基于CDIO的計算機網絡教學改革與實踐

賈蓓 潘妍妍 劉占敏

摘要：針對當前計算機網絡課程教學中存在的問題，將CDIO教學理念引入到計算機網絡課程教學中。采用項目為導引，問題驅動等教學方法，構建創新實驗教學體系，充分激發學生的學習興趣。實踐證明，這樣的教學改革增強了學生的實踐能力和團隊協作能力，有助于高素質創新型人才的培養。

關鍵詞：CDIO；教學改革；計算機網絡

1、引言

計算機網絡技術的應用和發展已經融入到人們的日常生活中，各行各業對網絡管理、網絡開發和網絡應用人才的需求量日益擴大。在這種趨勢下，如何培養出大量理論功底扎實、實踐能力強的計算機網絡人才是高校應該重點考慮的實際問題。

計算機網絡課程的主要內容包含了計算機技術和通信技術，是一門綜合性和實踐性很強的課程。學生在學習時除了掌握基本知識基本概念以外，還應注重培養分析問題和解決問題的能力。

本文在深入研究CDIO教育理念的基礎上，將CDIO理念引入到計算機網絡的課程教學中，將課程內容組織成一個個項目，讓學生在做中學，從而激發學生學習的積極性，增強學生獨立解決問題的能力以及團隊協作能力。

2、CDIO工程教育理念

CDIO是由美國麻省理工學院和瑞典皇家工學院等多所大學在繼承和發展歐美20多年來工程教育改革經驗的基礎上，研究創建的一套先進的國際工程教育模式。它是當今國際高等工程教育的一種創新模式。CDIO系統提出了能力培養、實施過程、實施指導和結果檢驗的12條標準，具有很強的可操作性。尤其強調注重扎實的工程基礎理論和專業知識的培養。

CDIO以構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）為主線，將工程教育與工程實踐相結合，實施CDIO管理過程，即在產品的構思、研發、應用到維護的全生命周期中，提升學生的工程基礎知識、個人技術能力、系統工程能力和團隊協作精神，其目的就是為工程教育創造出一個合理的、完整的、通用的、可概括的教學目標，將個人的、社會的和系統的制造技術和基本原理相結合，使之適合工程學的所有領域[1]。

近些年，CDIO的應用在歐美大學中取得了良好的效果，我國也引入并發展了CDIO模式。多所國內大學已經成為中國高校CDIO的成員。

CDIO倡導的是“做中學“（learning by doing）和”基于項目教育和學習“（project based education and learning）的新型教學模式。它以工程項目從研發到運行的生命周期為載體，讓學生通過主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程，從而培養學生的工程能力、職業道德、學術知識以及運用知識解決問題的能力、終生學習能力、團隊協作能力、交流能力和對大系統的掌控能力[2]。而這些也正是計算機網絡課程的教學目標，是計算機網絡教學目前急需解決的問題。因此，基于CDIO理念實施的計算機網絡課程改革有著重要的意義。

3、基于CDIO的計算機網絡教學改革與實踐

本文分析了目前計算機網絡教學中存在的問題，融合CDIO創新教育思想，對計算機網路教學中的教學內容和教學過程進行了創新研究和探索，經驗證，在實際教學中取得了良好的效果。

3.1 創新教學理念

教學理念是教學的指導思想，它決定了教學的培養目標、培養模式、教學方法以及整個教學體系，還決定了教學的改革方向[3]。先進的、創新型的教學理念才能構建出先進的人才培養模式和先進的教學體系，進一步培養出創新型的人才。

教學理念并不是一成不變的，它會隨著學科發展、社會需要和人們認識水平的提高而不斷發生變化。

3.2 以工程項目為導向

“計算機網路”課程有其自身的特點。其特點可以歸納為：基本概念多、理論復雜、應用范圍廣、工程實踐性強、新技術層出不窮。

通過該課程的學習，要求學生能夠掌握計算機網絡技術的基本概念和基本工作原理，在理解的基礎上進一步做到將所學的知識融會貫通。培養學生的實踐能力、應用能力和創新能力，特別是：網絡組建及網站開發等基本技能。幫助學生了解計算機網絡的最新發展技術和熱點技術。

在課程教學中，遵循由淺入深，由易到難的認知規律。注重學生的實踐能力、動手能力、應用能力的培養；貫徹以學生為主體的思想，突出培養學生的學習方法和技巧；選用現代教育手段，引進Packet Tracer模擬軟件，提高教與學的效率。

為了讓學生更深刻的理解計算機網絡的實質，運用所學的知識分析問題和解決問題，同時培養其團隊合作能力及創新思維，應該緊密圍繞著網絡建設、網絡應用和網絡管理這條主線來設計具體的項目。將項目貫穿整個教學過程中，著重提高學生的工程實踐能力和創新能力。在教學中以實際的項目為導引，以學生的自主學習、探索性學習為主體，教師引導學生對相關內容進行調研。通過協作學習掌握相關的知識并可以做到融會貫通。

3.3 以問題驅動教學

由于計算機網絡的概念多，理論復雜，學生掌握起來有一定的困難。為了培養學生的學習興趣以及獨立思考的能力，在課堂教學中可以以工程項目為導向，采用問題驅動的學習方式。

通過對課程知識點的梳理，將常用知識點整理成問題的形式，在教學過程中遇到這些知識點時，就可以有針對性的提出問題，進而引導學生去分析問題并解決問題。例如，講解VLAN概念時可以通過問題一步步引導學生思考：廣播有什么危害？既然有危害能不能不使用廣播？結論是必須要使用廣播，那么有沒有辦法限制廣播的范圍從而減小廣播的危害呢？通過層層遞進，最終可以引出虛擬局域網VLAN的概念。在整個過程中，學生會一直關注所提出的問題直至找出解決的辦法。

顯然，采用問題驅動式教學可以提高學生的學習興趣，培養獨立思考的能力，通過不斷的提問和解答，使學生對所學知識點有更深刻的理解和認識。此外，還應該注意對知識的擴展，開拓學生的思路，增強思維創新能力。

3.4 構建創新實驗教學體系

根據CDIO的教育理念，實驗環節應該與產品開發的生命周期，即構思、設計、實現和運作緊密結合起來。實驗教學模式的構建應著重于培養學生的創新意識和工程素質，提高學生的綜合實踐能力和創新能力。

實驗內容應體現工程項目的特色，與社會需求緊密相關、與學科新技術保持同步。據此，可以將實驗項目可分為三種類型：基礎性實驗、設計性實驗和綜合性實驗。

基礎性實驗重點在于培養學生的基本實驗技能和動手能力，加深對網絡基礎理論知識的理解。設計性實驗是基礎性實驗的擴展，側重于培養學生分析問題、解決問題的能力，要求學生具備網絡應用系統的分析和設計能力。綜合性實驗是對多個知識點的綜合，側重于培養學生的專業應用能力和工程推理能力，提高學生將理論應用于實踐的能力。

CDIO倡導的是“基于項目的教育與學習”，因此實驗內容的設計應該充分體現出項目設計的思想。在設計時，可以用一個完整項目作為案例，用這個案例將實驗的主要內容組織起來，貫穿實驗的全過程，使實驗內容成為一個有機整體，更好的激發學生的興趣。

在實驗過程中，可以充分利用網絡資源和實驗指導書，提前布置實驗任務，要求學生做好充分的課前準備。結合項目進展，構思并設計實驗方案，在實驗課上按照自己的方案加以實施和驗證。

3.5 實驗環境的建設

實驗環境是實驗教學的保證。網絡實驗環境的設計和實現應該根據專業建設、課程設置方案以及網絡技術的發展等方面全面考量，使實驗環境充分發揮應有的作用。

計算機網絡實驗對硬件的要求較高，需要大量經費的投入，因此，需要用創新理念來指導實驗環境的建設。既要量力而為，也可以考慮充分利用各種軟件來搭建虛擬實驗環境。虛擬實驗環境就是利用虛擬網絡設計與配置軟件對網絡環境進行模擬。例如在網絡配置實驗中，學生使用虛擬網絡實驗環境PacketTracer進行實踐。

4、結束語

CDIO理念在強調學生理論基礎知識的同時，更加注重培養學生對知識的應用能力、團隊合作能力以及對工程系統的掌握能力。針對當前計算機網絡課程教學中存在的問題，將CDIO教學理念引入到計算機網絡課程的教學中，構建創新實驗教學體系。實踐證明，將CDIO理念應用于計算機網絡教學改革中，可以取得良好的學習效果。

參考文獻：

[1]蘆偉，基于CDIO理念的計算機網絡教學改革與實踐，中國高新區，2017

[2]王玉玲，計算機網絡實踐課程改革與探索.計算機教育，2012.

[3]王光義。實驗教學理念與創新能力培養. 實驗室研究與探索，2008，27（8）：76-78

作者簡介

賈蓓，1981年出生，女，天津市，研究生，講師，研究方向：數據庫技術。

潘妍妍，1984年出生，女，山東，本科，講師，研究方向：計算機網絡。

劉占敏，1985年出生，女，山東，研究生，講師，研究方向：數據庫技術。