計算機網絡課程4C能力培養的教學實踐

摘要：分析高素質信息工程人才素質與能力要求，提出“批判、創新、自信、溝通”4C能力培養教學模式，結合計算機網絡課程教學方法改革實踐，剖析4C能力培養實施方案。

關鍵詞：卓越計劃；4C能力；創新能力；課程改革

文章編號：1672-5913（2013）01-0029-04

中圖分類號：G642

當代大學教育在培養工程人才時，要求學生在科學基礎、實踐能力和人文素養方面融合發展。專業知識學習是載體，掌握所學專業的理論知識和技能不是唯一目的，正所謂“授人以魚不如授人以漁”，教學重在提升學生分析問題和解決問題的能力。然而，諸多因素導致課堂教學中滿堂灌、填鴨式的授課現象還普遍存在，即使教師在講臺上賣力地講，學生也不買賬，課堂氣氛沉悶，學生被動聽課，致使課堂教學效果不佳。究其原因，從教師的角度看，教師教學手段單一，教學方法單調，所謂的采用“多媒體”教學手段，往往成為教師不認真備課、不愿意嘗試和探索新教學方法的借口。而更深層的原因在于，教師缺乏對課程教學理念和方法的研究，沒有深入思考“教與學”這一系統過程要達到的目的以及學生的學習情況，沒有研究課程要求學生在知識、能力、素質上達到的目標和構建人才培養實現矩陣，從而缺少深入有效的教學設計。

計算機網絡課程是計算機專業核心課程之一，網絡的迅猛發展和廣泛應用，對計算機專業人才的網絡應用能力提出更高要求。而在傳統課堂教學和實驗開展中，學生卻反映這門課理論知識多、內容抽象，教師也覺得課程內容和實驗內容不好設計。河南工業大學計算機網絡課程教學團隊總結多年教學經驗，認為出現上述問題的根源在于教師對學生能力培養的要求把握不到位，教學中缺少調動學生學習積極性、主動性的有效機制和課程教學設計和教學方法。

1 “卓越”工程師的4C能力要求

教育部推出的“卓越工程師教育培養計劃”（簡稱“卓越計劃”），是貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發展規劃綱要（2010-2020年）》的重大改革項目，旨在培養一大批創新能力強、適應社會經濟發展需要的各類型高質量工程技術人才，為國家走新型工業化發展道路、建設創新型國家和實現人才強國戰略服務?！白吭接媱潯睆娬{學生創新能力、實踐能力和國際化視野的培養，鼓勵校企深度合作創新人才培養模式。

河南工業大學計算機科學與技術專業于2011年被列入第2批“卓越計劃”改革項目。在推行“卓越計劃”專業人才培養方案改革過程中，圍繞“卓越計劃”對創新能力、實踐能力、工程能力、國際化視野等的能力要求，構建人才培養知識、能力、素質實現矩陣，并積極推進課程改革尤其是教學方法的改革，從而促進“卓越”計算機工程師培養計劃的實施。

我們在進行學生能力素質培養分析時，總結了創新思維/精神（Creative thinking/spirit）、批判思維/精神（Critical thinking/spirit）、自信（Confidence）、溝通（Communication）4個基本要素。創新能力培養是人才培養的“終極”目標，缺少“創新能力”的人也很難具備優秀的“實踐能力和工程能力”，在實際工作中可能只是個熟練的“技工”，而無法成為獨立解決工程難題的優秀工程師。

具備創新能力首先要培養創新思維和意識，善于“思辨”，而創新思維又要求一個人具有良好的“批判思維”和“批判精神”，敢于質疑“權威”，在“懷疑一切”中發現問題，在“創新”中解決問題；一個人是否具有敢于批判和創新的精神，又源于其“自信”、敢作敢為、不怕失敗、不怕“丟面子”；“溝通”是現代人際交往的基本素質，而現代組織都強調團隊意識，重視協作，這就要求組織成員具有良好的溝通能力。這些基本要素也是相互統一的，自信的人敢于批判，并在實踐中嘗試創新，不斷地尋求突破，而這一過程又會增強一個人的成就感和自信心?，F在人們更注重團隊創新，尤其在工程設計和軟件開發過程中對團隊合作的要求比較高，良好的溝通更能促進協同創新。

因此，我們認為在教學實施過程中，培養學生“樹立自信、敢于批判、勇于創新、善于溝通”是提升學生內在素養的基本要求，學生將受益終生。為了培養學生具有這些基本素質而開展的課程教學改革，尤其是課程教學方法的改革具有很強針對性。我們在“卓越計劃”實驗班教學中，有針對性地在計算機網絡課程中進行4C能力培養的教學實踐，取得了良好效果。

2 計算機網絡課程改革中的4C能力培養

計算機網絡課程是計算機科學與技術專業核心課程之一。隨著網絡技術的發展與廣泛應用，該課程在計算機及相關專業培養方案中具有重要地位。我們在計算機網絡課程教學改革與實踐中引入4C能力培養目標，針對4C能力要求改進教學方法，重點圍繞課堂教學設計開展4C能力培養實踐，使課內課外統一，理論教學與實驗教學互相補充。課程教學采用“全過程交互式”教學方法，按照“問題驅動、自主思考、團隊探究、互動交流、總結提升”的策略組織教學，分為以下主要過程。

1）問題設置。課前教師給出思考題目，如“如何解決網絡通信中傳輸錯誤問題”，對課程教學單元進行歸納設計，針對每個課程單元模塊提出一個大問題，同時設置若干小問題，對應該單元重點知識。課程知識點、問題引導及實驗設計如表1所示。

2）自主預習。學生自主預習，根據已掌握的專業知識自行設計可行方案以解決命題，如采用“奇偶校驗法”發現錯誤。建議學生不要拘泥于教材，強調獨立思考，鼓勵學生查閱相關資料，研讀并評判教材，敢于質疑教材中給出的解決方案。

3）分組討論。學生課前進行分組討論，發表各自觀點，在批判中發現和糾正問題。教師鼓勵學生開展頭腦風暴并進行自由交流，培養學生具有積極的態度、掌握良好的溝通技巧、善于聽取意見和敢于堅持主見。

4）觀點表達。每個學習小組選派代表講解本組研討得出的結論，教師要鼓勵學生給出與書本中不同的解決問題的方法，當然這一點不易做到，需要循序漸進。教師在實踐中給每3個小組分配1個主題，每個小組15分鐘，3個小組一共利用1節課的時間介紹本小組理解或提出的技術方法，由師生共同質疑分析。

5）教師點評。教師利用“啟發式、探究式、互動式”教學方法，讓各小組針對課前布置的問題提出陳述觀點并相互交流，如“我用Hash函數發現通信中傳輸錯誤”、“我用加密方法避免傳輸錯誤”、“我用CRC方法發現錯誤并糾錯”等。教師則進行引導、答疑解惑、總結歸納，針對學生提出的不同觀點給予剖析評價，如“哪種檢錯方法效率高”、“哪種方法能糾錯”、“哪種方法不可行”，再對比講解現有的計算機網絡理論、技術、方法，討論方法的正確性、可行性、優缺點，在互動中引發學生思考，使其獲得認識上的提升。教師最后講解教材中給出的方法，即目前的技術標準，幫助學生分析和體會其中奧妙，以提升學生思考和解決問題的能力。

6）歸納總結。根據課堂研討，學生在課后通過總結筆記和完成作業，優化各自方案，查找問題的癥結，進行歸納總結后得出正確結論。

7）實驗驗證。計算機網絡是一門實踐性很強的課程，但課內實驗學時較少，實驗主要是一些驗證性實驗。一般院校會開設“網絡工程”或“網絡應用技術”等課程，教師講授實用網絡技術或工程應用。為此，我們將以實驗為主的“網絡工程”課程作為網絡原理課程的配套課程，將知識劃分單元重點，除了驗證性實驗，還引入針對性較強的設計性實驗，如組網規劃并使用“Packet Tracer”模擬器軟件配置驗證，讓學生通過實驗得到直觀體驗，理解抽象的概念和知識；鼓勵學生針對實驗項目提出設計方案并進行實驗驗證，形成“做中學、學中做”的教學模式，在實踐中逐步形成敢于批判和勇于創新的思維模式，鍛煉動手能力，同時增強自信心。

采用上述教學模式，使學生通過自主思考、交流討論、對比修正、實踐驗證，獲得正確優化知識的方法，在教學中提升了教學效果。從知識內容上看，計算機網絡課程以網絡分層體系結構為主線，學生需要重點理解各層協議的工作原理與實現，以及各層協議之間的接口。網絡體系結構體現的分而治之思想貫穿課程始終，而協議的概念與實現是課程中心議題。從物理層到應用層，協議的語義、語法和同步是網絡通信核心技術思想，也是課程重點。圍繞核心知識點，教師針對能力培養要求設計問題，每個問題都可以用對應的技術與方法解決。學生在學習時可以自己設計協議，包括數據通信單元格式、交互模式等設計，并解決處理效率、可靠性等問題，有利于樹立創新思維和批判思維。針對課程重要知識點，教師通過設計相應的驗證性、設計性實驗，達到使同學理解知識并在實踐中驗證的培養目標。

我們把課程規劃為6個主題，對應6大問題，每個主題又分為若干技術引導問題，對應這一主題下需要解決的關鍵技術問題。在教學實施過程中，我們要求學生課前充分預習，并進行小組討論，課后認真總結，形成單元報告并完成作業。課程實驗從物理層到應用層均有對應的配套實驗內容，而且引入部分需要自行設計的實驗項目，以提高學生的動手能力和創新能力。

3 教學改革實施效果

通過上述從理論教學模式的組織到實驗內容設計的全方位改革與實踐，教學取得了良好效果。

1）學生反應熱烈，雖然課程學習要求提高，但體會到做學習主人翁的成就感，增強了自信，敢于批判并嘗試創新，在學習中加強了團隊意識。

2）學生一致反映通過實驗收獲很大，尤其是實驗幫助學生直觀地理解抽象的理論知識。例如，自己動手實現基于RS-232接口的通信，對異步串行傳輸及編碼有深刻體會；通信數據捕獲和協議分析實現了協議的透明呈現，非常有助于學生對協議語法和語義的理解；路由器的配置與管理，使學生更深刻地理解網絡地址應用、網段管理及路由等知識。

3）改革試點班學生的考核成績明顯提高，實踐動手能力與創新能力有明顯提升。

4 結語

在以能力提升為核心的計算機網絡課程改革與實踐中，我們總結出4C能力要求，圍繞教學設計與教學模式開展4C能力培養實踐，教學效果得到提升。當然，課程改革實施過程中也暴露出一些問題，一是學生主動學習的意識還不夠強，適應自主學習需要一個過程；二是學生敢于質疑和勇于創新的精神還不夠，尤其是學生長期的思維慣性和學習習慣更傾向于拿來主義，不愿意質疑，也缺少創新的信心，這就需要教師循序漸進地對學生進行引導。

針對上述教改實踐中遇到的問題，我們加強了專業課程系統性教學方法改革與聯動，4C能力的培養不只是依靠一門或兩門課程改革就能見效的，學生學習習慣和解決問題的方法需要在大學整個學習過程中進行培養?！白吭健比瞬?C能力的定位與計算機網絡課程的實踐，促進教學方法改革，實現了面向能力培養的課程教學模式，契合“卓越工程”人才培養要求。

（編輯：宋文婷）