基于OBE的物聯網工程專業《計算機網絡》教學改革

宋晶晶 竇慧莉 錢萍 劉慶華

摘 要

為貫徹學習產出（OBE）的教育理念，針對物聯網工程專業中計算機網絡的各項能力培養及提升學生學習效果的問題，提出基于OBE的教學改革實踐。從學習效果出發反向推導教學目標，進而確定教學活動及考核體系的設計過程。結合課堂內容設計和課堂模式改革，提升OBE在計算機網絡教學改革中的作用。

關鍵詞

反向設計; 教學改革; 計算機網絡;物聯網工程

中圖分類號： TP368.1-4;G642 ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.16.024

教育部在2010年3月，發布了《關于戰略性新興產業相關專業申報和審批工作的通知》，各高校積極申報物聯網相關專業，并于當年獲批了33所不同層次高校的物聯網工程相關專業。江蘇科技大學作為首批開設物聯網專業的高校之一，于2011年開始招生，如今已經培養了5批優秀的物聯網工程專業畢業生[1]。物聯網工程專業是被各高校申請最多的專業，反映出國家對物聯網經濟的重視和人才培養的迫切性。物聯網工程是新一代信息技術的重要組成部分，其核心和基礎仍是互聯網，其用戶端延伸到了物品與物品之間，可以實現物理系統的實時跟蹤[2]。

物聯網工程專業不同于其他專業的特點有如下3個[3]：

（1）物聯網工程專業是一門交叉學科，涉及計算機、通信技術、電子技術等專業基礎知識，以及管理學、軟件開發等多方面知識。

（2）物聯網是一個專業，而非學科。如果專業定位不清，課程設置不合理，或針對性不強，則培養出的學生可能懂得多但不精。

（3）物聯網產業鏈長，涉及多個產業群，其應用范圍幾乎涵蓋了各個行業。因此，物聯網專業的學生可以從事不同崗位的工作。

成果導向教育（Outcome-Based Education，OBE）是一種以學生的學習成果為導向的教育理念，該理念認為教學設計和教學實施的目標是學生在整個教育過程中取得的學習成果。它由Spady等人于1981年首次提出[4]，迅速得到了人們的認可與重視。OBE教育模式是工程教育的核心理念，也是工程教育專業認證的重要標準。OBE以“實現學生特定學習產出的教育過程”推動了傳統的內容驅動、學科導向的教育模式改革。為了適應OBE理念達到工程教育的認證標準，許多高校積極開展了計算機基礎應用理論教學改革，但僅僅依靠課堂教學改革的方法來促進學生理解計算思維并解決工程問題的能力，效果有限。因此，基于OBE理念梳理計算機課程的教學重難點，借助多種手段重構課堂教學環節，成為目前公認的較為成功的教學改革方案之一[5，6]。

計算機網絡是進一步學習各類有線網絡和無線網絡協議、技術、模型和算法的基礎，是計算機專業的基礎理論課[7]。因此，對于把計算機技術作為核心技術之一的物聯網工程來說，計算機網絡也是物聯網工程專業的重要專業基礎課程[6]，在課程體系中占據著非常重要的地位。使用OBE理念對計算機網絡課程進行改革，也有利于促進物聯網工程專業教學的正常穩定進行。

1 基于OBE的計算機網絡課程大綱修訂

OBE理念強調反向設計，首先要綜合分析國家、社會和職場等對人才的需求，然后確定培養目標，再根據培養目標確定畢業要求，并將畢業要求逐一分解為可測量的指標點，最后根據指標點確定課程體系。要把培養方案的制（修）訂與專業認證結合起來，就要在專業培養與畢業要求的基礎上，根據課程知識結構與先后修課程知識體系的關聯，對基于OBE的計算機網絡課程教學大綱進行修訂。對計算機網絡課程大綱的修訂，對于促進教師深入理解“以學生為中心的教與學”的OBE核心內涵，起到非常積極的作用。

1.1 課程目標對畢業要求的支撐

教學目標是學生想要達到的水平，確定好了教學目標之后，可以反向設計出實現教學目標所需要的教學活動。OBE強調以學生為中心，教師不是課程的主宰者，而是課程的指導者。計算機網絡對學生能力培養的具體要求是在掌握計算機網絡基本內容的基礎上，結合實際問題選擇合理的網絡系統。根據該能力培養的要求，物聯網工程專業中的計算機網絡課程目標設計如下。

課程目標1：掌握計算機網絡的基本概念， 計算機網絡體系結構的形成和協議分層方法，理解OSI/RM七層模型和TCP/IP體系結構;掌握物理層數字鏈路層的功能及特性，掌握網絡互聯的基本概念，掌握IP協議、子網劃分和無分類編址CIDR，掌握路由選擇協議的基本概念、內部網關協議和外部網關協議的原理和方法;掌握運輸層主要功能和運輸層的兩個主要協議，掌握可靠傳輸的工作原理及TCP的可靠數據傳輸與流量控制機制，通過計算思維的培養，使學生能夠在計算機領域分析相關工程問題的能力，為本專業后續課程學習奠定良好的理論基礎。

該課程目標支撐畢業要求“問題分析”：能夠應用數學、自然科學和工程理論的基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析物聯網工程及相關領域內的復雜工程問題，以獲得有效結論。

課程目標2：了解傳輸媒體的特點、寬帶接入技術、高速以太網技術;了解IPv6協議及其數據包格式和編址方案;理解常用計算機網絡系統（無線局域網、無線傳感網、移動通信網、衛星通信網等）的基本原理以及其組網基本方法和工作過程。

該課程目標支撐畢業要求“設計/開發解決方案”：能夠設計針對物聯網工程及相關領域復雜工程問題的解決方法，設計滿足特定需求的系統、單元（部件）或工藝流程，并能夠在設計環節中體現創新意識，考慮法律、社會、文化、安全、健康以及環境等因素。

課程目標3：理解常用網絡應用的實現方案，掌握常用網絡應用服務的配置與管理方法，能夠基于科學原理研究和設計各類網絡應用的復雜工程問題，分析和設計網絡應用系統，制定合適的實驗方案，構建實驗系統并開展實驗研究。

該課程目標支撐畢業要求“研究”：能夠基于科學原理并采用科學方法對物聯網工程及相關領域內的復雜工程問題進行研究，包括設計實驗、分析與解釋數據，并通過信息綜合得到合理有效的結論。

1.2 課程重難點及解決方案

在修訂教學大綱的過程中，必須明確計算機網絡課程的重難點。計算機網絡作為一門理論課，重點是理解和掌握計算機網絡的基本概念、基本原理和基本方法，熟悉計算機網絡的體系結構，理解各層的功能、工作原理和相關協議。難點在于分析網絡協議的語法語義和時序，對網絡協議有一個透徹的理解。由于計算機網絡課程重點難點較多，很多學生難以理解和掌握，因此提出幾個解決方案具體方式如下：

（1）為了加深學生的理解，在課堂教學要以學生為主，注重對于基礎知識的講解，讓學生掌握各種計算機網絡的體系結構。

（2）通過編程實踐加強學生對計算機網絡的安裝、配置、調試、開發與應用，提高利用計算機解決網絡通信問題的實踐能力。

（3）為了讓學生能夠隨時隨地地進行相關方面的學習，可以通過網絡教學的途徑，學生可以通過網絡進行各方面的學習，并且獲取相應的資源，學生也可以通過網絡向老師提問，這樣教學方式更加便捷。將網絡資源互動作為課堂教學的有效補充，通過課程QQ群或者微信群的建設，與學生在線答疑。

（4）在課本的基礎內容上編制與課本相配套的課件等學習資料，學生可以通過這些學習資料來加深對于課本內容的理解與學習，也可以在課后的時間里進行自我檢測，使學生提高自主學習能力。

因此對于考核的設計十分重要，考核要具有綜合性，要能夠對學生的各方面都考察得到。學生通過考核可以認識到自己的不足，同時也能夠對自己的學習成果以及學習能力有一定的判斷。同學之間也可以進行比較，來不斷地拉小彼此之間的距離。老師在考核的過程中也要對同學起到一個引導作用，幫助同學們不斷地成長，走向成功，讓成功的學習體驗激發學生的學習熱情。

課堂的每個部分都要對學生進行考核。首先是對于課程的預習部分，在學生進行預習以后，需要登錄網絡平臺進行相應的預習問題的解答。在課程預習完成以后，學生依舊要對本節課學過的內容進行測試，然后網絡平臺會對學生的解答結果做一個評測，給出正確答案，學生可以根據答案來認識到自己學習中的不足。在學期末的時候，將平時的測試成績取平均分數作為最后成績。在教學開始之前，應當讓學生通過自主原則進行分組，老師起一個引導作用，為學生提供指導性的幫助，學生按小組完成相應的考核內容。

終極考核就是對學生所有成果的最終檢測，是對所有學習目標的完成情況的測評。考核模式主要采用試卷方式，因此試卷內容的制定很重要，首先在知識方面考察到的知識點需要涵蓋所有內容的90%，對于知識點中的重點以及難點是要完全的考察到的。對于章節的不同難易程度以及重要程度，分數的占比劃分也不同。規定考題類型以及不同知識點的可用考核題型。多名教師出多套試卷，期末考試將隨機抽取一套試卷作為終結性考核試卷。

2 課堂教學實施改革

翻轉課堂是一種新興的教學方式，該教學方式主要由課堂教學以及學生自學共同完成，兩個方式的所用學時是一樣的。學生的自學任務主要包括自己觀看教學視頻完成學習內容，課后作業的完成，以及學習內容的檢測。在學生自學過程完成的基礎上，老師根據學生檢測的情況，再針對性地進行教學內容的設計。

2.1 課堂教學內容設計

在教學內容上，不應該僅僅滿足于基礎知識的講解，而是要在此基礎上，將重心放在攻克重點難點上，要擴寬學生的知識面，使學生的理解能力得到提升。課程教學環節主要有包括以下幾個方面：

（1）基礎知識一定要抓牢。基礎知識是課程教學的基礎，在教學過程中屬于前期階段。物聯網工程專業的學生在大三時進行計算機網絡課程的學習，由于這是學生第一次接觸翻轉課堂，而且學習的內容比較難以理解，所以學生可以有一個較短的適應期。學生可以通過自學的方式，對計算機網絡有一個簡單的了解。慢慢地培養自己的網絡邏輯思維能力。

（2）在學生自學之后，可以對未理解的問題進行標注，將所有學生的問題進行集合，反饋給老師，這樣老師就會對學生的學習情況有一定的了解，并在上課的時候針對性地對這些問題進行講解，在講解之后通過互動考察學生的學習情況，還可以活躍課堂氣氛，促進思考的效果。

（3）課堂練習。利用“學習通”軟件，在課堂上布置練習題，并對學生進行現場指導。練習可以加深學生對知識點的掌握，同時通過小組的交流活動可以使學生增進對自身不足的認識，同時學習到其他人身上的優點，使小組成員共同成長。

2.2 課堂教學模式改革

教學過程不是老師的獨角戲，學生是教學的主體，老師只是引導者，老師跟學生是合作關系，所以在課堂教學的過程中，學生應該積極地與老師進行配合，建立良好的課堂學習氛圍。因為多媒體教學的簡潔方便等優點，教師要學會使用多媒體教學，提高課堂教學效率。課堂教學內容要配合一定的教學方法可以達到事半功倍的效果[9]，一般來說，可以通過啟發式教學引導學生思考，講授法講授課堂重難點，實驗法加深學生對計算機網絡課程的學習和理解，練習法可以鞏固學生學習到的知識。

教師注重教學內容與實際運用相結合，除了對知識內容的講解，老師應當鼓勵學生對知識內容進行操作驗證，實踐是檢驗真理的唯一標準，學生在通過動手實驗以后，不僅會加深對知識的印象，同時也會使自己的學習能力得到提升。在學生進行動手實驗的時候，老師要能夠及時地幫助學生解決出現的問題。將教學內容與實際相結合，不僅提高了學生對學習的積極性，也使整個教學氛圍得到提升，學生的知識面也得到增加。

3 結語

計算機網絡課程是物聯網工程專業的重要基礎課程，因此對該課程的持續教學改革具有重大意義。本文將OBE的思想引入到計算機網絡的課程設計中，從課程的大綱修訂和課堂教學改革兩個方面進行了探討。由于教學知識的不斷改變，教學方式也要不斷地改變。因此進行教學改革是十分必要的，教學改革既可以提高學生的學習能力，也可以提高教學的效率，對老師的成長也大有裨益。

參考文獻

[1]徐丹，左欣，滕瑋.基于專業認證的物聯網工程人才培養模式探究[J].科技視界， 2015（35）：50-50.

[2]Atzori L，Iera A，Morabito G.The Internet of Things：A Survey[J].Computer Networks，2010（15）：2787-2805.

[3]肖加清.基于物聯網工程專業特點的人才培養方案研究[J].科技視界，2017，32： 41-42.

[4]Spady William G.Outcome-Based Education：Critical Issues and Answers[M].American Associationof School Administrators，Arlington.1994.

[5]孫清聞，王紅.基于OBD-TC的計算機網絡課程教學改革[J].計算機教育，2019，10：90-94.

[6]朱潔，王海艷，黃海平.基于OBE的數據結構教學改革實踐[J].計算機教育，2019，10：95-98.

[7]楊浩，朱立才，蔡長安，周彩根.計算機網絡在物聯網工程專業中的教學改革與教學資源平臺建設[J].計算機教育，2015，2：56-59.

[8]Maureen L，Glenn P and Michael T.Inverting the Classroom：A Gateway to Create an Inclusive Learning Environment[J].Journal of Economic Education，2000，31（1）：30 -43.

[9]胡建華，周川.高等教育學[M].南京師范大學出版社，南京大學出版社.