融入EIP-CDIO理念的“计算机网络与通信”课程教学改革

　　摘要：文章论述汕头大学计算机系在分析目前教学现状的基础上，引入EIP-CDIO的教学理念，通过一系列的调查研究，提出并建立了一套完整的课程教学体系。该体系从教学形式、教学内容、学生能力培养等角度出发，针对计算机网络与通信这门课程，设计了EIP-CDIO模式的教学改革方案。通过近几年的教学实践证明，本教学方案有助于教学质量的提升，增强了学生的自学能力和创新能力，同时使学生树立了严谨的职业道德观。
　　关键词：EIP-CDIO；计算机网络与通信；教学改革
　　
　　20世纪末，在学术界、工业界和政府部门工作的工程师，综合考虑当时工科毕业生的水平，提出了一系列理想工程师应该具备的特征，并开始强调教学改革的必要性。2001年，美国麻省理工学院和瑞典查尔姆斯技术学院、瑞典林克平大学、瑞典皇家技术学院四所大学，共同创立了一种新型的工程教育体系，并成立了以CDIO命名的国际合作组织[1]。2005年，汕头大学执行校长顾佩华教授将CDIO理念引入汕头大学，汕头大学工学院在CDIO的基础上结合我国工程教育的现状，创新性地提出了EIP-CDIO培养模式[2]，即将道德(Ethics)、诚信(Integrity)、职业素质(Professionalism)与CDIO有机结合。
　　计算机网络与通信是计算机本科专业学生必修的专业核心课，并已入选汕头大学精品课程，课程重点在于使学生理解和掌握计算机网络通信的基本原理和基础知识，并具备解决问题的基本方法和思路。该课程融网络理论知识和实际工作原理于一体，具有理论基础性和实践操作性，并与公共基础课及其他专业课紧密衔接，为学生进一步学习网络通信的后续课程打下良好的基础。但是目前计算机网络与通信课程
　　教学中存在一些问题：课程内容抽象，教学难度较大；教材资料分散滞后，跟不上网络日新月异的发展；授课方式单一，课堂教学缺乏趣味性；实践教学环节薄弱，学生缺少动手操作和团队合作的机会。引文[3]分析了计算机网络课程教学中的不足，提出了注重能力培养的教学改革方法，但是改革的目的不明确，没形成一套体系化的教改方法；引文[4]介绍了计算机网络课程教学模式与考试的改革事项，但是没有对教学模式改革的具体实施措施和如何提高学生的实践能力进行描述。针对以上现状，我们把EIP-CDIO模式融入到课程教学中，并进行了一系列的教学调研和改革。
　　1CDIO与EIP-CDIO高等工程教育模式
　　CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果，汕头大学在引进CDIO理念的基础上，又进行了创新，提出了EIP-CDIO工程教育模式。
　　1.1CDIO教学理念
　　CDIO工程教育模式把产品从研发到运行的4个生命周期：构思(Conceive)、设计(Design)、实施(Implement)和运行(Operate)引入到工程教学环境中，引导学生主动有效地学习课程知识，并以团队的形式通过实践来提高学生对知识的应用能力。CDIO教学大纲以能力培养为目标，将学生的能力分为4个层面，包括：1)技术知识和推理；2)个人能力、职业能力和素质；3)人际交往能力、团队工作和交流；4)在企业和社会环境下构思、设计、实现、运行系统。该模式符合对工程技术人才的培养规律，是一种先进的教学模式[5]。
　　1.2具有中国特色的EIP-CDIO培养模式
　　我国近年来的工程教育呈现出以下特点，各类高校在急功近利地给学生灌输科学知识的同时，忽略了对人文科学、道德修养和社会责任感的培养，以致学生进入社会后缺乏全面的认知观、职业道德和责任心，不符合现代企业的用人要求，导致了“企业招不到合适人才，毕业生找不到工作”的现状。针对这些问题，汕头大学工学院在CDIO理念的基础上，综合我国工程教育的实际情况，创造性地提出了EIP-CDIO培养模式。EIP即道德(Ethics)、诚信(Integrity)、职业素质(Professionalism)，EIP-CDIO将职业道德和诚信与CDIO进行有机结合，强调做人与做事相结合，注重人文素质和道德品质的培养[2]。
　　为了使学生了解工程师所必须具备的能力与素质，汕头大学工学院根据EIP-CDIO理念将“工程师职业道德”课程作为全体学生的必修课之一，该课程教导学生在学习与工作中始终以工程师的道德标准与行为准则来要求自己。汕头大学工学院EIP-CDIO工程教育模式通过实践性和探索性的项目设计来培养学生的个人能力、团队能力、系统调控能力，目的在于培养具有高度社会责任感、人格健全、良好职业素质的国际化工程技术人才[2]。
　　计算机网络与通信课程的理论性和实践性都很强，在该门课程的教学中不仅要注重学生专业理论知识的教育，更重要的是要重视学生的工程实践能力和工程职业道德素质的培养，即培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，自我创新、团队合作交流的能力以及职业道德感和责任心。而这些能力培养完全符合EIP-CDIO教学模式的能力培养目标，因此引入EIP-CDIO的能力培养模式对计算机网络与通信课程的教学改革具有很好的指导作用。
　　2融入EIP-CDIO理念的教学改革
　　2.1学生对CDIO理解的调查
　　在教学改革的过程中，起着引导地位的是从事教学工作的研究者和教师，服务的对象是在校的工科学生。学生是整个教学改革活动的主要参与者，他们对CDIO的理解程度影响整个教学改革的实施效果。因此，为了使本课程的教学改革起到事半功倍的效果，我们就学生对CDIO大纲和培养目标的理解程度展开了一系列的调查活动(本调查以问卷的形式，发出65份，收回65份)。并选择了三个具有代表性的调查条目，学生对这三个具体点的理解程度如图1所示。
　　图1学生对CDIO典型条目的理解程度分布图
　　可见大部分同学都能很好理解“发现问题和表述问题”这条大纲，而学生对“解决方法和建议”这点的理解就不是很充分，“带有不确定性的分析”这条大纲比较抽象没有具体的含义，很多学生对于此条标准的理解很模糊。
　　教师在教学活动中参考学生对CDIO理解程度的调查统计，调整教学过程中的侧重点和导向性。类似“发现问题和表述问题”这种学生能够理解的大纲点，只要教师在教学活动中提供发挥的条件，学生就能在学习过程中有意识地自我加强这方面的能力。而对于后面这两类大纲要求，教师在教学活动中需要根据不同的学科采取相应的教学方法，来引导式地培养学生这方面的能力。
　　2.2课程教学改革
　　针对目前计算机网络与通信课程教学中存在的问题，我们参考CDIO教学大纲，融合EIP-CDIO理念，综合制定了一整套教学改革方案，目的在于加深学生专业基础知识的理解与应用、拓展学生的知识面、加强学生的实践动手能力、丰富学生的团队合作经验、训练学生的沟通表达能力、培养学生的职业道德感和综合素质。EIP-CDIO模式的计算机网络与通信课程教学改革方案如图2所示。
　　图2EIP-CDIO模式的计算机网络与通信课程教学改革方案
　　根据课程教学改革方案图，课题组从4个方面对计算机网络与通信课程的教学进行改革。
　　1) 多样化的教学形式。
　　计算机网络与通信是一门理论性和实践性都很强的课程，采用传统、单一的教学形式已不能满足学生对网络课程知识的需求，也不能适应现代社会对学生能力、素质的培养要求。鉴于此，针对该门课程主要采用以下各种教学形式：
　　
　　① 课堂讲授。课堂讲授虽然是最传统的教学形式，但是对于新的、有一定难度的理论知识来说，课堂讲授的确是一种好的教学手段，并且这也是贯彻CDIO教学大纲，学习基础知识的主要教学方式。但是课堂教授也不能只满足于灌输式的讲授，而应认真规划教学过程，突出重点、难点，穿插案例，设置问题，在老师的主导下激发出学生的学习热情。
　　② 开放课堂讨论。开放课堂讨论是以讨论的形式让学生主动参与到教学中来，在有效补充教学活动的同时也能很好地弥补传统教学中以教师为中心、学生缺少参与的缺陷，形成教与学的互动。这种开放式的教学形式为大家的互动交流提供了条件，能够让学生体验“提出问题—分析问题—解决问题”的全过程，充分激发学生的积极性，加强学生的自主探索精神，提高学生的沟通表达能力。
　　③ 网络教学平台。为了丰富课堂所学知识，扩展学生视野，我们建设了计算机网络与通信精品课程网站。网站提供教学视频、授课课件、教学资料、实验资料的下载；介绍业界最新技术、前沿知识和优秀技术网站；解答学生的课后问题和疑难知识点。网络教学平台的应用方便了学生在课后进行自主学习，更好地促进了学生学习的主动性，丰富了教与学的整个过程。
　　2) 拓展教学内容。
　　传统教学中，教师主要依照课本上的内容来安排教学活动，但课本上的知识一般比较陈旧，不能激起学生的好奇心，难以调动学生学习的积极性，不利于学生能力的培养。CDIO教育模式对教师的要求较高，不仅需要有深厚的专业知识背景，还必须具备丰富的知识体系和敏锐的职业触觉。教师在传授基础知识的同时，把与此相关的学科前沿技术和热点应用穿插到课堂上，引导学生课后主动学习和探索，加深对基础知识的理解和应用。
　　3) 强化实验教学。
　　CDIO大纲要求学生具备解决问题的能力，学生只有在面对实际问题时才会更加主动地分析问题、找出解决方案、验证方案正确性、创造性地提出新想法。因此，课题组通过分析计算机网络与通信的实验课程，根据现代社会对工程技术人才的培养要求，综合考虑学生各方面能力的培养，并结合CDIO理念，规划了一个比较完整的实验体系，其中包括网络原理、路由协议、网络安全、网络应用、网络新技术等。学校配置了设备齐全的网络实验室，本课程开设了20个课时的上机实验，学生在合作完成实验的过程中，学习网络基础知识，实现知识的实际应用，发挥各自的能6Z20mClCgxYE1W8Fx7OQBg==动性和创造力，提高自身的综合素质，体验“做中学”[6]的乐趣。
　　4) 引入项目教学。
　　以前的教学过程中，除了课内的实验外，再没有其他的实践形式了，这使学生难以体验到工程中“构思—设计—实施—运行”的全过程，不符合CDIO大纲的要求。为此，课题组引入了针对计算机网络与通信课程的Ⅲ级项目，并将学生在此项目中的表现作为该门课程考核的重点。
　　① Ⅲ级团队项目。三级项目(Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级项目)是汕头大学工学院结合CDIO理念和学科特点设计出来的一种教学模式，其中Ⅲ级项目是以单门专业课程为基础展开的小规模团队项目，内容涵盖课程基础知识和拓展技术，并使用多元评分体系对项目完成情况进行评价，目的在于加深和强化学生对本课程知识的理解与运用；并希望通过Ⅲ级项目的开展来提升学生的系统思维和独立解决问题的能力，丰富实践项目的开发经验，锻炼团队合作精神和领导才能，培养工程能力和职业道德素养。
　　② 创新型评价体系。传统的学业评价方式只重视终结性评价，却忽视了学生在学习过程中的实际收获，这与社会要求的人才标准不符合，也有悖于CDIO的评价标准。因此我们建立以学生的最终成绩为核心的终极性评价模式，同时引入多项考核学生学习过程的评价内容，包括平时作业的完成情况、实验、课堂表现等，而学生在Ⅲ级项目中的综合表现将会作为考核的重点。这种综合能力的考核方式不仅能直观地获取学生的学习效果，还能跟踪学生的学习状况，从而发现教学中的问题，并及时改进，促进学科教学更健康、更科学的良性发展。
　　3教学改革实践及效果
　　3.1教学改革案例
　　课堂内容拓展案例：教师在讲解网络体系结构理论知识的时候，联系实际介绍了本校校园网的拓扑结构，引导学生课后上网查找资料了解中国教育网的结构和组成，并要求学生最终以报告的形式提交自己提炼总结的知识内容。在查找资料的过程中，学生有了更多的收获，比如了解从以前的中国教育网的网络设计方案到新时期的网络设计方案的发展历程，并能从中掌握今后网络的发展方向，这样使学生的知识又提高一个层次。网络知识的延伸、前沿技术的介绍和实际应用的拓展，极大程度地激发了学生的学习兴趣，培养了学生探索知识、发现知识的精神和终生学习的能力。
　　课程Ⅲ级项目实例：学生通过参与网络游戏和即时聊天，借助抓包工具分析底层数据包的内容、协议和服务类型，从而掌握网络通信的基本原理，并在此基础上设计一个网络交互通信的方案。项目要求学生以3～5人为一组，由组长负责分配任务以及安排整个项目的进度，最后全组同学共同进行答辩，项目成绩由教师评分、组间互评、组内互评和学生自评共同决定。此项目的完成过程可分为以下几个阶段：1)构思阶段。学生在分析完数据包，了解网络通信原理之后，构思出一个能充分体现网络通信原理的项目，例如，一个小型的网络游戏或是一个简单的即时聊天工具。2)设计阶段。在项目构思确定之后，明确项目设计的内容和思路，把握项目要解决的关键问题和难题。3)实施阶段。项目设计完成后，各小组开始进行讨论分工，每个人都有自己负责的任务，共同协作完成此项目。4)运行阶段。在项目实施后，要做好项目的展示准备工作。各个小组推选主讲人，小组成员共同参与项目的课堂演示，对项目的设计思路、创新工作、关键问题及不足等进行汇报。Ⅲ级项目的开展能使学生充分体验“构思—设计—实现—运行”的全过程，有效地解决了理论教学与实践教学脱节的问题，提升了学生系统思维和独立解决问题的能力，丰富了学生实践项目的开发经验，为以后开展工作提供了一个良好的开端。
　　3.2教学改革效果
　　计算机网络与通信课程教学改革实践证明，融入EIP-CDIO理念的教学改革对学生有效掌握网络基础知识和进行项目实践有显著的效果。主要体现在以下几点：
　　1) 激发了学生的学习兴趣。
　　不再局限于课堂讲授的多样化教学形式激发了学生的学习兴趣，学生成为教学活动的主体，改变了以往被动的学习方式，他们主动参与到教学过程中，从“强迫学”变成了“愿意学”，明显提高了学习效率、增强了学习效果。
　　2) 提高了学生的自学能力。
　　融入CDIO理念的教学改革，传输式授课已不再是主要的教学方式，教师的工作在于引导学生通过查找资料、研究资源、动手实践来发现问题、分析问题、解决问题。这种学习过程极大提高了学生的自学能力，有利于学生养成终身学习的良好习惯。
　　3) 积累了项目实践经验。
　　改革后的教学环境为学生提供了在工程规模条件下进行项目实践的机会，学生按照实际工作的要求参与到项目的设计与实现中来。通过动手操作，学生将所学理论知识付诸于实践，并体验了公司实际开发的基本流程，对于以后走向社会有很好的指导作用。
　　4) 培养了团队合作精神。
　　教师以小组合作模式来组织教学活动，学生通过团队交流、分工合作、资源共享来集体面对问题、克服困难，从而培养了学生的团队协作精神，增强了集体荣誉意识，提高了综合素质和责任感。
　　5) 学生课堂教学评估。
　　在学校的期末课堂教学评估中，本课程均达到94分以上，高于本课程往年分数；在期末的教学调
　　
　　查问卷中，学生对本课程的满意度高达95%。结果表明，本次教学改革激发了学生的学习兴趣，满足了学生的学习需求，符合学生的基本利益，对于其他课程的教学改革也有一定的借鉴意义。
　　4结语
　　EIP-CDIO教学理念以工程实践为核心，综合了专业基础知识、人际交流能力、团队合作精神、实际动手能力的培养，并鉴于我国目前的教学环境，融入了人文科学、道德修养、责任心的思想，使培养出来的学生更加符合工程师的标准和社会对工科毕业生的要求。
　　将EIP-CDIO理念引入到计算机网络与通信的课程改革中来，既适应现代教学模式的要求，也符合学生对本门课程的需求。成功地实施教学改革，不仅能够达到本课程的教学目标和满足学生对知识的需要，还能提高学生的综合素质和整体能力，为他们以后的人生之路打下良好的基础。
　　参考文献：
　　[1] John Malmqvist. The Application of CDIO Standards in the Evaluation of Swedish Engineering Degree Programmers[J]. World Transaction on Engineering and Technology Educat