計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

謝劍剛　肖小紅　薛云蘭

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；線(xiàn)上教學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；新一代信息技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1概述

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)普遍開(kāi)設(shè)的重要課程，對(duì)實(shí)踐教學(xué)有較高的要求。隨著線(xiàn)上教學(xué)的蓬勃發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)得到了越來(lái)越多的教師的認(rèn)可，線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)成果不斷涌現(xiàn)，線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)模式的實(shí)踐也取得了豐碩的成果…。線(xiàn)上線(xiàn)下教學(xué)正以多種形式相互聯(lián)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，達(dá)到了良好的教學(xué)效果。然而由于不確定因素的影響，純粹的線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求仍然強(qiáng)烈，針對(duì)線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究仍然存在較多不足，線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式創(chuàng)新研究還有很大的潛力。

云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)被廣泛應(yīng)用到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。楊昌堯等研究了大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。李佩論證了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐教學(xué)中的質(zhì)量指標(biāo)評(píng)價(jià)體系創(chuàng)新的重要性。王國(guó)琿等利用深度學(xué)習(xí)方法對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)專(zhuān)注度進(jìn)行了分析，類(lèi)似研究在線(xiàn)上教學(xué)中可以發(fā)揮比線(xiàn)下更大的作用。

教學(xué)中融入課程思政是為國(guó)家培養(yǎng)德才兼?zhèn)淙瞬诺谋匾Ｕ?。唐欣等研究了?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)點(diǎn)如何切入課程思政元素，并對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行了反思。丁琳等分析了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程專(zhuān)業(yè)內(nèi)容與思想政治教育內(nèi)容之間的融合點(diǎn)。劉金江等分析了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程思政對(duì)塑造大學(xué)生正確三觀，對(duì)維護(hù)國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定的重要意義。

2在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的問(wèn)題

線(xiàn)上試驗(yàn)教學(xué)有著與線(xiàn)下教學(xué)或線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)有較明顯的差異，線(xiàn)下或混合式教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)無(wú)法照搬到線(xiàn)上教學(xué)中。受限于信息技術(shù)水平，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)上教育中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)一直是一個(gè)難點(diǎn)，面臨諸多問(wèn)題的挑戰(zhàn)。

2.1教學(xué)場(chǎng)景分離

教學(xué)師生往往同時(shí)面臨學(xué)習(xí)時(shí)間不一致、學(xué)習(xí)地點(diǎn)不一致、實(shí)驗(yàn)環(huán)境不一致等問(wèn)題，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)了很大的不確定性，學(xué)生和教師往往無(wú)所適從，教學(xué)質(zhì)量難以把握。

2.2教師指導(dǎo)難度大，反饋不及時(shí)

在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)給教學(xué)反饋增加了很大難度。老師通常難以實(shí)時(shí)把握學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，更難以即時(shí)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題給予反饋。即便采取線(xiàn)上線(xiàn)下交融的學(xué)習(xí)方式，也很難達(dá)到線(xiàn)下面對(duì)面教學(xué)的指導(dǎo)效果。

另外一方面，線(xiàn)上教育的生師比往往要比傳統(tǒng)的面授實(shí)驗(yàn)教學(xué)大得多，即使沒(méi)有時(shí)間、地點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)環(huán)境同步的困難，教師往往也面臨更大的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)工作壓力。

2.3學(xué)習(xí)記錄缺少過(guò)程性數(shù)據(jù)

過(guò)程性數(shù)據(jù)是線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要補(bǔ)充。如果沒(méi)有過(guò)程性數(shù)據(jù)，教師就只能從學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果或?qū)嶒?yàn)報(bào)告來(lái)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。對(duì)于完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)有困難的學(xué)生，難以了解出現(xiàn)錯(cuò)誤的具體原因，也就無(wú)法給予針對(duì)性指導(dǎo)，對(duì)于網(wǎng)上找答案等行為也很難進(jìn)行判斷和監(jiān)督。

2.4學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)體系單一

傳統(tǒng)的以教師評(píng)分為主的單一評(píng)價(jià)方式，對(duì)于線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)而言是不夠完善的。對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，應(yīng)該形成多角度全方位的系統(tǒng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮學(xué)生學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的參與程度、完成情況、完成速度、進(jìn)步情況等多種因素。

學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)體系還應(yīng)當(dāng)能給教師的教學(xué)活動(dòng)、教學(xué)設(shè)置等給予合理的反饋和改進(jìn)建議。例如，根據(jù)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的綜合掌握程度調(diào)整實(shí)驗(yàn)難度，根據(jù)實(shí)驗(yàn)平均完成時(shí)間調(diào)整實(shí)驗(yàn)內(nèi)容數(shù)量，根據(jù)實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤反饋動(dòng)態(tài)調(diào)整講解的重難點(diǎn)等。

3引入新一代信息技術(shù)

借助云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)，有效改善計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的眾多難點(diǎn)。

3.1云計(jì)算技術(shù)

云計(jì)算和虛擬化技術(shù)的發(fā)展，使得計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為可能，線(xiàn)上教學(xué)需求促使實(shí)驗(yàn)教學(xué)逐步從實(shí)體實(shí)驗(yàn)室往云平臺(tái)乃至于公有云平臺(tái)方向轉(zhuǎn)變，成為實(shí)體實(shí)驗(yàn)室的有益補(bǔ)充。云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠有效解決實(shí)體實(shí)驗(yàn)室的制約，使學(xué)生能夠隨時(shí)隨地訪(fǎng)問(wèn)實(shí)驗(yàn)資源，使得課程實(shí)驗(yàn)資源的利用率有大幅度的提高。然而由于實(shí)體實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)云平臺(tái)先天上存在的差異性，基于云計(jì)算的課程實(shí)驗(yàn)資源并不是直接把線(xiàn)下實(shí)驗(yàn)資源遷移到云平臺(tái)就能完全適用的，還需要根據(jù)云平臺(tái)的特性，重新設(shè)計(jì)基于云計(jì)算平臺(tái)的虛擬化實(shí)驗(yàn)方案。一方面，云計(jì)算給實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)了很大的便利；但另一方面，云平臺(tái)實(shí)驗(yàn)也存在一些缺陷，如師生教學(xué)場(chǎng)景割裂、監(jiān)督反饋困難等，需要引入智能技術(shù)予以緩解。

3.2大數(shù)據(jù)技術(shù)

數(shù)據(jù)已成為國(guó)家基礎(chǔ)性戰(zhàn)略資源，大數(shù)據(jù)正日益對(duì)全球生產(chǎn)、流通、分配、消費(fèi)活動(dòng)以及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行機(jī)制、社會(huì)生活方式和國(guó)家治理能力產(chǎn)生重要影響。國(guó)務(wù)院2015年印發(fā)《促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng)綱要》，2016年將大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略納入“十三五”規(guī)劃，充分表明了國(guó)家對(duì)大數(shù)據(jù)的重視程度。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入大數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)于建立科學(xué)高效、高質(zhì)量、高精度的學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)體系至關(guān)重要。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)習(xí)效果評(píng)估主要是通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)分，往往缺乏過(guò)程性評(píng)價(jià)指標(biāo)，難以對(duì)學(xué)生的疑難進(jìn)行必要的引導(dǎo)。引入大數(shù)據(jù)技術(shù)能極大提升在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，大數(shù)據(jù)技術(shù)從源頭人手，采集過(guò)程性數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)對(duì)學(xué)生進(jìn)行針對(duì)性指導(dǎo)，對(duì)過(guò)程性錯(cuò)誤及時(shí)進(jìn)行反饋和糾正，實(shí)現(xiàn)幫助學(xué)生掌握關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)目標(biāo)。

3.3人工智能技術(shù)

隨著深度學(xué)習(xí)諸如計(jì)算機(jī)視覺(jué)、語(yǔ)音識(shí)別和自然語(yǔ)言處理等領(lǐng)域取得了突破性的進(jìn)展，人工智能與學(xué)校教育的深度融合已經(jīng)逐漸成為重要的發(fā)展趨勢(shì)。祝士明等從課前、課中、課后三個(gè)方面討論了深度融入智能技術(shù)的金課框架。趙沁平院士指出人工智能能從三個(gè)方面支持智能教育：一是虛擬對(duì)象智能化；二是交互方式智能化；三是虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容研發(fā)與生產(chǎn)智能化。智能技術(shù)的應(yīng)用范圍覆蓋了不同學(xué)段和不同學(xué)科，并體現(xiàn)出很強(qiáng)的針對(duì)性。在學(xué)段覆蓋上，智能技術(shù)的使用覆蓋了基礎(chǔ)教育、高等教育和職業(yè)教育在內(nèi)的各個(gè)學(xué)段。在基礎(chǔ)教育階段，沉浸式媒體（包括虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)和仿真模擬技術(shù)）的應(yīng)用得到了持續(xù)的關(guān)注；在高等教育階段，智能技術(shù)應(yīng)用更為廣泛，智能跟蹤測(cè)評(píng)、智能教學(xué)評(píng)價(jià)反饋、基于自然語(yǔ)言處理的智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)都是研究熱點(diǎn)；在教學(xué)使用場(chǎng)景方面，智能技術(shù)的使用涉及了教學(xué)中的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括教學(xué)過(guò)程、教學(xué)評(píng)價(jià)以及教學(xué)管理。

4融入智能技術(shù)的意義

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中融入智能技術(shù)，不僅能夠提升教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，還能在很大程度上緩解線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的若干不足，具有重大意義。

4.1創(chuàng)新教學(xué)模式

基于云計(jì)算和虛擬化技術(shù)的線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使得學(xué)生能非常方便地在云端的統(tǒng)一實(shí)驗(yàn)環(huán)境上隨時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從根本上解決了教學(xué)場(chǎng)景分離帶來(lái)的學(xué)習(xí)時(shí)間不一致、學(xué)習(xí)地點(diǎn)不一致、實(shí)驗(yàn)環(huán)境不一致等實(shí)驗(yàn)難題。這種創(chuàng)新的教學(xué)模式帶來(lái)了極大的便利，但構(gòu)建云實(shí)訓(xùn)環(huán)境、使用云平臺(tái)也對(duì)教師提出了更多的要求，需要對(duì)線(xiàn)下教學(xué)的傳統(tǒng)模式進(jìn)行大量改造。

4.2提升教學(xué)反饋效率

基于自動(dòng)化腳本和大數(shù)據(jù)分析的教學(xué)反饋機(jī)制可以把學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度、重難點(diǎn)等數(shù)據(jù)反饋給教師，讓網(wǎng)絡(luò)兩端的師生能更好地交流；還能通過(guò)預(yù)設(shè)程序自動(dòng)給予學(xué)生操作提示、錯(cuò)誤反饋和實(shí)驗(yàn)步驟方面的指導(dǎo)。這將大大改善線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)反饋途徑缺乏、不及時(shí)等問(wèn)題，提升學(xué)習(xí)效率。

4.3建立科學(xué)的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)體系

對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行批量采集，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術(shù)，能夠有效改變過(guò)去以教師評(píng)分為主的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)體系，把能反映學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程、學(xué)習(xí)態(tài)度、知識(shí)掌握程度等數(shù)據(jù)都納入學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)中，建立科學(xué)高效的新型學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)體系。

4.4促進(jìn)教學(xué)改革

在線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等新一代信息技術(shù)，給線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)便利性和更高的效率的同時(shí)，也必將引導(dǎo)更多教師參與其中，促進(jìn)能發(fā)揮先進(jìn)技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)的新教學(xué)模式研究。

5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)改革實(shí)踐

5.1教學(xué)內(nèi)容改革

全面分析典型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際應(yīng)用案例，并結(jié)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)云平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)條件和特性，對(duì)已有實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適應(yīng)性改造或重新設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，形成一套合理科學(xué)、難度適中的線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)任務(wù)體系。對(duì)實(shí)驗(yàn)文檔進(jìn)行完善，把原來(lái)主要通過(guò)教師演示教學(xué)的內(nèi)容轉(zhuǎn)變?yōu)樵敿?xì)步驟說(shuō)明，其中的重點(diǎn)或難點(diǎn)內(nèi)容直接轉(zhuǎn)變成微課視頻的形式，嵌入實(shí)驗(yàn)文檔中，作為教師無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)演示的補(bǔ)充。主要開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如表1。

所開(kāi)設(shè)實(shí)踐任務(wù)，既有基礎(chǔ)的常用網(wǎng)絡(luò)診斷命令，又有偏理論化的協(xié)議分析實(shí)驗(yàn)，還有理論和實(shí)踐相結(jié)合的組網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置以及服務(wù)器配置實(shí)驗(yàn)?？傮w難度系數(shù)適中，基本達(dá)到了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程理論和實(shí)踐相輔相成的目標(biāo)。

5.2課程思政融入

學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的學(xué)生在理工科院校覆蓋面相當(dāng)廣，因此，研究如何在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中融入課程思政內(nèi)容具有重要的意義。

以恰當(dāng)?shù)姆绞皆谟?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入課程思政內(nèi)容尤為重要。課程思政選取的知識(shí)點(diǎn)，一方面應(yīng)與課程內(nèi)容密切相關(guān)，不僅能夠拓展學(xué)生的知識(shí)面，還能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鼓勵(lì)學(xué)生克服困難，培養(yǎng)工匠精神；另一方面還要具有先進(jìn)性和代表性，在學(xué)習(xí)的同時(shí)還要能激發(fā)學(xué)生熱愛(ài)祖國(guó)、熱愛(ài)人民、熱愛(ài)生活等積極向上的精神面貌。

經(jīng)過(guò)集思廣益，教研組共同制定了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程思政融入內(nèi)容，具體見(jiàn)表2：

課程思政融入內(nèi)容以國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的高精尖技術(shù)為紐帶，結(jié)合國(guó)際形勢(shì)和國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀，重點(diǎn)介紹各項(xiàng)國(guó)際領(lǐng)先水平網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展歷程，根據(jù)選題不同有選擇地融入國(guó)家安全、中華民族偉大復(fù)興等內(nèi)容。實(shí)踐表明，課程思政選題在達(dá)成培養(yǎng)學(xué)生國(guó)家、民族榮譽(yù)感、工匠精神等思政目標(biāo)的同時(shí)，也達(dá)到較好的知識(shí)點(diǎn)拓展效果，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性。

結(jié)語(yǔ)

云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)的引入是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一次重大變革，新技術(shù)帶來(lái)進(jìn)步的同時(shí)也迫使教學(xué)模式必須隨之而做出大幅改變，這給教師們帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。本文對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革探索取得了良好的教學(xué)效果，積累了一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，但也存在一些不足。我們相信在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍有很大的潛力和發(fā)展空間，將繼續(xù)對(duì)教學(xué)模式進(jìn)行改革和完善。

作者簡(jiǎn)介：謝劍剛（1979— ），男，廣東韶關(guān)人，博士，講師，研究方向：并行計(jì)算、大數(shù)據(jù)。