新工科理念下电气工程专业计算机网络教学探索

徐华兴

摘 要：新工科的推行与实施，是教育领域的巨大机遇与挑战。教学上，新工科理念建设更加强调学科的实用性、交叉性与综合性。针对新工科对计算机网络课程的新要求，本文对电气工程专业的计算机网络课程教学进行改革探索。注重课程的教与学，突出课程教学内容与学生专业的紧密结合，以期提高工科人才培养的质量。

关键词：新工科  高等教育  计算机网络  教学改革

中图分类号：G642.0                          文献标识码：A                     文章编号：1674-098X（2020）10（a）-0192-03

Abstract： The development and implementation of new engineering offer huge opportunities and challenges in the field of education. In teaching， the concept of new engineering emphasizes the practicality， inter-discipline and comprehensiveness of the discipline. For aiming at meeting new demands of new engineering on computer network courses， this paper explores the reformation of the teaching of computer network courses in electrical engineering. Specially， we pay attention to the teaching and learning of the curriculum， and highlight the close integration of the teaching content with the students' majors， hoping to improve the quality of engineering personnel training.

Key Words： New engineering; Higher education; Computer network; Teaching reform

全球經济的迅猛发展，国家实施的不同战略如“五位一体”、“四个全面”、“中国制造2025”等对我国高等工程教育带来新挑战[1]。为了主动应对新一轮科技革命、产业变革、国家战略的需求，近年来，教育部接连发布多项文件通知，督促各高校根据国家发展战略的人才需求，对工程教育的新理念、新模式、新结构、新质量与新体系等进行研究，深化工程教育改革[2]。新工科自提出以来，便受到各高校、教育部、各产业的巨大关注和研讨。笔者所在学院为电气工程学院，与我院相关的新工科专业，如智能电网信息工程，涵盖电气工程、信息技术、计算机等领域;还有智能科学与技术专业融合了电气、控制、计算机等技术，构建以新一代网络计算为基础的智能系统。由此可见，上述电气相关新工科专业都以计算机网络为基础，因此计算机网络是我院开设的计算机核心基础课程之一，将在新工科电气相关专业中扮演重要角色。

与老工科相比，新工科建设更强调学科的实用性、交叉性与综合性[3]。同时，新工科建设行动路线提出了“三个阶段、三个任务、三个突破”的行动方案。该方案将“学与教”作为三个任务中首要关键任务，并给出较为细致的指导意见[4]。主要内容包括：针对人才知识体系方面，提出基于时代和未来卓越工程人才核心素养和能力加快课程改革，注重前沿知识和学科交叉知识体系建设，注重实践创新性课程体系建设;针对人才培养质量，提出完善学习目标、培养目标、培养方案、课程大纲、评价分析、课程品质报告、改进方案实施等环节，进而实现闭环质量持续改进;针对教学方式，注重以新型信息技术为支撑，努力发展探究式、讨论式、参与式教学和混合式学习等新型教学方式[5]。《计算机网络》作为一门核心课程一直是高校工科专业开设的核心必修基础课程，它不仅强调对专业知识的理论学习，还要求学生有一定的实践应用能力。计算机网络课程对于培养学生掌握计算机网络领域背景知识，理解计算机网络、协议及应用的工作原理，分析和解决计算机网络领域实际问题具有重要意义。本文将围绕新工科建设新理念，结合笔者所在院系（电气工程学院）专业实际情况，针对现有计算机网络课程存在的一些问题进行分析，从教学内容、教学手段等方面对计算机网络课程改革与建设进行探索。

1  我院计算机网络课程教学现状分析

为摸清学生对计算机网络课程的认识，笔者对我院已学过计算机网络课程的相关学生（4个专业500余人）进行问卷调查。根据收集到教学反馈信息来看，主要存在以下问题。

1.1 教学过程有缺点

传统课程教学一直沿用网络体系结构和各层协议为主，以各层次的主要作用、相关协议及其工作机制为教学重点，偏重理论。而计算机网络课程本身知识体系又相对庞杂，具有跨学科特性，内容相对分散，覆盖数据通信、排队论、图论等多个领域知识。另一方面，网络技术飞速发展，仅仅讲授教材内容未能与时俱进，难以紧跟实际网络中最新技术的发展动态。对于我院电气工程专业学生，平时课堂学习重点关注电学相关，对网络大都无实际组网经验，难于理解。此外，在教学方式上目前课程教学讲授仍占主导地位，教师主导课堂，学生被动学习，积极性不高。

1.2 实验内容与实际应用有距离

我院计算机网络课程除教学课时外还包含两个学时实验环节。以往实验课程环节相对落后，对于缺乏相关背景知识的非计算机类专业学生（如我院电气工程学院相关专业）感到枯燥。学生做实验疲于应付，做实验积极性不高，对于实验报告相关撰写流于形式。

1.3 教学考核有弊端

传统计算机网络教学成绩考核较为单一，主要依据期末卷面成绩，同时由于实验环节相对不完善，实验成绩参考性意义不大。因此缺乏对不同学生解决问题等综合素质考核，一定程度上缺乏普适性和公平性。

1.4 与新工科人才培养要求有差距

如今大数据、人工智能等领域飞速发展，计算机网络技术已经成为当代信息社会基石。新工科建设对学生的工程实践能力、自主学习能力与交叉学科整合能力、自主创新能力提出新要求，注重前沿知识和学科交叉知识融合。而现有的教学内容与人才培养还不能很好满足具有工匠精神的高素质复合型人才的要求，存在较大差距[6]。

2  计算机网络课程改革探索

针对上述教学过程中存在的问题，笔者结合学校学院教学改革，以与所学专业良好结合，同时兼顾学生就业工作，提高课程的实用性为目标，以期建立有效的新工科课程体系及教学模式。具体拟从以下几个方面对计算机网络课程教学改革进行探讨。

2.1 重新梳理课程教学目标和内容

作为非计算机类专业，计算机网络课程是一门重要专业基础课程。简单来说，教学目的是对学生进行一场计算机网络的“通识教育”，使得学生较为系统了解计算机网络的发展和基本原理体系结构和协议[7]。经过对比发现并与学院相关教学负责人员论证，并根据目前市场上相关教材，确定需要一本篇幅不太大的通用教材，面向我院所有本科專业学生。最终选用谢希仁教授编著的《计算机网络简明教程（第3版）》作为学生推荐教材。该教材简单明了，概念准确、论述严谨，且内容全面包含计算机网络基本知识。根据推荐教材所给出的计算机网络层次脉络，重新梳理各章教学重难点。

此外，对于任课教师，不仅仅参考推荐教材，也注重博采众长。在教学内容讲授上也参照目前国外流行的两本计算机网络名著：《计算机网络自顶向下方法》（Kurose等著）和《计算机网络》（Tanenbaum等著），力求课堂内容的全面。同时为了使同学了解网络领域一些最新知识，围绕每章教学笔者也补充介绍一些体现网络技术新发展动态内容，如软件定义网络、5G以太网、智能电网等。此外，将计算机网络顶级会议、期刊资料及相关网络资源作为参考资料提供给学生，供有余力学生课下研读，增加理论知识深度。

2.2  创新计算机网络教学过程

新工科理念同样注重创新教学方式[8]。最近采用互动式多媒体与移动终端平台，如超星学习通（首选）、雨课堂（备选）等现代化互动教学手段成为广大老师日常教学的有用利器。笔者也将超星学习通融入到课程教学当中，采用混合教学模式，并注重多元化考核。如对于每一学时内容讲授，在每堂课程讲述之前，将本堂课程相关内容凝练的相关问题，利用学习通发给大家，让大家带着问题去聆听本节课，提高积极性和能动性。超星学习通还具有方便的试题库功能，在课后布置作业时，不再是单纯所有同学同一试题，而是任课教师对每章节提供较为丰富的试题库，布置课后作业不同学生随机分配试题。

课堂内容讲述上也力求生动形象，知识丰富。比如对于课程开始第一章内容，传统教学根据课本梳理计算机网络基本概念和发展历程。笔者参照相关网上优质教学资源，以一个数据包的“心路历程”为主题，根据学生日常上网中常用操作：“当键入网址到网页显示，期间发生了什么？”为切入点，顺藤摸瓜带领学生梳理网络层的不同层次协议以及广泛使用的每层主要协议。既生动形象，又直观易于理解。该示例以计算机网络在信息社会无处不在的典型示例启发学生主动思考，激发学生兴趣，为后续章节教学打下良好基础，教学效果良好。

2.3 更新实验课程设计

新工科理念也更加强调课程的实用性和交叉性，为了更好锻炼学生计算机网络知识和能力的协同培养，提高学生的综合素质和能力，结合我院电气相关专业笔者设计包含计算机网络各层网络知识的五个实验，各个实验简单描述如表1所示。实验设计在基于计算机网络课本基础之上又力求兼顾教与学，学与用的原则，具体指导方案包含两点：（1）力求与学院整体专业相关。本院学生主要专业方向为电气工程，因此网络硬件和应用服务实验与学生所学专业较为相关;（2）力求与实践应用密切相关。数据传输和网络通信实验不仅能加深学生所学计算机网络相关知识，同时所选实验工具在学生后续从事网络相关工作时也是较为重要的工具。Python语言更是如今人工智能时代必学语言之一。

在针对不同专业进行实验教学时，从上述实验中任选两种，提升学生自主选择性，同时也尽可能考虑学生各自专业应用。具体上机实验时，建立项目小组，以小组为单位完成相关实验，对于数据传输、网络通信实验涉及内容较多，分组一定程度上降低实验难度。同时实验环节考核也不仅仅依赖传统实验报告形式考核，增加小组答辩环节。各个实验小组对其所作实验内容做5min相关PPT陈述，并明确各小组成员具体任务分工，为最终课程考核提供依据。

3  结语

新工科背景下，高等教育计算机课程体系需要面临新的改革。计算机网络作为工科专业开设的核心基础课程在新工科建设中也扮演着重要角色。本文结合作者的教学经验，以新工科建设的新理念指导非计算机专业计算机网络课程改革。通过分析计算机网络教学存在的若干问题，结合我院电气工程专业特色，重新梳理课程目标，创新网络教学手段，更新实验课程设计。通过此次计算机网络教学改革探索，有利于提高学生课堂注意力和学习的积极性，有利于工程实践能力与创新能力的提升，以期培养适应新一轮科技革命与产业变革的新工科人才。

参考文献

[1] 王海东，关昶，刘群，等.“新工科”形势下应用型本科校企合作开发课程探索[J].轻工科技，2018，34（12）：123-124，154.

[2] 李学锋.新工科理念下的计算机网络教学改革探索[J].福建电脑，2018，34（9）：166-167.

[3] 余飞，蔡烁，李利香，等.“新工科”背景下非计算机类专业计算机网络课程教学探索[J].计算机时代，2018（7）：89-91.

[4] 王孙禺，赵自强，雷环.中国工程教育认证制度的构建与完善——国际实质等效的认证制度建设十年回望[J].高等工程教育研究，2014（5）：23-34.

[5] 章玥，彭超，刘献忠.新工科建设背景下计算机网络课程教学改革与实践[J].计算机教育，2019（12）：40-42，50.

[6] 徐洪峰.高校计算机网络课程的教学问题研究-以贵州师范大学为例[J].铜仁学院学报，2017（3）：67-69.

[7] 马莹莹.非计算机专业“计算机网络”课程教学目标改革研究[J].西部素质教育，2017，3（9）：81-82.

[8] 张继成，杜松江.“新工科”背景下基于微课的“翻转课堂”模式在计算机网络技术教学中的应用研究[J].电脑知识与技术，2019，15（8）：86-87.