CDIO教學模式指導下網路工程類課程改革研究與實施

劉耀林+陳友榮+周瑩

摘要：教學方法改革對提高教學質量、培養應用型人才具有重要的現實意義。本文以《路由與交換》這門網絡工程類應用型課程為例，依據CDIO工程教育模式，從整合教學內容、改革授課方式、實施項目體驗式教學方法、調整考核方式幾個方面探討了改革實施方案。經實踐證明，本方案對提高學生學習興趣、增強實踐技能、積累工程經驗有積極作用。

關鍵詞：應用型課程;工程教育模式;案例導入;體驗式教學法;角色扮演

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）20-0107-03

隨著我國信息化建設從橫向規模發展轉變為縱向深度應用發展，社會對各種類型的網絡技術人才在數量和質量上的需求也不斷遞增。在以就業為導向的人才培養目標驅動下，為應對網絡技術更新的日新月異以及網絡高級應用型人才需求的不斷擴大，高校網絡工程類課程的各項改革勢在必行[1]。

CDIO工程教育模式，是目前國際工程教育改革的最新成果，CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）、運行（Operate），它是以現代工業產品從構思、研發、制造、運行全生產過程為載體，讓學生以主動的、實踐的方式學習工程。它是以能夠領導現代工業產品過程或系統開發的現代工程師所需要具備的知識、能力和素質為目標，以現代工程實際為背景環境，采用相互聯系、相互支撐的課程體系培養學生，并讓學生在現代學習和實踐環境中取得豐富的設計制作和主動學習的經驗，促進學生知識、能力和素質的一體化成長[2，3]。CDIO教育模式符合網絡工程類人才培養特性，對網絡工程類課程改革具有重要指導意義。

《路由與交換》是我校網絡工程方向一門重要專業必修課，在網絡工程課程體系中擁有承上啟下的重要地位。它以計算機網絡技術為基礎，深入學習數據通信網絡路由與交換技術中的重要原理、協議及應用方法，旨在培養學生具有中型企業網的規劃設計與實施技能，是一門與實際應用聯系非常緊密的典型的網絡工程課程。因此，針對本課程的教學改革，將對網絡工程類其他課程的改革起到很好的示范效應。

一、課程現狀與問題

1.課程現狀。目前，本課程針對通信工程專業通信網絡方向大三的學生，總課時48學時，其中理論課時36節，實驗課時12節，每周一次課，每次3節。授課形式為：理論課在多媒體教室，老師講解理論并配合操作演示;實驗課在通信網絡實驗室，學生分組完成一個小型實驗項目。

通過理論學習和綜合實驗的訓練，幫助學生理解網絡協議的工作原理、掌握網絡設備的配置步驟、熟悉網絡故障的排除方法，使其具有規劃、設計、實施中型企業網的能力。

2.存在的問題。通過研究前幾屆學生的實際教學效果，本課程在課堂教學方面存在如下一些問題。

（1）理論與實踐被割離。本課程實踐性較強，理論和實踐粘合較緊，現在“理論36課時+實驗12課時”的授課方式，弱化了實踐的作用，其次將理論和實驗分開教學，使學生在學完網絡協議原理后不能馬上在實驗環境中驗證協議的工作過程，影響學習效果。

（2）單項技術與整體項目無法銜接。學生在做實驗的時候，對于單項技術的應用能輕松完成，但是對于有一定綜合性的實驗，往往無從下手，說明“從單項技術到綜合項目”的方式導致知識點的離散性，使學生沒有理清各種技術之前的相互關系，對于多種技術同時應用的情況缺乏整體認識。問題的關鍵在于為了教學的方便，原本屬于同一個項目的多項技術被人為分割成一個個小的知識點，便于學生逐個掌握，但是學生缺乏整合各項技術的能力[4]。

（3）學生參與度不高。在理論學習階段，教師采用傳統的授課方式很難將抽象的協議講得生動，學生對枯燥的協議、煩瑣的工作流程不感興趣;實驗階段，學生各自為政，認真的學生多做，偷懶的學生少做甚至不做，缺乏團隊意識[5，6]。

二、教學改革內容與措施

CDIO模式下的教學過程包括：教師提出明確的任務目標，學生對目標進行分析研究，并設計實施方案，將方案轉化為產品或系統，并經過不斷的調試修改形成一個產品或系統，形成一體化教學體系[7]。

本文參考CDIO教育模式的教學過程以及課程在實際課堂教學中存在的問題，首先，對教學內容重新規劃與整合，引入頂層項目和次級項目的概念;其次，為了提高學生實踐機會，為了給體驗式學習營造真實項目環境，對授課方式進行改革;然后，在每次授課過程中實施基于角色扮演的項目體驗式教學法;最后，將學生在課堂體驗式學習表現以及課外自主學習中的成績作為綜合考核學生的依據。

1.融合理論與實踐，整合教學內容。根據本課程應用性的特點及體驗式教學的需要，以“總—分—總”式結構整合教學內容。所謂“總—分—總”，即從一個大型工程實例（頂層項目）出發，歸納出完成該工程的所有單項技術，針對這些單項技術設計相應的次級項目，然后根據各項技術之間服務與被服務的遞進關系，由淺入深、由局部到整體地開展各項技能的培訓，當所有次級項目完成后，一個完整的工程項目也實施完畢。這種“總—分—總”式的組織方式便于學生在初期就能掌握網絡的全貌，并理解各項技術在實際工程中作用。

“總—分—總”式組織法實施方案如圖1所示，教學內容被以下幾個時期串聯成一個整體：項目設計準備期、整體項目認知期、遞進式學習期和綜合應用期。在準備期著重學習網絡工程基礎，包括常見網絡設備的配置與管理、IP地址規劃等;在整體認知期通過兩個大型項目實例（園區網是典型的交換型網絡，企業網是典型的路由型網絡）來分析客戶需求，學習典型交換型和路由型網絡的拓撲結構，此時并不涉及各種需求的解決方案，僅從整體上認知網絡結構，了解各項技術的應用場合及能解決的實際問題（總）;在遞進式學習期，所有技術通過兩個實例串聯在一起，形成一個整體，而不是孤立的個體，將從簡單到復雜、局部到整體、低級應用到高級應用的順序逐步學習網絡工程基本技能，學習各項技術的配置方法，解決實例中遇到的問題，逐項滿足客戶需求（分）;在綜合應用期，將再設計兩個工程實例，提出需求，指導學生應用課程所學技術完成工程的設計、配置、測試等任務，檢驗學習效果（總）。

2.依托虛擬實驗平臺，改變授課方式。授課方式的改革從兩個方面進行：第一，將授課地點從教室搬到實驗室，將實驗室虛擬網絡平臺軟件融入理論和實踐教學，提高學生學習興趣和效率，做到“邊理論邊實踐”;第二，改變單一專業教師授課的方式，聘請“校企合作”企業工程師參與綜合實驗的設計和現場指導，提高綜合實驗的工程時效性。

從在教室上理論課、實驗室上實踐課轉變為所有教學內容都在實驗室完成，看似僅僅就是教學場地發生改變，實質是授課方式的轉變。實驗室擁有網絡虛擬軟件平臺（GNS3、Cisco Packet Tracer，業內工程師認可的主流軟件），借助于這些軟件平臺，協議的工作流程不再抽象，當堂學習的配置技術也能及時鞏固;并且在實驗室能近距離接觸真實網絡設備，能提高學生的學習興趣[6]。

同時，借助“校企合作”平臺將業師引入課堂，改變單一講師授課的形式。將業師引入課堂是彌補講師實際工程經驗不足的重要手段，一方面依托學校的“千人業師”計劃，由業師在課堂開展講座，介紹行業背景、就業前景;另一方面，業師可將實際工作中的真實案例引入實驗教學，使綜合實驗更具有現實意義。

3.營造項目實施情景，開展教學改革。企業網絡工程師在實施工程時并不是直接操作真實設備，這樣容易給客戶造成難以預計的不良后果，他們遵循“構思→模擬→實施”的步驟，依據這樣真實的項目實施規律，本文加以改進提出適合于課堂操作的項目體驗式學習法，并運用到《路由與交換》課程的單次（3課時）授課過程中。

如圖2所示，首先，教師根據教學進度引出真實案例，提出設計需求，并講解所涉及技術的理論知識（案例講解，1課時）;然后指導每位學生在網絡虛擬平臺（Cisco Packet Tracer或GNS3）提出設計方案，搭建工程拓撲圖，完成所有設備的配置以及測試任務（模擬器演練，1課時）;最后，學生將以小組為單位成立項目組，并進行角色扮演（如項目經理、網絡工程師、實施與測試人員等），以團隊合作的方式將虛擬平臺測試無誤的方案移植到實驗室的真實設備上，完成真實設備的配置并測試（角色扮演，1課時）。

在教學的第一階段主要以教師的講解為主;進入第二階段，教師只負責指導，以學生的模擬操作為主;第三階段，學生將選舉本小組項目經理，并在項目經理的指揮下完成整個工程的實際操作。整個教學過程以學生為主導，教師為指揮，師生互動為主要手段，實現知識從理論到實踐再到應用的全面掌握。

4.結合課堂與課外，改變考核方式。學生本課程的總評成績將由兩部分組成：平時成績和考試成績。其中平時成績占比40%，將采用過程考核的方式，記錄學生每次項目的完成情況，并根據其在小組中扮演的角色打分（通常扮演小組項目負責人的學生會有更高的成績）;期末考試占比60%，將采用“項目+報告”的方式，布置一道大型的網絡實例，提出設計需求，讓學生在課外借助各種網絡資源完成項目設計，要求能在網絡虛擬軟件平臺測試通過，并撰寫項目報告。為了防止學生之間相互抄襲，要求報告不得雷同。

三、結語

本文首先分析了《路由與交換》這門應用型課程在網絡工程類課程體系中的地位以及對人才培養的作用;然后闡述了課程在教學與實踐環節的現狀，深入剖析了教學實施中存在的問題;最后依據CDIO工程教育模式在教學內容、授課方式、教學方法、考核方式四個方面提出了教學改革的實施方案。經過一個學期的試驗，改革取得初步成效，具體表現在學生的學習積極性被充分調動，自主學習的能力被激發，對網絡工程這個方向更加認同。

參考文獻：

[1]徐遠超，關永.“網絡工程”實踐課程的教學研究與探索[J].計算機教育，2007，（11）：5-8.

[2]康嵐蘭，胡健，彭潔.CDIO工程教育模式在獨立學院計算機專業中的探索與實踐[J].江西理工大學學報，2012，33（2）：94-97.

[3]曹瓊，張光建，黃賢英.CDIO思想指導下的軟件人才培養模式探討[J].教育教學論壇，2013，（38）：78-80.

[4]郭廣軍，羊四清，戴經國，龔德良.面向應用型人才培養的網絡工程專業課程體系探索與實踐[J].計算機教育，2009，（19）：134-139.

[5]李德勝.網絡工程課程實驗教學內容改革探討[J].新課程研究，2012，02（249）：138-139.

[6]張新有，李成忠，田克.網絡工程實驗室建設與實驗教學的探討[J].實驗室建設與管理，2005，（12）：90-92.

[7]韓雁，馮興杰，梁志星，張婧.CDIO工程教育模式下的教學效果分析[J].中國民航大學學報，2012，30（4）：38-41.