新工科背景引领下的医学院校计算机网络工程实验课程教学研究＊

陈建国，李四海

（甘肃中医药大学 信息工程学院，甘肃 兰州 730000）

1 概述

教育部从2017 年2 月提出新工科[1]研究与实践的理念，开启深化我国工程教育改革，建设工程教育强国，从而推动我国经济发展和转型的新模式、新结构和新体系。学科专业建设要求面向新经济发展需要、面向未来、面向世界，不仅开展新兴工科专业的研究与探索，更要对传统工科专业进行更新升级。在组织方式上，要求地方高校组在充分利用地方资源的基础上，对接地方经济社会发展需要和企业技术创新要求，不断深化产教融合、校企合作、协同育人，推动传统工科专业改造升级，开展地方高校新工科研究和实践。计算机网络工程作为信息化高速公路上的基础专业学科，要主动适应“新工科”建设的需要，在人才培养上不仅要针对学生建立宽绰的理论知识体系，更要不断加强并培养学生的动手实践能力，培养专业技术人员。实验教学作为网络理论课程的补充教学，在现阶段是各高校提高学生实践动手能力的关键环节。但随着互联网络学习平台的逐步成熟以及社会的不断转型发展，原有的实验教学模式[2]已不能满足现阶段公司对人才的高校准要求。因此，积极探索网络实验课程教学模式的新方法、新举措，主动对接“新工科”背景引领下新的实验课程改革迫在眉睫。

作者所在学校针对医学信息工程专业学生开设的计算机网络工程课程属于专业核心课程，随着通信技术和计算机技术的迅猛发展，对计算机专业人才的网络应用和维护能力提出了更高的要求。作者通过多年的计算机网络工程教学，发现“以理论讲授为主、实验教学为辅”的传统课堂教学已远远不能满足培养专业技术人才的需要。作者在完成每学期的课堂教学后，通过期末考试试卷分析及反馈，再次和学生就已经实施的课堂教学进行探讨，让学生提出自己的意见和建议，总结发现，主要问题还是集中在理论知识点繁杂枯燥，内容较抽象，不容易消化；另外，由于参考教材更新变化较快，如果不能及时掌握学科前沿发展动态，很难在教学内容和实验设计上设计新颖。通过5 届学生的培养，总结发现出现上述问题的根源在于教师对学生能力培养的要求定位不精准，教学方法单一，缺少能够调动学生主动性、积极性的有效机制及课程设计。

2 网络实验课程教学现状及存在的问题

计算机网路实验是计算机专业学生网络构建和管理技能的重要教学环节，在高校中也是实验课程体系设计中较难规划并解决的问题[3]。其不同于一般的算法或程序设计实验设计，只需要提供一个软件平台就能编写代码，通过测试程序有无BUG 从而验证自己的设计、编写语法等有无问题。网络实验设计不仅涉及工程规划、介质访问测试、设备配置、安全策略设置等，还包括网络的搭建及互联调试、网络安全测试、网络软件的安装与测试、网络硬件的配置、网络系统的集成、网络性能的优化等[4]。即使准备了可行、完整的教学实验设计，而没有可实现实验环境，或者实验条件单一、脱离实际或者不能深度结合理论知识点，都会制约计算机网络实验课程的教学效果，从而无法提高学生的工科实践能力。

2.1 没有建立集中的实验平台，网络实验室建设滞后

在给学生建立宽绰的理论知识体系的同时，进一步培养学生的动手实践能力，网络实验室建设是关键。如果缺少或者没有相应的实验环境、实验场所及实验设备，网络实践教学无从谈起。根据作者调研学习，大部分工科院校开设的计算机网络实验课程基本都建立了网络实验室，部分非工科院校开设的计算机相关专业，由于条件限制，暂时还没有独立的网络实验室，实验教学多数利用公共计算机机房，通过搭建模拟软件（如：Packet tracer、Ensp、Gns3 等）来完成。由于采用模拟软件来完成实验，因此实验过程较为简单，一般为教师演示并讲授原理、学生动手搭建网络拓扑验证测试、老师实验总结并提出问题。实验教学没有取得应用的效果，学生对理论内容的理解还是建立在书本或概念阶段，距离“新工科”培养学生动手实践能力的专业技术人才很远。

2.2 实验教学内容安排单一，缺乏与理论教学的深度融合

由于条件限制，实验教学内容安排仅仅停留在验证阶段。实验内容多数按照理论教材的顺序，内容随机性大，缺乏实用性、新颖性、可操作性和可拓展性。部分实验内容仅仅停留在网络操作系统的安装和配置上，设计性和综合性实验涉猎较少或没有。不能提高学生的学习兴趣和积极性，而且在一定程度上限制了学生的主动性和创新性，难以激发学习兴趣和学习激情。

3 新工科背景下的网络实验改革措施

伴随着当前世界新一轮科技和产业变革迅速推进，大数据、云计算、人工智能、物联网等新兴技术以席卷狂飙之势推动第四次工业革命蓬勃发展。新的科技革命对工程实践动手能力提出了更高的要求，为适应科技革命的不断发展对计算机网络人才的高层次需求，高校应以市场需求为基本导向，适时调整计算机网络工程的课程教学大纲，结合理论教学与实践教学，外加学生自主学习内容[5]。作者通过多年的计算机网络工程课程教学工作，提出以下几个方面的推进网络实验教学质量的措施。

3.1 积极筹措，搭建规模适可的网络实验环境

计算机网络课程的实验教学非常重要，许多理论的内容只有在动手实践中才能让学生完全消化。因此，网络实验课程要有效开展，搭建网络实验室是关键[6]。通过组建网络专业实验室，给学生提供理解并锻炼工程实践能力的平台，专业实验室在给学生传授基本的网络原理的同时，通过让学生清晰地接触网络布局中各个环节，从而学习各种网络协议、网络模块知识的构建，理解网络通信的基本原理。

3.2 精心设计，安排新颖实用的实验内容

在建立了专业的网络实验室后，实验内容的设计不能仅仅停留在简单的网络操作系统安装配置上，也不能徘徊在网络协议、网路原理的简单验证上。从新工科的培养实战能力的要求，应更多地增加设计性实验和综合性实验内容。在内容的顺序安排上，应先通过基础的原理实验、基本概念、网络操作技术、网络管理、路由协议分析等的实践，逐步过渡到具有一定难度的研究型和设计型实验。

实验内容的设计应紧扣网络教学大纲，力图覆盖网络基本原理的主要内容和知识点[7]。通过动手实践让学生系统深入地分析和理解网络协议及原理的工作和实现过程，另外，在机房开始专业实验课前，让学生先通过搭建网络模拟软件来初步实现和模拟真实网络设计，熟悉相关实验原理、概念和内容，通过模拟真实网络设计来熟悉相关协议工作原理，弥补实验环境带来的不足。

3.3 加强指导，增加实验过程环节的探讨和实验结束后的拓展

在实验开始前，教师应合理安排并提前设计实验教学的组织和管理，在实验教学中应坚持以学生动手实践为主体，发挥教师在实验教学中的主导、组织和管理作用。开展每一次实验前，教师利用约10～15min 的时间简要地讲授本次实验相关的理论和知识点，明确实验目的，并重点就本次实验要完成的实验内容予以强调，最后就本次实验的重点难点环节予以提示，剩余时间全部交给学生进行安排。

在实验过程中，实验指导教师应加强巡检，在学生提出问题时应先在引导的基础上让学生自主解决，教师通过启发提示、释疑引导、逐点分析的方式，让学生通过实验获得分析并解决问题的方式和方法。

实验结束后，要求学生在总结本次实验过程、分析实验结果的基础上，有质量地完成实验报告。并就本次实验内容，提出拓展性的问题供学生思考解答，并在实验报告中予以反馈。最终教师可根据学生实验报告的完成情况进行总结，使得学生能从实验中不断积累实践经验和锻炼，获得更多更宽泛的实验技能，进一步加深对理论知识的理解和掌握。

4 计算机网络实验内容体系建设

根据以上基于新工科背景下网络实验改革措施以及作者多年来的教学总结，考虑学生的专业需求以及对本课程的专业兴趣，在充分考虑实验条件保证实验的可操作性下，根据作者所带班级网络实验课程教学情况，结合实验教学目标，对网络实验教学内容进行了分级设计，从而告别传统的以验证型实验为主的实验教学体系。见表1。

表1 分级网络实验教学内容设计体系结构

5 结论与展望

实验教学在高校教学大纲中具有十分重要的地位和作用，伴随着“新工科”对部分专业发展的要求，为主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展、“中国制造2025”等一系列国家战略，相对于传统的工科人才，未来新兴产业和新经济更需要实践能力强、创新能力强，并具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才。不断进行实验教学改革探索，让学生在熟悉理论原理的基础上，重点培养其综合分析以及设计能力、实践动手能力和开拓创新能力，使得学生不仅能够从整体上把握计算机网络应用体系结构的框架设计，还能系统的熟悉并掌握各个环节及模块[8]的内容，从而进一步对整个网络系统进行安全设置、系统优化和管理，从而适应社会对计算机网络管理人员工作的需求。