計算機網(wǎng)絡課程思政元素及教學方法探索

劉金江，劉天陽,李 賀

(1.南陽師范學院 計算機科學與技術學院，河南 南陽 473061;2.上海大學 悉尼工商學院，上海 200444)

在深入貫徹落實習近平總書記關于教育的重要論述和全國教育大會精神過程中，做好當代大學生的思想政治工作不僅是思想政治課教師的工作，是思政理論課要完成的任務，同樣也是專業(yè)課教師要做的工作，也是專業(yè)課應該完成的任務.利用課程思政完成大學生的價值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)，解決專業(yè)技能學習和思想政治養(yǎng)成“兩層皮”問題，加強教師和學生的深度交流，符合黨和國家對教育的發(fā)展要求.

計算機技術是現(xiàn)代信息社會發(fā)展的重要支撐技術，與之相應的是全國各高校的計算機類專業(yè)在校學生數(shù)量都很龐大，加強計算機類專業(yè)課課程思政，幫助計算機類大學生塑造正確的世界觀、人生觀、價值觀，對維護國家安全和經(jīng)濟發(fā)展起著重要作用[1].計算機教育工作者圍繞計算機類課程思政展開了很多探索和實踐.夏小云等[2]對計算機類課程思政中專業(yè)課程德育基因及紅色文化的提煉和挖掘進行探討；張延紅等[3]從提升專業(yè)課教師自身思政水平完善課程思政教育成效評價建設計算機網(wǎng)絡課程思政方案進行研究；馬亮等[4]從協(xié)同共創(chuàng)教學過程、校內(nèi)校外聯(lián)動、理論實務交融, 打造高質(zhì)量集成化思政課程幾方面進行實踐探索.以上研究都為計算機網(wǎng)絡課程思政教學改革提供了方法和借鑒.

1 計算機網(wǎng)絡課程思政的必要性

習近平總書記多次講話指出：沒有網(wǎng)絡安全就沒有國家安全，就沒有經(jīng)濟社會穩(wěn)定運行，廣大人民群眾利益也難以得到保障.講話充分肯定了計算機網(wǎng)絡對國家、經(jīng)濟社會和人民的重要性.計算機網(wǎng)絡作為現(xiàn)代社會重要的基礎設施，提供連通和共享兩大基本功能，不斷滿足人的生理屬性需要和社會屬性需要，飽含著世情國情黨情民情.我國計算機網(wǎng)絡在黨的十一屆三中全會后起步，經(jīng)過多年的科技攻關研究技術沉淀迭代，到黨的十八大之后，我國的計算機網(wǎng)絡已經(jīng)從過去的跟跑發(fā)展到在世界上處于領跑地位.這些思政元素能夠增強學生對黨的創(chuàng)新理論的政治認同、思想認同、情感認同，堅定中國特色社會主義道路自信、理論自信、制度自信、文化自信.計算機網(wǎng)絡課程是高校計算機類專業(yè)的核心課程，是深入學習計算機網(wǎng)絡發(fā)展和原理的基礎.該課程中把復雜的計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)分層次劃分，每層解決不同的問題，上下層間調(diào)用服務，給學生提供了面對復雜問題時的認識問題、分析問題和解決問題的方法和能力.在計算機網(wǎng)絡不斷發(fā)展中有的概念和理論在提出后，跟不上潮流，逐漸被淘汰了；而有的原理和概念在運行多年后，面對出現(xiàn)的新情況新任務沒有墨守成規(guī)，不斷更新迭代，這對學生在成長道路上不斷探索，勇于追求真理、勇攀科學高峰有極好的指導性.計算機網(wǎng)絡課程思政的實踐探索，對于計算機類其他專業(yè)課程也具有導向作用，能夠提高專業(yè)課教師對課程思政重要性的認識，達到課程思政建設落地落實、見功見效的目的.

2 計算機網(wǎng)絡課程思政內(nèi)容探索

計算機網(wǎng)絡課程是計算機類專業(yè)重要的基礎核心課，一般安排在大三第五學期. 南陽師范學院多年來一直沿用謝希仁教授主編的計算機網(wǎng)絡課程[6]，這本教材在2021年更新到第八版.這門課按照計算機網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)，自底向上對物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、運輸層、應用層、網(wǎng)絡安全、互聯(lián)網(wǎng)上的音頻/視頻服務、無線網(wǎng)絡和移動網(wǎng)絡的功能、原理、概念、協(xié)議做了非常詳細的講解，涉及計算機、物理、數(shù)學、通信等學科知識，不僅理論性強，對實驗、實踐、編程等能力要求高，而且計算機網(wǎng)絡在社會上應用極為廣泛，計算機網(wǎng)絡與社會上有形的無形的網(wǎng)絡都有相通之處，可挖掘的思政資源豐富.筆者從職責明確的治理體系、滿足人民日益增長的美好生活需要、共建共治共享維護國家安全、堅定“四個自信”、堅持底線思維、解放思想實事求是六個理論出發(fā)點梳理計算機網(wǎng)絡課程的專業(yè)知識點、課程思政點.

2.1 職責明確的治理體系

當今這個復雜的世界是由各個國家和地區(qū)組成的，每個國家或地區(qū)內(nèi)部都有自己的行政體制和治理體系，為了使行政體制更加高效需要不斷完善國家行政體制，健全各部門協(xié)調(diào)配合機制，需要優(yōu)化職責體系完善各種職能.這和互聯(lián)網(wǎng)是相通的，互聯(lián)網(wǎng)是由多個計算機網(wǎng)絡連接起來形成的.由于各個計算機網(wǎng)絡所應用的技術、硬件、協(xié)議、運維等都可能不同，造成互聯(lián)網(wǎng)是極其復雜的.為了把龐大的復雜的網(wǎng)絡原理講清楚，計算機網(wǎng)絡課程第一章概述提出把計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)分為五層，每一層有定量的確切的功能，各層之間相互獨立，上層調(diào)用下層提供的服務來完成自己的任務，各層之間相互配合統(tǒng)一協(xié)調(diào)完成互聯(lián)網(wǎng)的各個功能.路由選擇協(xié)議就是為自治系統(tǒng)(AS)內(nèi)部、AS之間明確職責，協(xié)調(diào)配合共同完成轉(zhuǎn)發(fā)工作.

2.2 滿足人民日益增長的美好生活需要

中國共產(chǎn)黨第十九次全國代表大會指出我國社會的主要矛盾是人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分發(fā)展之間的矛盾，這個關系全局的歷史性變化，對黨和國家提出了許多新要求[5].信息社會人們要求計算機網(wǎng)絡速度更快、通信質(zhì)量更好、使用更加方便.計算機網(wǎng)絡課程給出的計算機網(wǎng)絡性能指標中的速率、帶寬、時延，講解了什么是網(wǎng)絡速度的快與慢，什么制約著網(wǎng)絡速度.香農(nóng)定理和奈奎斯特準則表明要提高計算機網(wǎng)絡速度需要解決哪方面的問題.這兩年發(fā)展迅猛的軟件定義網(wǎng)絡(SDN)和多協(xié)議標簽交換(MPLS)在數(shù)據(jù)包路由轉(zhuǎn)發(fā)時，盡可能減少查表時間，加快轉(zhuǎn)發(fā)速度.TCP的可靠傳輸機制和擁塞控制解決丟包和擁塞問題，保證高質(zhì)量的通信.虛擬專用網(wǎng)(VPN)解決了人們遠程訪問專用網(wǎng)的難題.

2.3 解放思想實事求是

1978年12月13日，鄧小平同志在中共中央工作閉幕會上提出“解放思想，實事求是，團結(jié)一致向前看”，對開拓馬克思主義的新境界、開拓有中國特色社會主義的新局面意義十分重大.計算機網(wǎng)絡的設計思想也充分體現(xiàn)了解放思想實事求是.計算機網(wǎng)絡是在已經(jīng)成熟多年的電信網(wǎng)上傳輸數(shù)據(jù)的，但是互聯(lián)網(wǎng)的設計者充分認識到傳統(tǒng)的電信網(wǎng)的優(yōu)缺點，非常有遠見地提出網(wǎng)絡層要設計得盡可能簡單，把需要處理的復雜問題交給功能強大的終端(計算機)，使得計算機網(wǎng)絡在世界各個經(jīng)濟、技術、思想不同的國家和地區(qū)都很容易被接納和部署，在很短時間改變了整個世界.在傳統(tǒng)路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組時，很有我國改革開放進程中摸著石頭過河的思想，找到下一個路由器先跳轉(zhuǎn)，然后由下一個路由器去決定后面的轉(zhuǎn)發(fā)路徑.這在傳統(tǒng)路由器的技術下是很好的選擇.隨著路由器技術的迭代，在軟件定義網(wǎng)絡(SDN)中，網(wǎng)絡的遠程控制器根據(jù)各主機和整個網(wǎng)絡的狀態(tài)，給每一個分組指出最佳的路由.就像中國共產(chǎn)黨十九屆六中全會公報指出：黨的十八大以來，黨中央權(quán)威和集中統(tǒng)一領導得到了有力保證，黨的領導方式更加科學.

2.4 堅持底線思維

習近平總書記指出要堅持底線思維，著力防范化解重大風險.這是因為現(xiàn)實生活中一個小問題不解決可能會帶來大問題，多個小問題被忽略，就可能引起重大風險.應急管理部在2022年1月20日發(fā)布的“河南鄭州‘7·20’特大暴雨災害報告”顯示：“鄭州地鐵5號線五龍口停車場應用庫東移30米，使停車場處于較深的低洼地帶；擋水圍墻本應為0.5米高，設計施工卻只有0.24米，使得澇水沖倒停車場圍墻急速涌入地鐵隧道.”這種看著不起眼的小問題，在關鍵時候就會釀成大禍.計算機網(wǎng)絡課程每一個協(xié)議都不是十全十美的，但是在設計中盡可能考慮到各種極限問題如何處理.在TCP協(xié)議的首部中設計了包括緊急(URG)、推送(PSH)、復位(RET)、終止(FIN)等字段用于處理可能出現(xiàn)的擁塞、死鎖、主機崩潰等嚴重網(wǎng)絡差錯.在網(wǎng)絡沒有出現(xiàn)擁塞的時候，使用了慢開始算法，擁塞窗口從小到大按指數(shù)級別增長，起步穩(wěn)但是增長快，發(fā)送數(shù)據(jù)中不間斷地監(jiān)測往返時延，一旦出現(xiàn)有擁塞的苗頭，立即啟動擁塞避免算法按線性增長.為了避免網(wǎng)絡中全局同步擁塞，采用主動隊列管理，減輕網(wǎng)絡擁塞程度.正是具有這種堅持底線思維、提前做好預判，才有檢測有反饋有處理，使我國的計算機網(wǎng)絡能夠平穩(wěn)度過比如“雙十一”、春運搶票等一個又一個流量風暴.

2.5 堅定“四個自信”

和很多技術一樣，網(wǎng)絡技術引入我國的時間并不長.我國計算機網(wǎng)絡的軟件、硬件在1980、1990年代都是從歐美發(fā)達國家引進，在2000年之后，我國的一些網(wǎng)絡公司開始模仿開發(fā)自己的網(wǎng)絡應用產(chǎn)品，大家熟知的QQ、淘寶都是那個年代的模仿產(chǎn)物.經(jīng)歷了從引進、模仿階段之后，近幾年我國的部分網(wǎng)絡技術和應用進入到領跑階段，從底層技術5G的開發(fā)與廣泛應用，抖音等有自主知識產(chǎn)權(quán)的網(wǎng)絡應用引領世界潮流，隨之而來的是我國網(wǎng)民人數(shù)、網(wǎng)絡帶寬都高居世界第一位，網(wǎng)絡普及程度已經(jīng)超過很多傳統(tǒng)發(fā)達國家.在黨的堅強領導下，計算機網(wǎng)絡在數(shù)字化轉(zhuǎn)型、人工智能等領域為國民經(jīng)濟做出更大貢獻.

2.6 共建共治共享維護國家安全

互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為全世界人與人、團體與團體、國家與國家之間聯(lián)系的重要紐帶，尤其受疫情影響，全世界被封在本國甚至本地不能隨意流動之后，通過網(wǎng)絡工作、學習、交流已經(jīng)被廣泛接受.但是利用網(wǎng)絡制造各種危及人民生命財產(chǎn)安全乃至國家安全的違法犯罪行為時有發(fā)生.人為攻擊造成網(wǎng)絡癱瘓，利用網(wǎng)絡自媒體的傳播帶來輿情，這些輕則造成經(jīng)濟財產(chǎn)損失重則危害國家安全.從工作原理上計算機網(wǎng)絡本來就具有本地屬性，在自治系統(tǒng)(AS)內(nèi)路由轉(zhuǎn)發(fā)應用的是內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議(BGP).但是計算機網(wǎng)絡又追求更多的連通性和共享，所以在自治系統(tǒng)之間應用外部網(wǎng)關協(xié)議(BGP)連通不同的AS，BGP主要根據(jù)鏈路狀態(tài)協(xié)議尋找最佳路由，BGP除了考慮技術問題外，更多地需要考慮國家的政治、安全、經(jīng)濟等非技術因素.構(gòu)建好、維護好一個安全穩(wěn)定快捷的互聯(lián)網(wǎng)是人民之幸國家之福.

表1總結(jié)了計算機網(wǎng)絡課程部分章節(jié)知識點和相應的思政元素.

表1 計算機網(wǎng)絡部分章節(jié)知識點和相應的思政元素

3 計算機網(wǎng)絡課程思政授課方法探索

計算機網(wǎng)絡課程概念多原理性強，如果不認真琢磨適合的授課方法，學生聽課很容易覺得非?？菰?，如何做到潤物細無聲地進行課程思政更是考驗教師的各方面能力.筆者結(jié)合多年的教學經(jīng)驗，除了熟練運用比喻、擬人等方法寓教于樂之中，還總結(jié)出實例分析、翻轉(zhuǎn)課堂等多形式并舉的課程思政授課方法.

3.1 實例分析

計算機網(wǎng)絡課程和現(xiàn)代社會結(jié)合緊密，在授課時需要認真思考哪些實例可以和專業(yè)知識點結(jié)合，進一步與國家發(fā)展聯(lián)系起來.在講授互聯(lián)網(wǎng)標準化工作時，首先以計算機網(wǎng)絡適配適配器接口和手機充電接口標準制定為例，講解標準制定上的技術性問題和時機把握問題，然后用“一流企業(yè)定標準”這句話過渡，講解我國在2000年左右很多工業(yè)產(chǎn)品為了符合標準需要給制定標準的外國公司交大量的使用費，現(xiàn)在我國已經(jīng)逐漸制定了一些被國際認可的標準.例如北京市工程研究中心首席研究員的馬迪博士在2018年牽頭起草的互聯(lián)網(wǎng)安全協(xié)議成為互聯(lián)網(wǎng)國際技術標準RFC8416，然后以“我國對專利和科研成果的保護越來越規(guī)范”把這個實例上升到宣傳國家政策層面.

3.2 翻轉(zhuǎn)課堂

專業(yè)基礎課一般都是教師講解為主，在某些合適的專業(yè)知識點引入翻轉(zhuǎn)課堂，會使得學生對這些知識點的掌握有很大的提高.在講授計算機網(wǎng)絡課程中非常重要的IP地址的無分類編址(CIDR)一節(jié)時，提前一周布置學生需要課下做的三件事：(1)自學CIDR三個要點；(2)完成一個課后的CIDR劃分的習題；(3)挖掘相關的思政課程點.在有了一定的相關知識儲備后，課堂上以本校獲得的4096個IP地址為例，讓學生分給學校的29個學院和部門，然后請兩個學生上講臺講解自己的具體劃分方案，另外請兩個學生對上述兩個劃分方案進行分析，最后請兩個學生講述關于這節(jié)課的相關思政課程元素.有學生總結(jié)出：使用CIDR劃分IP地址確實能減緩IPv4的耗盡，但是能終極解決IP地址問題的還是IPv6，而我國的IPv6活躍用戶全球第一，國家高度重視IPv6的發(fā)展，在國家“十四五”規(guī)劃綱要明確提出“全面推進互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版(IPv6)商用部署”，IPv6規(guī)模部署和應用的創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn).

3.3 線上線下(O2O)結(jié)合

隨著我國對慕課等新型教學方法的重視，線上優(yōu)質(zhì)教學資源和思政資源越來越多.學生經(jīng)過疫情的磨礪已經(jīng)完全接受線上學習，熟練掌握線上學習的技能.在疫情嚴重致使學生不能到校時，以線上教學為主.學生返校學習后，利用線上教學輔助線下教學會產(chǎn)生更好的學習效果.在講到第九章無線網(wǎng)絡和移動網(wǎng)絡時，給學生釘釘群發(fā)一段當時熱映的電影《八佰》中中國熱血青年前赴后繼冒死接通電話線的視頻剪輯，請同學們看后自己尋找一些有線通信和無線通信的電影剪輯或者科普短視頻，在群里發(fā)起討論和投票，評選哪些視頻把無線網(wǎng)絡專業(yè)知識和思政元素結(jié)合得更好，得票高的得到相應的獎勵.

圖1展示了教師和學生利用以上三種教學方法在課程思政上的教與學，通過師生積極地反饋達到教學相長的目的.

圖1 課程思政教學方法

4 總結(jié)與展望

課程思政是時代發(fā)展的產(chǎn)物，它不是一門課也不是一項活動，而是一種育人理念和教育新模式，對提高大學生思想引領和培養(yǎng)質(zhì)量起著非常重要的作用.教育部在2021年6月印發(fā)《高等學校課程思政建設指導綱要》，要求全面開展課程思政發(fā)揮每一門課的育人作用.在計算機網(wǎng)絡課程教學中，學生會突然發(fā)現(xiàn)大量的網(wǎng)絡原理和概念學習完全沒有了上網(wǎng)的輕松有趣，課程思政給任課教師打開非常好的思路.本文通過把習近平新時代中國特色社會主義思想、社會主義核心價值觀、中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化、法治、道德和計算機網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)、性能指標、工作原理、網(wǎng)絡安全等專業(yè)知識相融合，認真挖掘?qū)I(yè)知識點中蘊含的思政元素，仔細雕琢專業(yè)知識點課程思政點的授課方法，怎么樣讓學生能更容易掌握專業(yè)知識，設置喜聞樂見的思政元素.通過不斷的實踐，通過學生的聽課效率、反饋和考試成績反映出來課程思政對計算機網(wǎng)絡課程是一個很好的抓手.今后的努力方向是通過更細致地收集學生對課程思政效果的反饋，更進一步地改進教學內(nèi)容和教學方法，挖掘更符合時代學生更容易接受的思政元素，使更多的教師一起做好計算機類專業(yè)課的課程思政.