基于CDIO模式的路由交換課程教學(xué)改革與實(shí)踐

劉靜

摘 要：分析路由交換技術(shù)課程傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題，提出引入 CDIO工程教育模式，建立新型的理論和實(shí)踐課程體系，闡述課程的CDIO能力培養(yǎng)目標(biāo)，通過把工程項目和授課體系有機(jī)結(jié)合，在培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力的同時，全面地提高學(xué)生的綜合能力和素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：CDIO模式；工程教育；路由交換技術(shù)；教學(xué)改革

文章編號：1672-5913（2017）07-0052-04

中圖分類號：G642

0 引 言

從2002年開始，國內(nèi)已有200多所高校設(shè)立了網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)[1]，培養(yǎng)了大批網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù)人才。CDIO模式是2001 年由美國麻省理工學(xué)院聯(lián)合瑞典查爾姆斯技術(shù)大學(xué)、林克平大學(xué)以及皇家技術(shù)學(xué)院 3 所高校，共同開發(fā)的一種全新工程教育理念和實(shí)施體系。它以工程項目從需求分析、設(shè)計研發(fā)，到測試運(yùn)行，再到終結(jié)廢棄的全生命周期過程為工程教育的背景環(huán)境，在此情境中引導(dǎo)學(xué)生以主動實(shí)踐、積極創(chuàng)新、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式開展學(xué)習(xí)活動[2]。

CDIO是基于工程項目的全過程學(xué)習(xí)，是“做中學(xué)”原則和“基于項目的教育和學(xué)習(xí)”的集中體現(xiàn)[3]，適合工科教育教學(xué)過程各個環(huán)節(jié)的改革。我們將CDIO理念引入到路由交換技術(shù)課程的教學(xué)中，力求從教學(xué)理念、課程體系和教學(xué)方法等方面進(jìn)行改革。

1 現(xiàn)有路由交換技術(shù)教學(xué)中存在的問題

（1）重技術(shù)輕理論。路由交換技術(shù)的先修課程為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，由于兩門課程中的部分知識點(diǎn)重復(fù)，造成老師在教學(xué)中只注重演示路由器與交換機(jī)的配置方法，缺乏對其工作原理及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的深入講解，學(xué)生通過死記硬背配置命令，仿照老師的操作步驟，能夠?qū)崿F(xiàn)對路由器與交換機(jī)進(jìn)行基本配置，組建簡單網(wǎng)絡(luò)，但對設(shè)備及協(xié)議內(nèi)部的運(yùn)行機(jī)制知之甚少，無法使學(xué)生具有設(shè)備研發(fā)能力及協(xié)議分析、設(shè)計和實(shí)現(xiàn)能力，導(dǎo)致其綜合工程能力和創(chuàng)新工程能力較弱。此外，由于課堂演示會占大量時間，致使教師不能在限定的課時內(nèi)完成授課任務(wù)，授課內(nèi)容的組織存在一定難度。

（2）理論與實(shí)踐相分離，缺乏能力培養(yǎng)的目標(biāo)體系。目前多數(shù)高校路由交換技術(shù)課程主要采用“理論教學(xué)+實(shí)踐教學(xué)”的教學(xué)形式。課堂教學(xué)中教師只講理論，實(shí)驗(yàn)課中學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐練習(xí)。在課堂上，學(xué)生很難對枯燥的理論內(nèi)容和抽象的協(xié)議產(chǎn)生興趣，更多的是充當(dāng)“聽眾”的角色，跟著教師的思路去理解、記憶相關(guān)知識點(diǎn)，由于沒有具體的能力培養(yǎng)目標(biāo)，導(dǎo)致部分學(xué)生學(xué)習(xí)主動性、積極性較差，產(chǎn)生厭學(xué)情緒，教學(xué)效果不佳。

（3）課程實(shí)踐內(nèi)容和形式缺乏工程項目背景。課程實(shí)踐只能達(dá)到理解知識點(diǎn)的目的，沒有引入工程項目的實(shí)際需求、設(shè)計流程和實(shí)現(xiàn)要求。無法實(shí)現(xiàn)在理解知識點(diǎn)基礎(chǔ)上解決實(shí)際工程項目問題的目的。

基于以上問題，我們依據(jù)CDIO核心理念進(jìn)行教學(xué)改革，對路由交換技術(shù)課程重新進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，提出以學(xué)生為主體的項目驅(qū)動教學(xué)方法，可以有效解決目前課程存在的問題。

2 基于CDIO模式的課程教學(xué)改革

2.1 基于CDIO模式的理論課程體系

理論課程體系由課程教學(xué)單元構(gòu)成，采用模塊化教學(xué)，突出重點(diǎn)和難點(diǎn)。理論課程根據(jù)自編教材構(gòu)建了模擬環(huán)境介紹、路由交換設(shè)備介紹及基礎(chǔ)配置、路由技術(shù)、VLAN及其應(yīng)用、訪問控制列表、構(gòu)建園區(qū)網(wǎng)絡(luò)、接入技術(shù)7個教學(xué)模塊，在內(nèi)容的安排上緊緊圍繞構(gòu)建園區(qū)網(wǎng)這條主線，在介紹技術(shù)原理的同時，兼顧技術(shù)的具體應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合。同時，重視工程實(shí)踐性，在項目的選擇上注重針對性和實(shí)用性，目的在于幫助學(xué)生掌握局域網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計、路由與交換設(shè)備的配置調(diào)試等基本技能，提高工程實(shí)踐能力和解決實(shí)際問題的能力，真正做到學(xué)以致用。

由于路由交換技術(shù)課程的項目化特點(diǎn)突出， 所以整個課程體系是架構(gòu)在基于工作過程的項目化教學(xué)基礎(chǔ)上的。 根據(jù) CDIO 課程大綱的能力體系架構(gòu)，我們提出以“項目為載體，能力訓(xùn)練為主體”的新課程改革體系，如圖 1所示。

2.2 基于CDIO模式的實(shí)踐課程體系

根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，將CDIO理念引入實(shí)踐課程教學(xué)中，依據(jù)實(shí)訓(xùn)項目側(cè)重構(gòu)思、設(shè)計、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行理念的具體環(huán)節(jié)分為4種類型，課程改革堅持理論知識與實(shí)踐技術(shù)并重，將學(xué)生的知識能力培養(yǎng)分為基礎(chǔ)知識階段和實(shí)踐應(yīng)用知識階段，每個階段的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容都以CDIO教育理念為導(dǎo)向，指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用現(xiàn)有知識構(gòu)思和設(shè)計具體項目，強(qiáng)調(diào)通過基本技能的訓(xùn)練，逐步培養(yǎng)分析解決問題的能力和團(tuán)隊協(xié)作能力，如圖2所示。

在實(shí)驗(yàn)課程中，采用仿真設(shè)計與實(shí)驗(yàn)測試相結(jié)合的方法，針對教學(xué)內(nèi)容構(gòu)思和設(shè)計實(shí)際工程實(shí)例，采用模擬軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證，并在真機(jī)設(shè)備上實(shí)施和運(yùn)行。基礎(chǔ)知識階段的實(shí)驗(yàn)主要在模擬環(huán)境下進(jìn)行，學(xué)生依據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接設(shè)備，按照實(shí)驗(yàn)步驟輸入相應(yīng)的配置命令即可完成。當(dāng)學(xué)生掌握路由交換基本技術(shù)后，在真實(shí)設(shè)備上開展實(shí)踐應(yīng)用知識階段的實(shí)驗(yàn)。該階段需要對學(xué)生進(jìn)行分組，著重培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐能力。引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)需求分析進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞脑O(shè)計、子網(wǎng)劃分、設(shè)備互連、VALN配置以及在不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下配置恰當(dāng)?shù)穆酚蓞f(xié)議等，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和協(xié)作學(xué)習(xí)能力。

2.3 基于CDIO項目驅(qū)動教學(xué)方法的實(shí)施

以CDIO理念為導(dǎo)向，形成基于工程項目的實(shí)訓(xùn)設(shè)計流程，如圖3所示。采用項目驅(qū)動教學(xué)方法組織教學(xué)內(nèi)容，通過項目小組的形式進(jìn)行學(xué)習(xí)探討，小組成員采用分工協(xié)作的方式完成項目構(gòu)思、項目設(shè)計、項目實(shí)施、項目運(yùn)行、項目演示及結(jié)題階段，學(xué)生在合作中交流，在交流中學(xué)習(xí)。在項目實(shí)施的整個過程中以學(xué)生為主體，教師只起到監(jiān)督和指導(dǎo)的作用。以構(gòu)建校園網(wǎng)為例，教師只需講解項目需求的重點(diǎn)知識、原理和方法，指導(dǎo)學(xué)生動手實(shí)踐解決網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)計、VLAN規(guī)劃設(shè)計等問題，綜合運(yùn)用相關(guān)知識搭建一個基本的校園網(wǎng)絡(luò)。形成以學(xué)生聽講、實(shí)踐為主，教師講授、演示為輔的教學(xué)模式，教學(xué)與實(shí)踐緊密結(jié)合，達(dá)到“聽中理解”和“做中實(shí)踐”的教學(xué)效果。

路由交換技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，項目實(shí)訓(xùn)是整個教學(xué)體系的中心，項目實(shí)訓(xùn)可以在校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室模擬工作環(huán)境對學(xué)生進(jìn)行訓(xùn)練，或在校外實(shí)訓(xùn)基地進(jìn)行，強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐能力培訓(xùn)，促成CDIO學(xué)習(xí)效果的形成。

2.4 教學(xué)中的反思

為了合理地評估教學(xué)改革的成效，需要適時在教學(xué)中進(jìn)行反思。教師通過教學(xué)反思可以總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計，改進(jìn)教學(xué)方法，提高自身教育教學(xué)效能和思維。學(xué)生通過反思，可以進(jìn)一步明確教學(xué)目標(biāo)，加深對理論知識和學(xué)習(xí)過程的認(rèn)知。CDIO模式的教學(xué)改革提出了具有可操作性的能力培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生“做中學(xué)”的教學(xué)效果。為了達(dá)到課程教學(xué)目標(biāo)，在項目實(shí)訓(xùn)過程中設(shè)計問題激發(fā)學(xué)生反思，通過對問題的分析和解答，發(fā)揮學(xué)生主體作用，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自信心。

2.5 考核模式改革

基于CDIO工程教育模式的項目驅(qū)動教學(xué)改革中，路由交換技術(shù)課程的考核體系與項目課程教學(xué)緊密聯(lián)系，課程成績由4個部分組成：平時成績占15%，理論考試成績占30%，項目考核成績占40%，反思成績占15%。其中，項目考核采用優(yōu)、良、中、及格、不及格5級等級制形式，實(shí)現(xiàn)對項目質(zhì)量的監(jiān)控，改變傳統(tǒng)課程考核中期末成績占主導(dǎo)的機(jī)制，提高過程性評價的比重，全面評估學(xué)生的綜合能力。

3 課程改革成效

在中央提出絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶戰(zhàn)略，召開第二次中央新疆工作座談會后，喀什大學(xué)作為南疆唯一的一所綜合性大學(xué)進(jìn)入了轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵時期，計算機(jī)學(xué)院是學(xué)校首批轉(zhuǎn)型試點(diǎn)學(xué)院，在此背景下，路由交換技術(shù)課程在網(wǎng)絡(luò)工程、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)兩個專業(yè)的二年級學(xué)生中同步進(jìn)行基于CDIO模式的教學(xué)改革。我們對喀什大學(xué)計算機(jī)學(xué)院（2013、2014、2015級）學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查。統(tǒng)計結(jié)果表明92.7%的學(xué)生認(rèn)為教學(xué)改革后路由交換技術(shù)課程實(shí)現(xiàn)了課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)；91.6%的學(xué)生認(rèn)為教學(xué)改革后形成了完整的課程知識體系；94.2%的學(xué)生認(rèn)為教學(xué)改革后具備了一定的工程實(shí)踐能力；95%的學(xué)生認(rèn)為課程反思的方式能有效地提高學(xué)習(xí)的主動性；93.1%的學(xué)生認(rèn)為考核方式能全面客觀地評價學(xué)習(xí)效果。由此可見基于CDIO理念的教學(xué)改革在課程教育中的有效性。

4 結(jié) 語

實(shí)踐證明，在路由交換技術(shù)課程教學(xué)中，引入CDIO教育模式，重構(gòu)課程體系，理論與實(shí)踐并重，建立基于項目的能力培養(yǎng)目標(biāo)，重視教學(xué)中學(xué)生反思環(huán)節(jié)，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動手能力和工程素養(yǎng)，為將來從事網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相關(guān)職業(yè)打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。CDIO工程教育理念還可以應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)工程和計算機(jī)專業(yè)的其他課程，如計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)通信原理、網(wǎng)絡(luò)安全、軟件工程等，在更深層次上進(jìn)行課程建設(shè)和改革，訓(xùn)練學(xué)生的工程思維，全面提升綜合素質(zhì)和專業(yè)技能，滿足社會對應(yīng)用型人才的需求。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 顧佩華， 沈民奮， 李升平， 等. 從CDIO 到EIP-CDIO[J]. 高等工程教育研究， 2008（1）： 12-17.

[3] 査建中. 論“做中學(xué)”戰(zhàn)略下的CDIO模式[J]. 高等工程教育研究， 2008（3）： 1-6.

（編輯：郭田珍）