2017級本科學(xué)生，實(shí)踐證明，改革后的“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和實(shí)踐技能。