OBE理念下的“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)設(shè)計(jì)

顧軍 姜秀柱 李錫渝

[摘 要] “計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”是高校計(jì)算機(jī)類專業(yè)的核心課程，對(duì)后續(xù)專業(yè)課有著重要的支撐作用。文章針對(duì)現(xiàn)有教學(xué)模式的不足，引入OBE理念實(shí)施教學(xué)模式改革。在確定了知識(shí)、能力和素質(zhì)三方面教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，反向設(shè)計(jì)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性的問題驅(qū)動(dòng)方式教學(xué)方法和將抽象知識(shí)形象化展示的可視化教學(xué)方法，提倡思維能力和實(shí)踐能力的綜合培養(yǎng)，并通過多元化考核設(shè)計(jì)，促進(jìn)各項(xiàng)教學(xué)改革發(fā)揮實(shí)效。

[關(guān)鍵詞] OBE理念;計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò);教學(xué)模式;反向設(shè)計(jì)

[中圖分類號(hào)] G640.0? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2021）04-0124-04? ? [收稿日期] 2020-04-14

“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”是計(jì)算機(jī)學(xué)科的專業(yè)核心課程之一，也是重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程在計(jì)算機(jī)類專業(yè)人才培養(yǎng)體系中的支撐作用越來越突出。這就要求“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程在教學(xué)內(nèi)容上能夠?yàn)閷W(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)提供“無縫”銜接，在教學(xué)過程中能夠?qū)⒅R(shí)點(diǎn)和今后的專業(yè)應(yīng)用關(guān)聯(lián)起來，否則就無法引起學(xué)生的興趣和重視，也就無法發(fā)揮助力后續(xù)學(xué)習(xí)的前導(dǎo)作用。

一、現(xiàn)有教學(xué)模式分析

“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程的教學(xué)設(shè)計(jì)大多是從構(gòu)建課程體系入手，以確定達(dá)到課程教學(xué)目標(biāo)的適切性。但是現(xiàn)有課程體系的構(gòu)建是學(xué)科導(dǎo)向的，遵循專業(yè)設(shè)置按學(xué)科劃分的原則，強(qiáng)調(diào)學(xué)科知識(shí)體系的系統(tǒng)性和完備性，在一定程度上忽視了專業(yè)的動(dòng)態(tài)發(fā)展需求[1]，導(dǎo)致課程體系與學(xué)習(xí)需求脫節(jié)。傳統(tǒng)教學(xué)模式以教師為中心，學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)，缺乏主動(dòng)性和自主性，很難保證學(xué)習(xí)效果。教學(xué)過程中，教師關(guān)注的是教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)進(jìn)度和教學(xué)手段，追求把復(fù)雜問題講得簡單的教學(xué)技巧;學(xué)生關(guān)注的是對(duì)知識(shí)的理解和接受，尤其是所學(xué)知識(shí)在后續(xù)學(xué)習(xí)過程中發(fā)揮的作用。但是如何有效評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，尤其是這些成果對(duì)于其畢業(yè)能力要求的支持度，還缺乏明確的目標(biāo)導(dǎo)向和有效的考核方式;因此，在OBE理念指導(dǎo)下開展以學(xué)生為中心、以成果為導(dǎo)向的課程教學(xué)改革與探索迫在眉睫。

二、OBE理念的引入

OBE（成果導(dǎo)向教育，Outcome Based Education）是一種基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式，自1981年由斯派迪（William G.Spady）創(chuàng)設(shè)以來，受到國內(nèi)外教育學(xué)界的追捧。OBE基本原理是所有學(xué)習(xí)者均成功（Success for All）[2]。教育者必須對(duì)學(xué)生畢業(yè)時(shí)應(yīng)達(dá)到的能力及水平有清楚的構(gòu)想，然后尋求設(shè)計(jì)適宜的教育結(jié)構(gòu)來保證學(xué)生達(dá)到這些預(yù)期目標(biāo)[3]。成果導(dǎo)向教育已成為美國、英國、加拿大等國家教育改革的主流理念，并被我國工程教育改革積極采納。

在OBE教育模式下，教師首先要調(diào)研分析學(xué)生完成學(xué)業(yè)時(shí)應(yīng)該具備的能力，確定一個(gè)學(xué)習(xí)目標(biāo)，設(shè)定在該目標(biāo)下學(xué)生能夠達(dá)到預(yù)期的成果。在此基礎(chǔ)上反向設(shè)計(jì)教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)大綱、考核方式等教學(xué)活動(dòng)。通過學(xué)生的學(xué)習(xí)成果驅(qū)動(dòng)教學(xué)過程的持續(xù)改進(jìn)，促進(jìn)教師不斷優(yōu)化教學(xué)環(huán)節(jié)、整合教學(xué)內(nèi)容、更新教學(xué)方法，從而提高教學(xué)質(zhì)量。

針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式下教師和學(xué)生的錯(cuò)位、課程體系與學(xué)習(xí)需求的脫節(jié)，我們引入OBE教學(xué)理念對(duì)“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，以保證教學(xué)效果能夠滿足學(xué)生對(duì)后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)的需求。

三、基于OBE的教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）確定課程教學(xué)目標(biāo)

課程目標(biāo)是指課程本身要實(shí)現(xiàn)的具體目標(biāo)和意圖，是確定課程內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)方法的基礎(chǔ)?！坝?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”作為專業(yè)核心基礎(chǔ)課程，不但要剖析經(jīng)典PC互聯(lián)網(wǎng)的工作原理，而且要教會(huì)學(xué)生獨(dú)立分析解決復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)工程問題的專業(yè)科學(xué)方法。因此，本課程的教學(xué)既要有知識(shí)傳授又要有能力培養(yǎng)，還要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。課程教學(xué)目標(biāo)[4]如表1所示。

（二）改革課程教學(xué)方法

圍繞上述教學(xué)目標(biāo)，需要對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn)，以適應(yīng)新的教學(xué)需求。改革的基本思路是發(fā)揮教師的知識(shí)傳播和學(xué)習(xí)引導(dǎo)作用，促使學(xué)生從“被動(dòng)學(xué)習(xí)”（passive learning）向“主動(dòng)學(xué)習(xí)”（initiative learning）轉(zhuǎn)變。采取的途徑包括問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)、可視化教學(xué)、思維能力與實(shí)踐能力的綜合培養(yǎng)等。

1.問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)。我們選取著名計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專家和教育家謝希仁教授編著的《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》（第7版）作為參考教材，其特點(diǎn)是內(nèi)容豐富、概念準(zhǔn)確、論述嚴(yán)謹(jǐn)、內(nèi)容新穎。不同于傳統(tǒng)的基于教材章節(jié)來組織教學(xué)內(nèi)容，我們將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)概念、基本原理和關(guān)鍵技術(shù)以提問的形式展現(xiàn)給學(xué)生，激發(fā)學(xué)生自主尋找知識(shí)答案，自主發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，并形成學(xué)習(xí)結(jié)果。比如，把教材第1章到第6章的標(biāo)題分別表述為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)長啥樣、信號(hào)如何在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)、信道中數(shù)據(jù)幀怎么到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)包怎么在互聯(lián)網(wǎng)中尋路和轉(zhuǎn)發(fā)、如何保證端到端的可靠傳輸、互聯(lián)網(wǎng)提供了哪些高層應(yīng)用，讓學(xué)生一目了然地知道需要學(xué)習(xí)的是什么內(nèi)容。再比如，在介紹IP地址時(shí)，通過為什么需要IP地址，如何表示IP地址，為什么對(duì)IP地址分類，為什么要?jiǎng)澐肿泳W(wǎng)，如何劃分子網(wǎng)，為什么要設(shè)計(jì)可變長網(wǎng)絡(luò)前綴，無類別域間路由（CIDR）地址塊怎么劃分子網(wǎng)，路由表項(xiàng)如何匯聚等一系列問題把相關(guān)知識(shí)點(diǎn)徐徐展開，讓學(xué)生既了解到IP地址的前世今生，又循序漸進(jìn)地學(xué)到了相關(guān)知識(shí)。

在這個(gè)過程中，教師必須及時(shí)向?qū)W生分享自己的專業(yè)知識(shí)，解決學(xué)生的疑惑。認(rèn)為以學(xué)生為中心的課堂上不存在教師講課，是一種錯(cuò)誤的理解。尤其像“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”這樣的專業(yè)基礎(chǔ)性課程，教師對(duì)學(xué)習(xí)效果的跟蹤掌控是很重要的，這會(huì)影響學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)其他專業(yè)課的進(jìn)度。而且一些原理性的知識(shí)是需要以“灌輸”方式根植到學(xué)生大腦中的。

2.可視化教學(xué)。“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程中概念繁多，并且都是建立在抽象的理論模型基礎(chǔ)上，在真正的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中卻看不見、摸不著，只能靠想象，所以憑空理解起來很困難，如數(shù)據(jù)通信原理、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、路由與交換技術(shù)等。把抽象知識(shí)可視化，借助圖形圖像等視覺化手段提高知識(shí)的可識(shí)別性，利用網(wǎng)絡(luò)模擬與仿真技術(shù)提升知識(shí)的直觀性，從而幫助學(xué)生正確地進(jìn)行知識(shí)的重構(gòu)、記憶以及應(yīng)用。

比如，在向?qū)W生講解如何觀察計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，我們會(huì)指導(dǎo)學(xué)生從橫向組網(wǎng)的角度分析硬件設(shè)備的組成分類、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和互聯(lián)方式，也會(huì)指導(dǎo)學(xué)生從縱向分層的角度分析協(xié)議軟件的分層體系、處理對(duì)象和交互方式，并通過圖解方式展現(xiàn)橫向互聯(lián)與縱向分層之間的聯(lián)系（圖1）。隨著學(xué)習(xí)的進(jìn)一步深入，相關(guān)知識(shí)點(diǎn)可以在圖1的基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)化，就像知識(shí)樹一樣，由簡單到復(fù)雜，由稀少到繁茂，有助于學(xué)生形成立體化的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)體系。

3.思維能力和實(shí)踐能力的綜合培養(yǎng)。以教學(xué)大綱為指南的教學(xué)模式在促進(jìn)教學(xué)過程規(guī)范化的同時(shí)，也造成了教學(xué)內(nèi)容的相對(duì)固化，再加上教材更新的緩慢，很難及時(shí)反映新技術(shù)的出現(xiàn)，使得學(xué)生普遍反映課堂學(xué)習(xí)與社會(huì)需求脫節(jié)嚴(yán)重，從而對(duì)課程失去興趣。

我們認(rèn)為，學(xué)校教育不應(yīng)局限于滿足當(dāng)前人才市場(chǎng)需求和跟蹤新技術(shù)發(fā)展被動(dòng)教學(xué)組織，而應(yīng)著手構(gòu)建“以不變應(yīng)萬變”的教學(xué)模式。為此，在“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)過程中，我們強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)思維和網(wǎng)絡(luò)思維對(duì)于理解和分析計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的重要性，注重對(duì)學(xué)生的思維能力和實(shí)踐能力的綜合培養(yǎng)。

系統(tǒng)思維重視整體思考，要求學(xué)生能夠站在系統(tǒng)的高度對(duì)網(wǎng)絡(luò)的軟硬件功能進(jìn)行合理劃分，能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不同層次進(jìn)行抽象和封裝，能夠根據(jù)不同的應(yīng)用要求合理構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)[5]。網(wǎng)絡(luò)思維強(qiáng)調(diào)群體之間的交互性和共享性。比如，分層的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)功能劃分思想，基于協(xié)議報(bào)文封裝和轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)通信和資源共享方式，以請(qǐng)求/響應(yīng)為基礎(chǔ)的端設(shè)備交互方式等。在授課時(shí)一定要講清楚蘊(yùn)含的系統(tǒng)思維和網(wǎng)絡(luò)思維的核心思想和基本方法，并能將這種思維能力用于對(duì)當(dāng)前流行的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（如云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)平臺(tái)）的學(xué)習(xí)與分析中，提升學(xué)生理解網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的能力，夯實(shí)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新的基礎(chǔ)。

思維是聯(lián)系理論和實(shí)踐的橋梁，思維方式反映了對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握程度，也對(duì)實(shí)踐工作有很好的指導(dǎo)作用[6]。我們安排了三個(gè)層次的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以配合理論教學(xué)和思維能力培養(yǎng)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。第一層次，認(rèn)識(shí)真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，能夠搭建簡單的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，并通過配置實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連互通;第二層次，通過Wireshark抓包軟件分析數(shù)據(jù)包、解析協(xié)議報(bào)文、評(píng)估網(wǎng)絡(luò)狀況;第三層次，通過Packet Tracer軟件完成較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與配置，并進(jìn)行驗(yàn)證分析。實(shí)踐教學(xué)的實(shí)施過程強(qiáng)調(diào)在教師的指導(dǎo)下由學(xué)生自主學(xué)習(xí)相關(guān)資料，獨(dú)立分析和解決實(shí)際問題，完成三個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

（三）多元化考核設(shè)計(jì)

在OBE理念下，通過一次考試決定考核結(jié)果的方式過于簡單，難以全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果。針對(duì)知識(shí)、能力和素質(zhì)三方面預(yù)設(shè)的課程教學(xué)目標(biāo)，采取多元化方式檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果[7]，既關(guān)注過程考核，也重視結(jié)課考核，重點(diǎn)考查其學(xué)習(xí)成果是否與預(yù)期目標(biāo)相匹配，如表2所示。

四、結(jié)語

針對(duì)現(xiàn)有“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程體系與學(xué)習(xí)需求脫節(jié)的問題，引入OBE理念對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程進(jìn)行教學(xué)改革和探索。從學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和畢業(yè)要求出發(fā)，確定了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程在知識(shí)、能力和素質(zhì)三個(gè)方面的教學(xué)目標(biāo)。按照反向設(shè)計(jì)原則，通過問題驅(qū)動(dòng)方式組織教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性;通過可視化方式將抽象知識(shí)形象化，增強(qiáng)授課效果;通過思維能力和實(shí)踐能力的綜合培養(yǎng)，提升學(xué)生應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力;通過多元化考核設(shè)計(jì)，促進(jìn)各項(xiàng)教學(xué)改革發(fā)揮實(shí)效。實(shí)踐證明，OBE理念下對(duì)“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)的改革式設(shè)計(jì)，有助于學(xué)生更好地掌握網(wǎng)絡(luò)原理與技術(shù)，提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)及學(xué)習(xí)熱情，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)起到很重要的支撐作用。

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