基于CDIO 的“高级交换与路由网络”课程教学改革与实践

夏栋梁,赵伟艇

(平顶山学院 软件学院,河南 平顶山 467000)

1 传统“高级交换与路由网络”课程存在的问题

“高级交换与路由网络”课程是软件工程(云计算)专业的专业核心课程,课程理论与实践并重,要求学生理解路由交换协议的工作原理,掌握网络设备的配置、调试以及网络设计等。课程传统的教学活动中,主要存在以下4 个方面的问题。

1.1 课程内容陈旧,课程结构不合理

进入21 世纪以来,网络技术飞速发展,许多教材中介绍的仍然是传统的网络技术,没能体现前沿技术,导致学生所学知识、技能与社会脱节。另外,课程内容组织大多采用传统的章节形式介绍,缺乏工程项目的背景,不利于学生能力的培养,课程学习完毕后学生很难具备利用所学知识解决工程实际问题的能力。

1.2 项目工程化程度不高

课程实践项目基本都是知识点的简单应用,应用背景是虚拟的,存在较多牵强地将原来的实验“转化”成项目,实践内容相对独立,无法形成一个完整的工程项目。这种项目没有遵循知识、能力、素质的内在逻辑关系,只能达到理解知识点的目的,无法培养学生解决工程实际问题的能力。

1.3 教学方式相对单一

针对课程应用性较强的特点,在教学过程中采用了理论实践一体化教学的模式,实现了“做中学”。但是,在课程教学过程中,教师讲授的比重仍然比较高,学生对于课堂的参与度不高,导致学生学习的积极性不高,很难激发学生学习的兴趣。

1.4 考核方式单一

在过去课程考核中,课程采用的考核方式为:课程综合成绩=期末考试成绩(70%)+平时成绩(30%)。该课程考核方式方法相对单一,很难考核学生能力的实际情况。课程综合成绩中期末考试成绩所占比重很高,导致学生不重视学习过程,过于注重期末的课程终结性考核。同时,期末考试大多采用纸质试卷考核的形式,很难考核学生的实践能力。传统的考核方式只是检测“教”与“学”的最终结果,无法对教学效果做出真实、客观的反馈和评价;课程考核结果得不到及时反馈,对课程教学的方法与手段等起不到促进作用[1]。

课程教学团队梳理了“高级交换与路由网络”课程存在的问题,依据CDIO 理念开展课程教学改革,重新进行教学设计,提出以学生为中心的任务驱动式的项目情景教学法,有效解决课程教学中存在的诸多问题。

2 CDIO 工程教育模式

CDIO 理念是麻省理工学院、瑞典皇家工学院、査尔姆斯理工大学和林雪平大学探索研究的成果,已经成为国际高等工程教育的一种创新模式[2]。CDIO 倡导在项目构思、设计、实现和运作的过程中,让学生主动开展学习,注重培养学生掌握扎实的工程基础理论和专业知识,通过贯穿整个人才培养过程的团队设计和创新实践训练,从工程基础知识、工程实践能力、团队协作、创新和自主学习等多个方面提升学生的综合素质[3]。因此,本文将探讨CDIO 理念在“高级交换与路由网络”课程教学内容、教学模式和考核评价等方面的改革与实践。

3 基于CDIO 理念的课程教学改革

3.1 课程教学改革的思路

遵循“应用为本,学以致用”的教学理念,以能力培养为导向,依据课程目标确定课程内容、组织形式等,注重培养学生分析问题、解决问题的能力,工程实践能力、团队协作、创新和自主学习等能力。

基于CDIO 的教学设计,强调以学生为中心,教师在教学过程中重在启发、引导,促使学生完成构思-设计-实施-运作的全过程。课程项目共分4 个阶段:第一,构思阶段。教师给出工程项目背景,提出项目需求,引导学生分析思考,共同构思确定项目实施内容。第二,设计阶段。学生通过互联网等方式查阅资料、分组研讨,提出本组的项目设计方案。第三,实施阶段。学生根据前期的设计方案利用模拟器仿真实现。第四,运作阶段。学生验证实施结果,分析项目存在的问题及缺陷,进一步优化项目[4]。课程项目实施流程如图1所示。

图1 项目实施流程

3.2 优化课程内容及工程项目

课程教学改革中,在介绍网络交换和路由技术的基础上,让学生利用学习通、中国大学MOOC 等网络学习平台,学习网络领域中的新技术和新应用。例如软件定义网络、区块链、信息中心网络等。让学生了解行业的前沿技术,开阔学生视野,鼓励学生不断探索网络新技术,使学生具备自主学习的能力[5]。

在明确课程能力培养目标的基础上,进行课程任务分析,把工程项目和授课体系有机结合;结合企业真实案例,对课程现有的项目进行优化,整合为3 个综合项目,对应15 个子任务。按照课程知识体系对项目进行任务分解,细化到知识点,以任务驱动的方式组织教学。优化后的基于工程项目的知识体系结构如图2 所示。

图2 基于工程项目的知识体系结构

3.3 教学模式改革

在“互联网+”的信息化背景下,开展了基于移动互联思维的课堂教学重构混合式课堂教学新模式。课程教学活动由课前在线阶段、课堂教学阶段和课后在线阶段组成。课前在线阶段,学生课前利用网络学习平台观看学习视频,完成课前自测,提出难点问题,培养学生的自主学习能力。课堂教学阶段,教师采用“任务驱动+项目案例”的方式开展课程教学,利用学习通开展课堂互动、分组讨论等,达到深度学习和实践操作的目的,注重学生专业素养、分析问题、解决问题、团队协作等能力培养[6]。课后在线阶段,学生可以通过网络学习平台参与讨论知识、拓展总结等,培养学生的表达、创新等能力。

3.4 考核模式改革

“高级交换与路由网络”课程考核与课程项目教学紧密结合,建立了以技能考核为核心、面向过程的多元化考核体系。课程考核的重点在于学生能力的达成情况,主要由4 个部分组成:第一,线上学习考核(占15%)。由学生线上作业完成情况、视频学习、主题讨论等组成。第二,项目任务考核(占15%)。由每个阶段项目子任务成绩构成,该部分由个人成绩和团队成绩构成。第三,阶段性项目考核(占30%)。每个项目完成后,进行阶段性考核,实现对项目质量的监控,提高过程性评价的比重,全面评估学生的综合能力。通过阶段性考核掌握学生的情况,分析学生存在的问题和不足,在后续的教学中及时调整教学方法与手段等,改进教学中存在的问题。第四,期末考核(占40%)。采用项目综合实战考核,通过工程实际项目考核学生分析问题、项目设计、实施和运行能力。

4 课程教学效果

课程团队经过3 年多的教学改革与实践,将CDIO 理念深入应用到“高级交换与路由网络”课程中。学生通过项目的设计、实施和运行,积累了项目经验,能够应用所学的工程基础知识,解决工程实际问题,学生的工程实践、团队合作、创新和自主学习等能力得到了有效的提升。课程教学团队利用网络平台对软件学院近三届授课学生(2018,2019,2020 级)开展了问卷调查。问卷调查结果表明,93.6%的学生认为教学改革后有利于形成完成的知识体系;95.8%的学生认为通过课程学习具备了较强的工程实践能力;94.4%的学生认为“任务驱动+项目案例”的教学方式能够有效提高学习的主动性;95.6%的学生认为“以技能考核为中心,面向过程的多元化考核方式”能够比较客观地评价能力达成情况。由此可见基于CDIO 课程教学改革成效显著。

5 结语

“高级交换与路由网络”将CDIO 理念应用到课程的教学中,经过3 年多的教学实践检验,通过优化课程内容及工程项目,重构课程教学模式、建立过程化的考核体系等多方面的具体措施,学生具备了扎实的路由交换技术基础知识,在网络规划、核心技术应用、解决实际问题的能力等方面都有明显提高,从自主学习、团队协作与沟通表达能力等多方面提升了学生的综合素质。