融入EIP-CDIO理念的“計算機網絡與通信”課程教學改革

　　摘要：文章論述汕頭大學計算機系在分析目前教學現狀的基礎上，引入EIP-CDIO的教學理念，通過一系列的調查研究，提出并建立了一套完整的課程教學體系。該體系從教學形式、教學內容、學生能力培養等角度出發，針對計算機網絡與通信這門課程，設計了EIP-CDIO模式的教學改革方案。通過近幾年的教學實踐證明，本教學方案有助于教學質量的提升，增強了學生的自學能力和創新能力，同時使學生樹立了嚴謹的職業道德觀。
　　關鍵詞：EIP-CDIO；計算機網絡與通信；教學改革
　　
　　20世紀末，在學術界、工業界和政府部門工作的工程師，綜合考慮當時工科畢業生的水平，提出了一系列理想工程師應該具備的特征，并開始強調教學改革的必要性。2001年，美國麻省理工學院和瑞典查爾姆斯技術學院、瑞典林克平大學、瑞典皇家技術學院四所大學，共同創立了一種新型的工程教育體系，并成立了以CDIO命名的國際合作組織[1]。2005年，汕頭大學執行校長顧佩華教授將CDIO理念引入汕頭大學，汕頭大學工學院在CDIO的基礎上結合我國工程教育的現狀，創新性地提出了EIP-CDIO培養模式[2]，即將道德(Ethics)、誠信(Integrity)、職業素質(Professionalism)與CDIO有機結合。
　　計算機網絡與通信是計算機本科專業學生必修的專業核心課，并已入選汕頭大學精品課程，課程重點在于使學生理解和掌握計算機網絡通信的基本原理和基礎知識，并具備解決問題的基本方法和思路。該課程融網絡理論知識和實際工作原理于一體，具有理論基礎性和實踐操作性，并與公共基礎課及其他專業課緊密銜接，為學生進一步學習網絡通信的后續課程打下良好的基礎。但是目前計算機網絡與通信課程
　　教學中存在一些問題：課程內容抽象，教學難度較大；教材資料分散滯后，跟不上網絡日新月異的發展；授課方式單一，課堂教學缺乏趣味性；實踐教學環節薄弱，學生缺少動手操作和團隊合作的機會。引文[3]分析了計算機網絡課程教學中的不足，提出了注重能力培養的教學改革方法，但是改革的目的不明確，沒形成一套體系化的教改方法；引文[4]介紹了計算機網絡課程教學模式與考試的改革事項，但是沒有對教學模式改革的具體實施措施和如何提高學生的實踐能力進行描述。針對以上現狀，我們把EIP-CDIO模式融入到課程教學中，并進行了一系列的教學調研和改革。
　　1CDIO與EIP-CDIO高等工程教育模式
　　CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，汕頭大學在引進CDIO理念的基礎上，又進行了創新，提出了EIP-CDIO工程教育模式。
　　1.1CDIO教學理念
　　CDIO工程教育模式把產品從研發到運行的4個生命周期：構思(Conceive)、設計(Design)、實施(Implement)和運行(Operate)引入到工程教學環境中，引導學生主動有效地學習課程知識，并以團隊的形式通過實踐來提高學生對知識的應用能力。CDIO教學大綱以能力培養為目標，將學生的能力分為4個層面，包括：1)技術知識和推理；2)個人能力、職業能力和素質；3)人際交往能力、團隊工作和交流；4)在企業和社會環境下構思、設計、實現、運行系統。該模式符合對工程技術人才的培養規律，是一種先進的教學模式[5]。
　　1.2具有中國特色的EIP-CDIO培養模式
　　我國近年來的工程教育呈現出以下特點，各類高校在急功近利地給學生灌輸科學知識的同時，忽略了對人文科學、道德修養和社會責任感的培養，以致學生進入社會后缺乏全面的認知觀、職業道德和責任心，不符合現代企業的用人要求，導致了“企業招不到合適人才，畢業生找不到工作”的現狀。針對這些問題，汕頭大學工學院在CDIO理念的基礎上，綜合我國工程教育的實際情況，創造性地提出了EIP-CDIO培養模式。EIP即道德(Ethics)、誠信(Integrity)、職業素質(Professionalism)，EIP-CDIO將職業道德和誠信與CDIO進行有機結合，強調做人與做事相結合，注重人文素質和道德品質的培養[2]。
　　為了使學生了解工程師所必須具備的能力與素質，汕頭大學工學院根據EIP-CDIO理念將“工程師職業道德”課程作為全體學生的必修課之一，該課程教導學生在學習與工作中始終以工程師的道德標準與行為準則來要求自己。汕頭大學工學院EIP-CDIO工程教育模式通過實踐性和探索性的項目設計來培養學生的個人能力、團隊能力、系統調控能力，目的在于培養具有高度社會責任感、人格健全、良好職業素質的國際化工程技術人才[2]。
　　計算機網絡與通信課程的理論性和實踐性都很強，在該門課程的教學中不僅要注重學生專業理論知識的教育，更重要的是要重視學生的工程實踐能力和工程職業道德素質的培養，即培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，自我創新、團隊合作交流的能力以及職業道德感和責任心。而這些能力培養完全符合EIP-CDIO教學模式的能力培養目標，因此引入EIP-CDIO的能力培養模式對計算機網絡與通信課程的教學改革具有很好的指導作用。
　　2融入EIP-CDIO理念的教學改革
　　2.1學生對CDIO理解的調查
　　在教學改革的過程中，起著引導地位的是從事教學工作的研究者和教師，服務的對象是在校的工科學生。學生是整個教學改革活動的主要參與者，他們對CDIO的理解程度影響整個教學改革的實施效果。因此，為了使本課程的教學改革起到事半功倍的效果，我們就學生對CDIO大綱和培養目標的理解程度展開了一系列的調查活動(本調查以問卷的形式，發出65份，收回65份)。并選擇了三個具有代表性的調查條目，學生對這三個具體點的理解程度如圖1所示。
　　圖1學生對CDIO典型條目的理解程度分布圖
　　可見大部分同學都能很好理解“發現問題和表述問題”這條大綱，而學生對“解決方法和建議”這點的理解就不是很充分，“帶有不確定性的分析”這條大綱比較抽象沒有具體的含義，很多學生對于此條標準的理解很模糊。
　　教師在教學活動中參考學生對CDIO理解程度的調查統計，調整教學過程中的側重點和導向性。類似“發現問題和表述問題”這種學生能夠理解的大綱點，只要教師在教學活動中提供發揮的條件，學生就能在學習過程中有意識地自我加強這方面的能力。而對于后面這兩類大綱要求，教師在教學活動中需要根據不同的學科采取相應的教學方法，來引導式地培養學生這方面的能力。
　　2.2課程教學改革
　　針對目前計算機網絡與通信課程教學中存在的問題，我們參考CDIO教學大綱，融合EIP-CDIO理念，綜合制定了一整套教學改革方案，目的在于加深學生專業基礎知識的理解與應用、拓展學生的知識面、加強學生的實踐動手能力、豐富學生的團隊合作經驗、訓練學生的溝通表達能力、培養學生的職業道德感和綜合素質。EIP-CDIO模式的計算機網絡與通信課程教學改革方案如圖2所示。
　　圖2EIP-CDIO模式的計算機網絡與通信課程教學改革方案
　　根據課程教學改革方案圖，課題組從4個方面對計算機網絡與通信課程的教學進行改革。
　　1) 多樣化的教學形式。
　　計算機網絡與通信是一門理論性和實踐性都很強的課程，采用傳統、單一的教學形式已不能滿足學生對網絡課程知識的需求，也不能適應現代社會對學生能力、素質的培養要求。鑒于此，針對該門課程主要采用以下各種教學形式：
　　
　　① 課堂講授。課堂講授雖然是最傳統的教學形式，但是對于新的、有一定難度的理論知識來說，課堂講授的確是一種好的教學手段，并且這也是貫徹CDIO教學大綱，學習基礎知識的主要教學方式。但是課堂教授也不能只滿足于灌輸式的講授，而應認真規劃教學過程，突出重點、難點，穿插案例，設置問題，在老師的主導下激發出學生的學習熱情。
　　② 開放課堂討論。開放課堂討論是以討論的形式讓學生主動參與到教學中來，在有效補充教學活動的同時也能很好地彌補傳統教學中以教師為中心、學生缺少參與的缺陷，形成教與學的互動。這種開放式的教學形式為大家的互動交流提供了條件，能夠讓學生體驗“提出問題—分析問題—解決問題”的全過程，充分激發學生的積極性，加強學生的自主探索精神，提高學生的溝通表達能力。
　?、?網絡教學平臺。為了豐富課堂所學知識，擴展學生視野，我們建設了計算機網絡與通信精品課程網站。網站提供教學視頻、授課課件、教學資料、實驗資料的下載；介紹業界最新技術、前沿知識和優秀技術網站；解答學生的課后問題和疑難知識點。網絡教學平臺的應用方便了學生在課后進行自主學習，更好地促進了學生學習的主動性，豐富了教與學的整個過程。
　　2) 拓展教學內容。
　　傳統教學中，教師主要依照課本上的內容來安排教學活動，但課本上的知識一般比較陳舊，不能激起學生的好奇心，難以調動學生學習的積極性，不利于學生能力的培養。CDIO教育模式對教師的要求較高，不僅需要有深厚的專業知識背景，還必須具備豐富的知識體系和敏銳的職業觸覺。教師在傳授基礎知識的同時，把與此相關的學科前沿技術和熱點應用穿插到課堂上，引導學生課后主動學習和探索，加深對基礎知識的理解和應用。
　　3) 強化實驗教學。
　　CDIO大綱要求學生具備解決問題的能力，學生只有在面對實際問題時才會更加主動地分析問題、找出解決方案、驗證方案正確性、創造性地提出新想法。因此，課題組通過分析計算機網絡與通信的實驗課程，根據現代社會對工程技術人才的培養要求，綜合考慮學生各方面能力的培養，并結合CDIO理念，規劃了一個比較完整的實驗體系，其中包括網絡原理、路由協議、網絡安全、網絡應用、網絡新技術等。學校配置了設備齊全的網絡實驗室，本課程開設了20個課時的上機實驗，學生在合作完成實驗的過程中，學習網絡基礎知識，實現知識的實際應用，發揮各自的能6Z20mClCgxYE1W8Fx7OQBg==動性和創造力，提高自身的綜合素質，體驗“做中學”[6]的樂趣。
　　4) 引入項目教學。
　　以前的教學過程中，除了課內的實驗外，再沒有其他的實踐形式了，這使學生難以體驗到工程中“構思—設計—實施—運行”的全過程，不符合CDIO大綱的要求。為此，課題組引入了針對計算機網絡與通信課程的Ⅲ級項目，并將學生在此項目中的表現作為該門課程考核的重點。
　　① Ⅲ級團隊項目。三級項目(Ⅰ級、Ⅱ級和Ⅲ級項目)是汕頭大學工學院結合CDIO理念和學科特點設計出來的一種教學模式，其中Ⅲ級項目是以單門專業課程為基礎展開的小規模團隊項目，內容涵蓋課程基礎知識和拓展技術，并使用多元評分體系對項目完成情況進行評價，目的在于加深和強化學生對本課程知識的理解與運用；并希望通過Ⅲ級項目的開展來提升學生的系統思維和獨立解決問題的能力，豐富實踐項目的開發經驗，鍛煉團隊合作精神和領導才能，培養工程能力和職業道德素養。
　?、?創新型評價體系。傳統的學業評價方式只重視終結性評價，卻忽視了學生在學習過程中的實際收獲，這與社會要求的人才標準不符合，也有悖于CDIO的評價標準。因此我們建立以學生的最終成績為核心的終極性評價模式，同時引入多項考核學生學習過程的評價內容，包括平時作業的完成情況、實驗、課堂表現等，而學生在Ⅲ級項目中的綜合表現將會作為考核的重點。這種綜合能力的考核方式不僅能直觀地獲取學生的學習效果，還能跟蹤學生的學習狀況，從而發現教學中的問題，并及時改進，促進學科教學更健康、更科學的良性發展。
　　3教學改革實踐及效果
　　3.1教學改革案例
　　課堂內容拓展案例：教師在講解網絡體系結構理論知識的時候，聯系實際介紹了本校校園網的拓撲結構，引導學生課后上網查找資料了解中國教育網的結構和組成，并要求學生最終以報告的形式提交自己提煉總結的知識內容。在查找資料的過程中，學生有了更多的收獲，比如了解從以前的中國教育網的網絡設計方案到新時期的網絡設計方案的發展歷程，并能從中掌握今后網絡的發展方向，這樣使學生的知識又提高一個層次。網絡知識的延伸、前沿技術的介紹和實際應用的拓展，極大程度地激發了學生的學習興趣，培養了學生探索知識、發現知識的精神和終生學習的能力。
　　課程Ⅲ級項目實例：學生通過參與網絡游戲和即時聊天，借助抓包工具分析底層數據包的內容、協議和服務類型，從而掌握網絡通信的基本原理，并在此基礎上設計一個網絡交互通信的方案。項目要求學生以3～5人為一組，由組長負責分配任務以及安排整個項目的進度，最后全組同學共同進行答辯，項目成績由教師評分、組間互評、組內互評和學生自評共同決定。此項目的完成過程可分為以下幾個階段：1)構思階段。學生在分析完數據包，了解網絡通信原理之后，構思出一個能充分體現網絡通信原理的項目，例如，一個小型的網絡游戲或是一個簡單的即時聊天工具。2)設計階段。在項目構思確定之后，明確項目設計的內容和思路，把握項目要解決的關鍵問題和難題。3)實施階段。項目設計完成后，各小組開始進行討論分工，每個人都有自己負責的任務，共同協作完成此項目。4)運行階段。在項目實施后，要做好項目的展示準備工作。各個小組推選主講人，小組成員共同參與項目的課堂演示，對項目的設計思路、創新工作、關鍵問題及不足等進行匯報。Ⅲ級項目的開展能使學生充分體驗“構思—設計—實現—運行”的全過程，有效地解決了理論教學與實踐教學脫節的問題，提升了學生系統思維和獨立解決問題的能力，豐富了學生實踐項目的開發經驗，為以后開展工作提供了一個良好的開端。
　　3.2教學改革效果
　　計算機網絡與通信課程教學改革實踐證明，融入EIP-CDIO理念的教學改革對學生有效掌握網絡基礎知識和進行項目實踐有顯著的效果。主要體現在以下幾點：
　　1) 激發了學生的學習興趣。
　　不再局限于課堂講授的多樣化教學形式激發了學生的學習興趣，學生成為教學活動的主體，改變了以往被動的學習方式，他們主動參與到教學過程中，從“強迫學”變成了“愿意學”，明顯提高了學習效率、增強了學習效果。
　　2) 提高了學生的自學能力。
　　融入CDIO理念的教學改革，傳輸式授課已不再是主要的教學方式，教師的工作在于引導學生通過查找資料、研究資源、動手實踐來發現問題、分析問題、解決問題。這種學習過程極大提高了學生的自學能力，有利于學生養成終身學習的良好習慣。
　　3) 積累了項目實踐經驗。
　　改革后的教學環境為學生提供了在工程規模條件下進行項目實踐的機會，學生按照實際工作的要求參與到項目的設計與實現中來。通過動手操作，學生將所學理論知識付諸于實踐，并體驗了公司實際開發的基本流程，對于以后走向社會有很好的指導作用。
　　4) 培養了團隊合作精神。
　　教師以小組合作模式來組織教學活動，學生通過團隊交流、分工合作、資源共享來集體面對問題、克服困難，從而培養了學生的團隊協作精神，增強了集體榮譽意識，提高了綜合素質和責任感。
　　5) 學生課堂教學評估。
　　在學校的期末課堂教學評估中，本課程均達到94分以上，高于本課程往年分數；在期末的教學調
　　
　　查問卷中，學生對本課程的滿意度高達95%。結果表明，本次教學改革激發了學生的學習興趣，滿足了學生的學習需求，符合學生的基本利益，對于其他課程的教學改革也有一定的借鑒意義。
　　4結語
　　EIP-CDIO教學理念以工程實踐為核心，綜合了專業基礎知識、人際交流能力、團隊合作精神、實際動手能力的培養，并鑒于我國目前的教學環境，融入了人文科學、道德修養、責任心的思想，使培養出來的學生更加符合工程師的標準和社會對工科畢業生的要求。
　　將EIP-CDIO理念引入到計算機網絡與通信的課程改革中來，既適應現代教學模式的要求，也符合學生對本門課程的需求。成功地實施教學改革，不僅能夠達到本課程的教學目標和滿足學生對知識的需要，還能提高學生的綜合素質和整體能力，為他們以后的人生之路打下良好的基礎。
　　參考文獻：
　　[1] John Malmqvist. The Application of CDIO Standards in the Evaluation of Swedish Engineering Degree Programmers[J]. World Transaction on Engineering and Technology Educat