基于新工科理念的计算机网络课程教学改革研究与实践

2021-01-18李双梅黄承宁

现代计算机 2020年33期

李双梅，黄承宁

（南京工业大学浦江学院计算机与通信工程学院，南京 211222）

0 引言

自2017年“复旦共识”与“天大行动”以来，新工科教育理念作为全面创新教育工程的新理念、新模式已经引起各界的广泛重视。“复旦共识”指出我国高校要加快建设和发展新工科，新工科建设需要加强研究和实践。新工科专业是相对于传统工业专业而言，主要是指新兴产业的专业，以互联网和工业智能为核心，包括大数据、云计算、人工智能、物联网、虚拟现实等相关工科专业，这些新兴的科技技术深刻改变这人们的生产和生活方式，新工科教育理念是发展工程教育发展的新思维、新方式。相对于传统的工科人才，新兴产业和新经济需要的是实践和创新能力强，具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才。计算机网络是物联网、大数据、人工智能、智能制造等的基石，为满足“互联网+”环境下社会对于新工科人才的迫切需求，这就要求各高校要高度重视《计算机网络》这门计算机类本科专业基础课程的教学，以服务于新工科的思想，高度重视并不断优化和调整《计算机网络》课程教学[1]。

1 《计算机网络》课程特点及现状

《计算机网络》是通信技术与计算机技术交叉融合的一门学科，其内容涉及到很多复杂的相关网络概念、协议原理和技术理论等，要掌握这些知识需要学生在学习过程中做到前后贯通并综合理解，这就给学生学习带来了挑战。为了让学生掌握这些理论知识，教学活动往往以教师授课为主，形式相对单一，不能充分调动学生的学习积极性，教学效果不甚理想[2]。另外，《计算机网络》是一门应用性很强的课程，它的实践知识和理论知识同等重要，因此在本科教学中各高校制定该课程的教学计划时一般设置较多的学时，例如我校设置总学时数为64学时，其中理论48学时，实践16学时。但是网络课程不仅知识庞杂，应用广泛，而且新技术不断涌现。以往的以教师为中心的教学方法和以课堂为主的教学形式不能很好地适应新工科理念中“以学生为中心、成果导向、质量持续改进”的工程教育认证理念[3]。因此，需要进一步的改革。

2 教学改革

新工科理念下的教学目标应该是要培养能够适应社会发展和未来的卓越工程人才，在教学过程中应该将终身学习、个性化学习融入课程中[3]。为此，笔者对本课程进行了教学改革，主要从以下三个方面着手：教学内容、教学模式和方法、考核方式。

2.1 教学内容优化

计算机网络的理论知识庞杂，而且应用广泛。在新工科理念指引下，应用型本科应该更注重学生的实践应用能力，以培养卓越工程师为目标。这意味着计算机网络的教学或者说学习，不应是单纯的理论知识或者应用知识，应该做到理论先行，实践并进，两者有机融合，相辅相成。

尽管网络的新技术不断涌现，但是计算机网络的基本理论，包括体系结构和相关基本协议仍然是学习的重点，有了基本理论的支撑才能更迅速的学习新技术[4]。计算机网络的教材一般按照网络体系结构自上而下或自下而上进行组织，例如谢希仁老师的计算机网络教材采用的是自下而上结合了OSI七层参考模型和TCP/IP协议体系结构而形成的五层理想模型，便于读者掌握网络的基本理论。自下而上分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层[5]。在这部分基础理论的教学设计中将应用与理论进行结合，根据教学内容的不同采用不同的教学方法，例如学习物理层、链路层、网络层时需要介绍这几层通常使用的物理设备：双绞线、水晶头、交换机、路由器等，可以采用实物教学法，让学生有感官的认识。在学习网络协议（例如TCP/UDP）时，可借助网络软件 Wireshark，模拟器 Cisco Packet Tracer等进行协议的分析等。在具体学习各部分内容时，通过丰富的多媒体软件制作形象的PPT动画帮助学生理解抽象的概念。为了达到培养卓越工程人才的目标，设计了以下实验帮助学生理解所学理论知识在实际场景中的应用。通过理论指导实践，在实践中引导学生们反过来理解理论。具体实验如表1所示，在各章节理论教学时穿插实验教学。

2.2 教学模式和方法

为贯彻以学生为中心、成果导向、质量持续改进的工程教育认证理念，需要对以往以教师为中心，课堂为主的教学模式进行改革，以调动学生学习的积极性。根据我院实际教学情况，探索了以课堂教学和慕课相结合的线上线下混合式教学、项目化实践教学以及与网络认证相结合的三位一体的教学模式。

表1 实验教学内容

“与网络认证相结合”是指鼓励学生参加网络技术认证考试，以考促学。例如NCRE网络技术三级考试；Cisco和华为的网络工程师认证等。这类证书有比较高的社会认可度和含金量。通过这些考试可以提高学生的综合素质和增强其就业竞争力，但是取得证书并不是最终目标，更重要的是通过在考取证书的学习过程中学生可以将理论基础和实践水平提升到一个新的高度。

“项目化实践教学”是指：课程综合实践教学部分，依托校企合作企业制定与实际工程项目相关的内容，提供学生拓展学习，了解网络知识的工程化应用。

混合式教学线上部分主要依托“超星”在线教学平台，课程开始前教师提供教学大纲、教学计划、参考资料、课件等等上传平台供学生了解课程概况。课程开始后的混合式教学模式将整个教学分为三个阶段：课前、课中和课后。课前，教师提前一周上传课程导学、布置学习任务、重点知识讲解、自测习题等供学生预习；课中组织学生集中学习、讨论。这部分依据教学内容不同可以是重点知识再讲解、组织讨论、习题答疑等。课后，学生完成相应练习或实验报告，对所学知识进行复习总结。

图1所示为以实验课为例的混合式教学流程。对于实践课，通过引入Packet Tracer等模拟器软件，解决了学生实验受环境限制的缺陷。学生只需要拥有一台电脑即可进行实验，因此可以使用线上线下混合式教学方式。课前，教师通过“超星”平台布置实验任务，并上传基本的操作演示；学生自主学习。课中也就是线下课堂，教师组织学生讨论、答疑、点评学习情况；对于学生而言，由于已经进行过课前有效的预习，可以有针对性的提问或展开讨论，进而高效地完成实验内容。课后，要求学生完成实验报告，归纳总结本次实验中所用的工程及理论知识，以思维导图的形式展示。将实验报告和归纳知识在线上提交，并进行互评；教师再给予点评。

图1 线上线下混合式教学模式

通过这种混合式教学模式，可以提高学生自主学习和独立解决问题的能力，引导激发学生会思考、善学习的特质。

2.3 考核方法

为激发学生学习的主动性和积极性，避免考前临时抱佛脚的学习方式。本课程采用重过程的多维度考核方法，分为三个部分：平时成绩、期末成绩和附加成绩。平时成绩包括：出勤、实验和作业、课堂表现、阶段性测试。附加成绩包括：网络技术认证考试证书、网络相关竞赛奖项以及网络相关MOOC学习证书等。制定详细的评价分值，其中期末成绩最高占60%。通过这种考核方式有效地杜绝学生平时学习懒散，期末突击的行为。