計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專題實驗中的創(chuàng)新能力培養(yǎng)

魏恒義

(西安交通大學(xué)電子與信息過程學(xué)院，陜西西安710049)

0 引言

探索、挖掘和開發(fā)學(xué)生的潛在能力，激勵個人的創(chuàng)造精神是高等學(xué)校的辦學(xué)指導(dǎo)思想［1］，更是實踐教學(xué)的主要目標(biāo)。國家和學(xué)校采取了很多實施措施，但國家大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃、各種國際和國內(nèi)的設(shè)計大賽等僅能容納少部分本科生的參與。在本科生的實踐教學(xué)中努力實現(xiàn)理論與實踐的協(xié)調(diào)、科學(xué)原理與實驗技術(shù)綜合應(yīng)用以及循序漸進(jìn)與研究探索創(chuàng)新的引導(dǎo)是培養(yǎng)本科生創(chuàng)新思維和技能的重要環(huán)節(jié)。具有創(chuàng)新引導(dǎo)的實踐課程可以使絕大部分的本科生得到創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和基本技能的培養(yǎng)。通過與指導(dǎo)教師就實驗過程中具體問題和實驗結(jié)果的討論可以拓展思維，激發(fā)創(chuàng)新意識，得到創(chuàng)思維啟發(fā)。為了落實西安交通大學(xué)“2+4+X”模式中將創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力培養(yǎng)貫穿于人才培養(yǎng)的全過程和每個教學(xué)環(huán)節(jié)的特點，本文針對“計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專題實驗”課程在實驗內(nèi)容設(shè)計、實驗指導(dǎo)過程中師生互動交流和實驗結(jié)果的評價等方面進(jìn)行了有益的探索。

1 怎樣在課程中進(jìn)行創(chuàng)新活動

“計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專題實驗”是一門獨立設(shè)置的實踐課程，該課程是學(xué)生深入理解計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工作機(jī)制、協(xié)議控制流程以及網(wǎng)絡(luò)功能實現(xiàn)的有效途徑，是對所學(xué)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識全面總結(jié)和鞏固提高的一項實踐活動。該實驗覆蓋計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理的全部內(nèi)容和知識點，突出通過實驗使學(xué)生系統(tǒng)深入地分析和理解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的原理和實現(xiàn)過程，并面向工程實踐，通過實際操作網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，提高學(xué)生的工程實踐能力。

“計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專題實驗”課程教學(xué)內(nèi)容的分層設(shè)計、指導(dǎo)過程的個性化互動以及精準(zhǔn)合理的效果評價是提高學(xué)生創(chuàng)新實踐思維和能力的關(guān)鍵。課程的內(nèi)容設(shè)計分為基礎(chǔ)引導(dǎo)、自主綜合設(shè)計和師生互動討論主題三部分。對基礎(chǔ)引導(dǎo)階段的內(nèi)容盡可能簡練、快速，使學(xué)生能在實驗指導(dǎo)書的引導(dǎo)下快速完成基礎(chǔ)內(nèi)容;在自主設(shè)計階段學(xué)生基于剛剛完成的基礎(chǔ)實驗，在比較、分析、改進(jìn)的基礎(chǔ)上完成自主綜合設(shè)計。師生互動討論主題的設(shè)計主要有兩個層次:覆蓋全部同學(xué)的是實驗結(jié)果質(zhì)詢、分析與討論。每位同學(xué)的反應(yīng)結(jié)果反映了該同學(xué)對實驗原理、過程和結(jié)果的理解。能完成自主設(shè)計實驗內(nèi)容的一般是基礎(chǔ)較好的同學(xué)，與這部分同學(xué)的交互內(nèi)容會涉及更高層次的實驗方法設(shè)計、實驗結(jié)果的獲得方法和結(jié)果分析，挖掘?qū)W生個體潛在能力，循序漸進(jìn)的拓展學(xué)生的創(chuàng)新思維。

2 實驗課程內(nèi)容的分層次設(shè)計

大學(xué)生的創(chuàng)造性發(fā)展建立在扎實、充分的基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)上，并通過實踐才能真正實現(xiàn)［1］。要在一門獨立實踐課程中培養(yǎng)本科生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和基本技能，實驗內(nèi)容的設(shè)計是核心和基礎(chǔ)。高年級本科生對專業(yè)知識的渴求、對獨立解決問題的能力的期盼是其創(chuàng)新的動因。內(nèi)容的設(shè)計需要全面考慮全體同學(xué)對基礎(chǔ)內(nèi)容的熟練掌握，并在基礎(chǔ)內(nèi)容的環(huán)境、步驟和結(jié)果基礎(chǔ)上，延伸學(xué)生的認(rèn)知和思維過程，引導(dǎo)和開發(fā)個人的想象力來完成自主設(shè)計實驗內(nèi)容。引導(dǎo)學(xué)生在實驗方法和步驟設(shè)計以及結(jié)果分析中迸發(fā)出智慧的火花，促進(jìn)創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和基本技能的培養(yǎng)。整個實驗體系的內(nèi)容設(shè)計、指導(dǎo)書撰寫、指導(dǎo)教師在熟練實驗環(huán)境和內(nèi)容的基礎(chǔ)上與學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場互動等方面完美的結(jié)合才能真正實現(xiàn)本門課程的“有教無類”，使每位同學(xué)都在基礎(chǔ)實驗內(nèi)容完全掌握的情況下得到創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和技能的引導(dǎo)。

2.1 基礎(chǔ)實驗內(nèi)容的設(shè)計

基礎(chǔ)實驗使學(xué)生對課堂知識的認(rèn)知和思維過程得以保持，讓他們能體驗到這個科學(xué)結(jié)論是怎么得出的，應(yīng)該采取什么方法去尋求科學(xué)結(jié)論［2］。基礎(chǔ)實驗包含了原理驗證和以原理和方法為基礎(chǔ)的設(shè)計性實驗，主要為后續(xù)的自主設(shè)計綜合實驗打下基礎(chǔ)［3］。本層次內(nèi)容主要通過師生的互動討論主題，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，使學(xué)生要擺脫思維標(biāo)準(zhǔn)化與知識非活力化的束縛，大力開發(fā)個人的想象力和直覺思維，并能質(zhì)疑、批判和超越教師和書本［4］。

表1給出了“計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專題實驗”基礎(chǔ)引導(dǎo)實驗項目、內(nèi)容、目標(biāo)及創(chuàng)新實踐引導(dǎo)的師生互動討論部分主題［5］。在配套的實驗指導(dǎo)書中，對基礎(chǔ)引導(dǎo)內(nèi)容給出了主要的步驟。本部分內(nèi)容所有學(xué)生必須完成，并對其結(jié)果進(jìn)行分析。實驗結(jié)果現(xiàn)場驗收過程中的師生互動討論可以分辨其掌握的程度，擴(kuò)展學(xué)生的進(jìn)一步思考。人的認(rèn)識是摹寫和創(chuàng)造的統(tǒng)一，創(chuàng)造是以摹寫為基礎(chǔ)的［6］。通過對基礎(chǔ)實驗結(jié)果的討論，使學(xué)生能活化基礎(chǔ)知識和實驗技能，以摹寫為基礎(chǔ)進(jìn)行自主設(shè)計實驗的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蛯嶒灧椒ㄔO(shè)計。

2.2 自主設(shè)計實驗內(nèi)容設(shè)計

知識首先表現(xiàn)為一種行為能力，是把一件事情做成的能力，這種能力只有在實踐中才能獲得，在做中才能實現(xiàn)，只有在應(yīng)用中才能體驗到知識的作用與能力的提高［7］。自主設(shè)計實驗是課程的進(jìn)階部分，目的是在對基礎(chǔ)實驗的硬軟件環(huán)境和實驗結(jié)果的深入理解的基礎(chǔ)上，啟發(fā)學(xué)生采用模仿、延伸等發(fā)散思維。自主設(shè)計實驗方案、實驗步驟、實驗結(jié)果分析都是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和實驗技能的切入點。指導(dǎo)教師在此過程扮演輔助角色，在針對實驗結(jié)果討論的現(xiàn)場互動討論中啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

表2給出了自主設(shè)計實驗的內(nèi)容要求、依賴的基礎(chǔ)實驗、創(chuàng)新實踐引導(dǎo)點以及師生現(xiàn)場互動討論的部分主題。在實驗指導(dǎo)書中只有提出的設(shè)計內(nèi)容簡要描述，實驗方案、設(shè)備選用、實驗步驟、設(shè)備配置和組網(wǎng)全部由學(xué)生自主完成，教師提供相應(yīng)的參考資料和咨詢。創(chuàng)新始于實踐，創(chuàng)新終于實踐［9］。基礎(chǔ)引導(dǎo)實驗層次的創(chuàng)新培養(yǎng)重點是通過師生互動討論，使學(xué)生活化基礎(chǔ)知識，提高創(chuàng)新思維。自主設(shè)計實驗重點是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新技能。

3 實驗的指導(dǎo)與考核

“計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專題實驗”課程的實驗環(huán)境是由企業(yè)級網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和控制平臺構(gòu)建的。自設(shè)計的設(shè)備箱和配線架設(shè)施可方便學(xué)生進(jìn)行組網(wǎng)連接和配置。在8個大組和16小組的配套環(huán)境下，學(xué)生可以方便地根據(jù)實驗內(nèi)容進(jìn)行大小組配合。在有限的實驗學(xué)時中要達(dá)到在基礎(chǔ)實驗內(nèi)容水平上通過師生互動，啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和實驗技能，對指導(dǎo)教師提出了很高的要求。

表1 基礎(chǔ)引導(dǎo)實驗內(nèi)容設(shè)計

3.1 實驗的指導(dǎo)

培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的目標(biāo)對實驗室提出了更高的要求［11］。要在在普通實驗中進(jìn)行本科生創(chuàng)新思維和技能的培養(yǎng)，實驗環(huán)境和資源、指導(dǎo)教師的知識熟練程度及指導(dǎo)藝術(shù)同樣是必不可少的。

基礎(chǔ)引導(dǎo)實驗部分要求學(xué)生盡可能快速、順利按照實驗指導(dǎo)書的引導(dǎo)完成實驗內(nèi)容。指導(dǎo)教師需要提前精心撰寫好實驗指導(dǎo)書，學(xué)生人手一冊可以在實驗前預(yù)習(xí)。實驗前的設(shè)備環(huán)境準(zhǔn)備也非常重要，實驗環(huán)境的初始化測試、實驗內(nèi)容和過程的備課都需要指導(dǎo)教師投入大量的時間。該階段的目標(biāo)及創(chuàng)新實踐引導(dǎo)，一方面是檢查學(xué)生是否認(rèn)真經(jīng)歷了實驗過程的訓(xùn)練，另一方面檢驗學(xué)生對實驗中強(qiáng)調(diào)的知識點的理解與思維擴(kuò)展。教師要利用反思性實驗教學(xué)的思想，在實驗過程中，要根據(jù)效果反饋信息不斷地反思并解決實驗教學(xué)中出現(xiàn)的問題［12］。指導(dǎo)教師要熟悉實驗內(nèi)容，對出現(xiàn)的各種結(jié)果能做出合理的解釋，對不同的同學(xué)和實驗結(jié)果變化選擇合適的現(xiàn)場互動討論主題，觀察學(xué)生的反應(yīng)和收獲。

自主設(shè)計實驗在實驗指導(dǎo)書中沒有詳細(xì)的實驗設(shè)計和步驟，學(xué)生的自主設(shè)計和實驗是一個創(chuàng)新過程。指導(dǎo)教師要判斷學(xué)生的新想法、新設(shè)計是否可行，并給予引導(dǎo)。自主設(shè)計實驗在有限的時間內(nèi)可能結(jié)果不夠理想，也可能沒有實驗結(jié)果，但其實驗的設(shè)計、過程以及不理想的結(jié)果都是學(xué)生在基礎(chǔ)實驗水平上的創(chuàng)新結(jié)果。師生對實驗設(shè)計、結(jié)果的現(xiàn)場討論非常重要，分析結(jié)果、尋找問題、解釋疑點都可能是點燃學(xué)生創(chuàng)新智慧的星星之火。

3.2 實驗的考核

CDIO工程教育模式中主張不同的能力用不同的方式進(jìn)行考核，建立多樣化的考核方式［13］。本專題實驗的考核體系中主要包含如下因素:①基礎(chǔ)實驗任務(wù)的完成情況及結(jié)果;②基礎(chǔ)實驗現(xiàn)場互動中對問題的理解和回答情況;③該同學(xué)在實驗小組中的角色和作用;④自主設(shè)計實驗的完成情況及結(jié)果分析;⑤ 綜合報告的規(guī)范性、對實驗整體內(nèi)容和過程的總結(jié)和反思。

考核內(nèi)容①-④是在實驗現(xiàn)場完成，為每一個實驗專門設(shè)計的“實驗現(xiàn)場檢查單”作為學(xué)生實驗過程記錄和教師評價的基礎(chǔ)。考核內(nèi)容⑤在實驗課程全部完成后提交，由老師評閱。同學(xué)在完成每個實驗后，在相應(yīng)的現(xiàn)場檢查單上有設(shè)計方案、設(shè)備拓?fù)鋱D和實驗結(jié)果要點。指導(dǎo)教師在現(xiàn)場檢查單的基礎(chǔ)上核實實驗結(jié)果、與學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場互動討論并簡要記錄互動內(nèi)容和學(xué)生反應(yīng)。

實驗綜合報告的目的是希望學(xué)生在完成整個實驗課程后，通過回顧與整理實驗過程和結(jié)果反思整個課程、強(qiáng)化收獲。報告中用到的實驗結(jié)果要求學(xué)生在實驗過程中保存成電子文件備用。報告的主要內(nèi)容有實驗關(guān)鍵步驟簡述;實驗結(jié)果及分析;遇到的問題及處理。在總結(jié)體會及建議部分學(xué)生也為課程內(nèi)容的改進(jìn)提出了非常好的建議。

表2 自主設(shè)計實驗內(nèi)容設(shè)計

4 結(jié)語

培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實踐能力是全面推進(jìn)素質(zhì)教育的著力點，是當(dāng)前教學(xué)和課程改革的一個核心問題［14］。在實踐教學(xué)過程中教師能夠給學(xué)生營造一個自由度很高、思維空間較大的課堂環(huán)境，留出足夠的時間讓學(xué)生閱讀、思考和提問，鼓勵學(xué)生提出對權(quán)威理論的批評性意見，并就此意見與學(xué)生進(jìn)行討論［15］，這是學(xué)生創(chuàng)新思維能力和技能培養(yǎng)的必由之路。

在本科生的主要專業(yè)實踐課程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新方法和技能可以惠及眾多的本科生。雖然沒有耀眼的創(chuàng)新成果出現(xiàn)，但如果能引導(dǎo)學(xué)生在基礎(chǔ)實驗水平上多想一步，便會對他們的創(chuàng)新能力訓(xùn)練大有益處。經(jīng)過5年的課程實踐，本課程得到了很多同學(xué)的肯定，有一位同學(xué)在他的報告中寫到“這些實驗我覺得都很精美，實驗的安排上能看到實驗設(shè)置是非常好的。一步一步，循序漸進(jìn)，而且老師的很多問題也經(jīng)常把我難住。這些東西都只有在實際的情況下我們才能看到，是在書本上很難體會到的。”

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