面向“兩性一度”的數據通信與計算機通信網課程建設

李冬霞，任詩雨，賈云飛

（中國民航大學 電子信息與自動化學院，天津 300300）

0 引言

2019 年10 月，教育部發(fā)布了教高〔2019〕6 號文件，明確要求各高等學校應全面提高課程建設質量，著力打造一大批具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度（即“兩性一度”）的線下、線上、線上線下混合、虛擬仿真和社會實踐“金課”［1］。隨后，在教高〔2019〕8 號文件中進一步明確：“提升高階性、突出創(chuàng)新性、增加挑戰(zhàn)度是“一流課程”建設的主要原則，以目標為導向的課程建設是“一流課程”建設的核心內容［2］。”2020 年，教育部在教高〔2020〕3 號文件中特別指出：“立德樹人成效是檢驗高校一切工作的根本標準，高校課程思政要融入課堂教學建設，課程思政建設是全面提高人才培養(yǎng)質量的重要任務［3］。”以上教育部綱領性文件為高等院校新時代的高質量課程建設指出了明確方向。

中國民航大學是民航行業(yè)的特色高校，其通信工程專業(yè)主要為民航空管、機場、航空公司等相關企事業(yè)單位培養(yǎng)通信、導航和監(jiān)視專業(yè)人才。隨著通信技術的飛速發(fā)展，新技術的應用需求日益旺盛，中國“智慧民航建設”發(fā)展戰(zhàn)略的推進需要科技創(chuàng)新引領和高級信息類專業(yè)人才隊伍作支撐。高素質、高質量的行業(yè)應用型人才需求為學校專業(yè)課程體系構建以及各課程教學改革帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。數據通信與計算機通信網課程是通信工程專業(yè)的核心課程之一，對專業(yè)人才培養(yǎng)目標的實現與畢業(yè)要求的達成具有重要的支撐作用。因此，迫切需要從這類重要的專業(yè)課程著手，打造滿足“兩性一度”標準的“金課”，以提高通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)質量，滿足社會，特別是民航行業(yè)的人才需求。

1 教學現狀

數據通信與計算機通信網課程在國內外高等院校的通信工程、電子信息以及計算機科學類本科專業(yè)中已經普遍開設，盡管課程名稱、課程性質、學時可能有所差別，但核心內容基本相同。由于數據通信與計算機網絡技術的應用領域較為廣泛，該類課程在專業(yè)課程體系中處于重要地位，其教學改革工作得到了人們重視。文獻［4］從計算機通信與網絡“金課”建設角度，對課程目標、內容、實施過程和課程評價4 個方面進行思考和探索，強調了課程思政的重要性，但沒有給出詳細的執(zhí)行方案與實施效果；文獻［5］以計算機網絡實訓課程為例，構建虛實結合的多平臺混合在線教學模式，從課程在線教學組織、過程跟蹤、教學評價等方面解決疫情期間實訓課程不能面對面教學及在現場進行設備操作等問題，但該課程改革方案的普適性和有效性還需要作進一步驗證；文獻［6］針對疫情期間學生線上學習計算機網絡課程效率低的問題，對課程的支持平臺、組織方式、講課及互動方式等進行探索，提出用分組方式調動學生積極性、用多種方式考核學生學習過程的方案，提高了學生主動學習的能力；文獻［7］面向計算機網絡課程的能力培養(yǎng)目標，從新教學內容、新教學方法及新考核方式（“三新”）幾個方面進行探索，同時考慮到教師教學風格不同和學生學習能力的差異，提高了學生的自主學習能力和綜合素質。以上課程改革措施具有很好的借鑒作用，但沒有與具體的行業(yè)應用和工程實際相關聯。

中國民航大學的數據通信與計算機通信網課程是專業(yè)核心課程，也是雙語教學課程。課程共48 學時，其內容覆蓋面廣、實踐性強，涉及數據通信基礎知識，局域網和廣域網的結構、原理、關鍵技術，以及計算機網絡協(xié)議體系和應用等內容。近年來，以通信工程專業(yè)參與“工程教育專業(yè)認證”為契機，課程組按照專業(yè)認證理念開展了課程分級建設，但是已取得的建設成果與教育部給出的“一流課程”要求仍有較大差距，尤其表現在：

（1）課程內容偏數據通信網絡基本理論。包括數據傳輸方式、傳輸介質、差錯控制、局域網廣域網交換技術，以及基于TCP/IP 的計算機網絡工作原理與協(xié)議體系等內容，廣度和深度不夠，前沿性不足，特別是與民航行業(yè)新技術應用的結合度不夠高，特色不明顯。

（2）大班授課，人數范圍為60～80 人，學生課堂參與度較低，課程實驗學時有限，無法保證學生的探究式與個性化學習，對學生解決復雜工程問題的能力培養(yǎng)還遠遠不夠。

（3）教學實踐中課程思政的融入不足?！坝恕迸c“育學”的結合不夠充分，未能寓價值觀引導于知識傳授和能力培養(yǎng)之中。

在國家“一流專業(yè)”建設和“工程教育專業(yè)認證”的大背景下，課程組結合課程存在的突出問題，積極轉變教學理念，充分考慮民航行業(yè)的需求，明確課程目標，優(yōu)化教學內容，創(chuàng)新教學和考核方法，探索協(xié)同育人的新模式，按照“兩性一度”標準推進課程建設，使得該課程與其他高校的同類課程相比，具有明顯的服務于民航行業(yè)的特色。

2 面向“兩性一度”的課程建設探索與實踐

2.1 課程建設思路

數據通信與計算機通信網課程建設的總體思路是：首先，基于成果導向，確定知識、能力、素質相融合的課程目標，有效支撐畢業(yè)要求；其次，根據課程目標組織課程內容，拓展內容的廣度與深度，課程目標和課程內容要體現課程的“高階性”；再次，以學生為中心，開展課程教學設計，采用線上線下混合式教學、課內課外協(xié)同式學習，提高學生解決復雜工程問題的能力，促進主動式、探究式學習，同時注重課程思政元素滲透，實現價值塑造、知識傳授與能力培養(yǎng)三者融和；最后，實施多維度、全過程課程評價設計，力求通過科學、全面的評價，驗證課程目標的達成。整個教學設計突出創(chuàng)新性，增加學習挑戰(zhàn)度。

2.2 課程目標

課程目標應有效支撐本專業(yè)的畢業(yè)要求，是實施課程建設的出發(fā)點。按照以學生為中心、成果導向和持續(xù)改進的專業(yè)認證理念［8-9］，對標“兩性一度”標準，確定數據通信與計算機通信網課程目標，具體包括知識目標、能力目標和素質目標，如圖1所示。

Fig.1 Course objects圖1 課程目標

在圖1 中，知識目標是使學生理解數據通信與計算機網絡基本知識，如數據通信與計算機網絡系統(tǒng)組成、原理、傳輸方式等，掌握局域網和廣域網互聯與交換技術，以及計算機網絡協(xié)議體系與標準等內容，同時了解該領域前沿技術及其在民航行業(yè)的應用。能力目標是使學生能夠運用數據網絡通信基本知識，選擇合適的設備，搭建實際的計算機通信網絡，掌握設備配置基本技能；掌握應用網絡仿真軟件進行組網設計、協(xié)議運行分析、網絡測試及故障排除等操作的方法；能夠熟練查閱和理解數據通信與網絡專業(yè)相關的英文文獻，跟蹤新技術發(fā)展。素質目標是使學生具備對通信工程專業(yè)與民航行業(yè)的認同感，培養(yǎng)科學、嚴謹、求真務實的通信工程師素養(yǎng)，以及主動學習和擴展視野、追蹤通信新技術發(fā)展及其在民航領域應用現狀的意識，同時樹立社會生活中的規(guī)則意識、制度意識和協(xié)作意識。

2.3 面向“兩性一度”的課程建設方案實施

數據通信與計算機通信網課程建設緊緊圍繞課程目標，本文從教學內容、教學方式以及教學考核與評價3 個方面具體實施課程建設方案，重點是提升課程內容的高階性，突出教學設計的創(chuàng)新性，增加學生學習的挑戰(zhàn)度。課程建設方案如圖2所示。

Fig.2 Course construction scheme圖2 課程建設方案

（1）重塑教學內容，提升課程內容的高階性。教學內容的組織首先要保證課程知識目標的達成，同時也要保證能力目標和素質目標的順利實現。在過去的教學實踐中，主要關注課程知識目標，而忽略了能力與素質目標。因此，提升課程內容的高階性，需要按照新的教學模式進行教學內容的優(yōu)化設計，在保證教學學時不增加、基礎教學內容不縮減、標準不降低的前提下，重點圍繞能力目標和素質目標組織教學內容，增加教學內容的廣度和深度。

首先，將網絡設備，如交換機、路由器以及Internet 協(xié)議報文封裝相關教學內容由過去的線下課堂教學轉變?yōu)榫€上自學加課后實踐，由教師的主動講授轉變?yōu)閷W生的自主分析和探討，更好地實現課程的能力培養(yǎng)目標。

在計算機網絡通信領域，標準起著越來越重要、甚至是決定性的作用。要想了解某一技術的現狀和發(fā)展方向，就必須深入研究相應的技術標準。因此，課程組將國際民航通信技術標準內容及進展引入課程教學，如ARINC SPECIFICATION 664、618 等航空通信工業(yè)標準，以及國際民航組織的ICAO Annex 10 標準、航空電信網絡ATN/IPS標準和寬帶航空數據鏈通信系統(tǒng)標準等。行業(yè)標準的引入增加了課程內容的針對性、系統(tǒng)性和前瞻性，很好地體現了為民航行業(yè)服務的課程特色，擴展了學生視野，同時培養(yǎng)了學生的全局性思維，以及主動追蹤行業(yè)新技術發(fā)展趨勢的意識，實現課程的素質培養(yǎng)目標。

為進一步將課程內容與行業(yè)應用相結合，課程組開發(fā)了民航數據通信特色教學資源，包含綜合性、系統(tǒng)性的工程案例素材，如民航VHF 通信地面電臺安裝調試案例等多個實際工程案例。通過特色化的案例將知識概念與工程應用相關聯，有利于學生對學習內容的深刻理解，同時也培養(yǎng)學生基本的工程素養(yǎng)。

此外，針對學生的個性化能力、高階性能力培養(yǎng)需求，在教學內容中增加基于Socket 的軟件程序設計和面向對象的程序設計方法相關內容，使學生懂得如何通過C、C++Socket 編程實現TCP/IP 協(xié)議或其他通信協(xié)議。該教學內容要求信息學科與計算機學科交叉融合，培養(yǎng)學生跨學科、跨專業(yè)的高階思維和能力，滿足行業(yè)對高層次人才的需求。

（2）采用混合式教學，突出教學設計的創(chuàng)新性。課程教學設計堅持產出導向、以學生為中心的理念，與教學內容的組織一樣，要保證課程知識、能力和素養(yǎng)目標的實現。采用線上線下混合式教學和校內校外協(xié)同式教學方法，并在教學中采用分組策略，重點提高學生的主動學習能力，培養(yǎng)探究式思維，展現教學設計的創(chuàng)新性。

課程組在中國民航大學“智慧學習空間”網絡平臺創(chuàng)建SPOC 課程，分為課前學生自主學習、課中精講與討論、課后鞏固與拓展3 個階段，并運用問題驅動、案例分析、軟件模擬等多種教學策略，開展線上線下混合式教學。線上自主學習主要針對基礎知識，該階段采用問題驅動方式，學生帶著問題學習視頻資源，可以快速、精準地把握網絡學習內容要點，并通過平臺提供的自測工具檢驗學習效果。

線下課堂主要針對學生集中反饋的問題、較難理解的知識點或屬于擴展知識的高階性課程內容，靈活使用多種教學組織形式，如專題討論、案例分析、報告展示以及仿真實踐等，學生有較多的參與互動機會。而教師的任務不盡相同，可能精講、主持討論或者點評小組報告。在該階段，可充分發(fā)揮課程學習小組的作用，通常由教師拋出問題，如“雙11”期間的網絡擁堵原因分析與改善措施，由小組內部進行討論，或者小組之間進行辯論。在學習小組的專題交流與報告展示階段，小組之間也可以相互點評。另外，要求每個小組根據不同階段的學習內容，每章節(jié)至少提出兩個問題，供課堂交流討論。在這些師生互動、生生互動環(huán)節(jié)，更多學生從被動參與變?yōu)橹鲃訁⑴c，由被動思考轉為主動思考，從而提高了學習的主動性，培養(yǎng)了溝通交流、團隊合作意識以及探究式高階思維。

在課后階段，主要以個性化學習為主，如必須完成的作業(yè)、仿真實驗等，也包括少量的小組學習任務。在該階段，突破了傳統(tǒng)固定實驗的時空限制，要求學生使用PacketTracer 或GNS3 仿真軟件搭建網絡系統(tǒng)，測試與驗證所學的關鍵知識點；在實踐中由一個問題引出另一個問題，在不斷解決問題的過程中，既掌握了理論知識精髓，又提高了組網設計、設備配置以及故障檢測能力，最后再去實驗室用實際物理設備進行組網驗證。每個小組的課后學習任務屬于拓展性學習內容，如行業(yè)標準、應用案例等，要求凝聚集體智慧協(xié)作完成。以學習行業(yè)標準為例，教師給出行業(yè)標準簡介及應用背景后，每個小組認領一個標準，組員通過分配學習任務、交流討論、總結概括等環(huán)節(jié)，最后理解整個標準內容，撰寫學習報告。這一過程使學生體會到零散的課程知識點如何匯聚、集中呈現在一個標準中，規(guī)范一個通信系統(tǒng)的運行。在此過程中，進一步啟發(fā)學生思維，提高其分析與解決問題的能力。同時培養(yǎng)了學生團隊管理、分工合作和協(xié)作能力，增進了友誼，更好地實現課程知識、能力和素養(yǎng)目標。圖3 所示為受疫情影響，學習小組在線上討論話題的界面。

Fig.3 Online group discussion圖3 線上小組討論

除校內教學外，課程組還邀請民航企業(yè)的一線技術人員進課堂，通過工程師視角，以技術專題、工程案例分享等形式，展現真實的應用場景，強調基本的工程素養(yǎng)和能力要求，滲透工程倫理意識，增加學生對所學專業(yè)以及民航行業(yè)的認同感，激發(fā)學習動力。

（3）實施多元化的考核評價方式，增加課程學習的挑戰(zhàn)度。數據通信與計算機通信網課程改變了傳統(tǒng)以知識型、終結性考試為主的考核評價方式，而是以促進學生發(fā)展為宗旨，構建定性與定量相結合的考核評價方案（見圖4），從多個角度考查學生的知識掌握水平、知識應用能力和綜合素養(yǎng)。

Fig.4 Course assessment and evaluation scheme圖4 課程考核評價方案

考核與評價設計的基本原則是：首先，采用混合式教學方式后，針對線上和線下學習目標和任務的不同，利用網絡平臺測試工具，實施線上線下一體化考核；其次，實施多維度考核，除考核學生對知識的理解與記憶情況外，還通過仿真實驗、開放性選題、學生自評等方式，考查學生理論分析與總結、語言與書面表達、反思與改進等各方面能力，實現個性化的素質考核評價；最后，應實施全過程考核，將整個學習過程作為考核評價觀測域，按照動態(tài)考核、實時反饋原則，關注學生知識、能力的發(fā)展變化情況，實施過程性、形成性的綜合考核評價。以上考核評價原則促使學生必須重視每一個課程學習環(huán)節(jié)，充分感受到該課程的學習具有挑戰(zhàn)度。

圖4 中“線上學習記錄”、“單元測驗”和“作業(yè)和實驗”功能利用網絡學習平臺提供的過程性考核工具實現，任務完成后系統(tǒng)自動統(tǒng)計分數，學生可隨時查看，任課教師也可隨時監(jiān)督學生的學習狀態(tài)。線上過程性考核實時、公平、透明，有效督促了學生的自主學習。其他考核形式屬于線下考核，其中“小組考核”是根據小組整體評價與學生個人在小組活動中的表現聯合確定成績；“課程報告”需要學生完成一項綜合性、有一定挑戰(zhàn)性的學習任務，比如編程實現某個通信協(xié)議，或者完成一個企業(yè)網絡模擬設計等，需要學生查閱一定的文獻資料后才能完成。教師給出評價時，需要特別關注學生是否查閱了最新文獻，是否經過自己的思考和嘗試得到結論，是否自行解決了所遇到的問題等，以實現對學生個性化的學習評價。

定性評價由“教師評價”和“學生自評”兩部分組成，其中“教師評價”是教師對學生誠信、守時、嚴謹認真的品質以及學習能力等方面的評價，主要通過綜合師生個人談話以及學生平時學習過程中教師觀察獲知的信息后給出；“學生自評”是學生自己給出評價，包括課程學習收獲、自我成長等方面的評價。定性評價可較好地體現課程思政融入課程教學后的實施效果。

（4）課程思政展現“三全育人”要求。按照“三全育人”要求，課程組在挖掘教學內容中蘊含思政元素的同時，也充分利用生活學習中的小細節(jié)，實現“育人”與“育才”相融合，塑造有溫度、有思考張力、有親和力的課堂氛圍［10］。

課程思政的融入點舉例：①教師以身作則，言傳身教，通過自身高標準的職業(yè)素養(yǎng)和人格魅力影響學生，在課程出勤、作業(yè)提交、課堂測試、小組討論等各個教學環(huán)節(jié)中，強調要守時、誠信、嚴謹、有責任心等，以培養(yǎng)學生最基本的個人素養(yǎng)；②計算機通信協(xié)議就是規(guī)則，各種協(xié)議既相對獨立又相互協(xié)作，形成協(xié)議體系，以保證網絡的可靠、穩(wěn)定運行。結合通信協(xié)議的工作機理與關鍵作用，引導學生要認識到人類社會作為一個更為復雜的網絡系統(tǒng)，必須在各類規(guī)則的約束下才能正常運行，并不斷進步與發(fā)展，從而使即將步入社會的青年學生牢牢樹立“規(guī)則意識”、“制度意識”與“協(xié)作意識”；③通信網絡是國家的重要基礎設施，網絡技術的發(fā)展是國家綜合實力的真實體現。通過了解中國互聯網發(fā)展歷程中的代表性事件和人物，體會該領域技術的飛速發(fā)展及所取得的輝煌成果，由此提升學生對信息與計算機專業(yè)的認同感，增強技術自信；④學習和了解通信標準制定過程中各個國家、組織之間的協(xié)調與競爭關系，領會到標準制定意味著一個國家、組織在信息通信產業(yè)和國際標準化領域的話語權［11］，并結合實例進行說明。例如1996 年3 月，清華大學提交的適應不同國家和地區(qū)中文編碼的漢字統(tǒng)一傳輸標準被IETF 通過為RFC 1922，成為中國大陸第一個被認可為RFC 文件的協(xié)議。通過案例讓學生了解我國目前在標準制定中所發(fā)揮的作用以及國際影響力還遠遠不夠，這一事實極大地限制了我國相關行業(yè)的發(fā)展，從而激發(fā)學生將來致力于我國自主標準研發(fā)，樹立“網絡強國”的理想信念。

3 實施效果

本文面向“兩性一度”的數據通信與計算機通信網課程建設方案在2022 年春季學期首次實施，選取通信工程專業(yè)2019 級的兩個自然班作為試點，共有65 名學生。課前，課程組教師在“智慧學習空間”網絡平臺創(chuàng)建SPOC 課程，提供課程資料數量達105 個，其中包括自行錄制的教學視頻45 個；圍繞關鍵知識點提供56 個課前思考題，并創(chuàng)建了包含近200 道題目的線上自測習題庫。采用的線上線下混合教學方式獲得了大部分學生的認可，線上教學互動率達到80%。但是由于階段性新冠疫情的爆發(fā)，部分線下教學計劃被迫轉為線上進行，教學效果受到一定影響。有90%以上的學生贊成采用校內校外協(xié)同教學方式和小組討論形式，多名學生還為此提出了改進建議。許多學生在結課報告中專門寫下了自己的學習收獲與感悟，表1 中摘錄了部分學生的體會。學生們表示，從課程中既學到了知識，提升了能力，又激發(fā)了自己對人生道路的思考，課程思政的育人效果初步得以體現。

結課調查問卷結果表明：有6.3%的學生對課程教學改革整體“非常滿意”，69.8%的學生表示“滿意，還需要繼續(xù)改進”，有12.7%的學生表示“不滿意，學習強度過大”。由此可見，課程建設方案的確是增加了學習的挑戰(zhàn)度。最終，課程目標達成的直接評價結果（定性+定量考核評價）和間接評價結果（問卷調查）顯示所有課程目標均達到預期。

4 結語

本文面向“兩性一度”標準開展數據通信與計算及通信網課程建設，基于課程目標，對教學內容進行優(yōu)化和拓展，采用線上線下混合式教學模式，并精心設計教學活動，實施科學的課程考核評價，并將課程思政融入教學全過程。一個學期的教學實踐結果表明，課程建設方案在提升課程高階性、突出創(chuàng)新性、增加挑戰(zhàn)度，以及課程育人方面均取得了初步成果。但是仍存在許多問題值得進一步思考和探索，例如：如何幫助學生盡快適應新教學模式，如何有效評價課程思政育人效果等。未來需要教師、學生和教務部門共同努力，對課程持續(xù)進行完善和改進，使其逐步達到“一流課程”標準。