基于工程實踐能力培養的計算機網絡課程教學改革

黃鎮建

摘要：隨著新工科建設、工程教育認證等質量工程的實施，計算機網絡課程以實際應用為導向，積極探索符合工科類學生的計算機網絡教學體系，在實驗環境、在線教學模式、創新創業等方面做了一體化的改革，在實踐中培養學生解決工程實際問題的能力。

關鍵詞：翻轉課堂;虛擬技術;實踐應用能力

中圖分類號：G64? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）16-0106-03

Abstract： With the implementation of quality engineering such as new engineering construction and engineering education certification， the computer network course is guided by practical application， actively explores the computer network teaching system that conforms to the engineering students， makes integrated reform in the experimental environment， online teaching mode， innovation and entrepreneurship， and cultivates the students' ability to solve practical engineering problems in practice.

Key words： flipped Classroom; virtual technology;practical application ability

計算機網絡是一門創新十分活躍的課程，是電子、自動化等工科專業的專業基礎課。為滿足國家對應用型人才的需求，計算機網絡課程應以工程實踐應用能力為核心進行一系列教學改革，積極應對地方本科院校向應用型轉型的挑戰。隨著新工科建設、工程教育認證、虛擬仿真實驗項目建設等一系列人才培養質量工程的實施，有必要從教學內容、教學手段、實踐教學、教學資源、考核體系等多個角度出發，對計算機網絡的教學體系進行梳理，以貼近實際應用為導向，探索符合工科類學生的計算機網絡教學體系。電子、自動化等工科專業學生，應該以“會不會用”“會不會解決實際工程問題”作為檢查網絡技術學習好壞的標準，在學習中強化工程實踐應用能力的培養與訓練，不斷提升解決復雜工程問題的能力[1]。

1計算機網絡教學中存在的問題

計算機網絡涉及了計算機、數學、物理、機械、電氣等諸多學科，知識點紛繁復雜，離散性很強，確實難教，學好計算機網絡不是一件容易的事情，只有充分將理論與實踐相結合，教學質量才能產生質的飛躍。學生在理解基本理論的基礎上，需要一些實踐訓練才能具備工程能力，系統掌握網絡施工布線、操作系統、局域網的組建等工程技術[2]。在教學向應用型轉變過程中，我們發現了以下一些問題：（1）傳統的填鴨式教學不能喚起學生的學習興趣，理論與實踐相脫節;（2）硬件設備參差不齊，不能滿足工程實踐能力培養的需要;（3）多操作系統網絡實驗環境較難構建;（4）實踐教學內容與企事業崗位實際需求聯系不緊密。

2計算機網絡教學的改革與探索

2.1探索線上線下的混合模式，將實踐實驗環節融入翻轉課堂

傳統教學模式就是理論知識的簡單灌輸，學生沒有辦法在工程實踐中獲得成就感，從而迷失在枯燥的理論中，失去學習興趣。教學實踐中，將實踐實驗環節融入翻轉課堂，利用線上資源完成實驗內容的講授，充分發揮線上教學的優勢。表1是我們將實踐環節融入翻轉課堂的一個典型應用，教學效果還是很好的。視頻的播放時間一般不超過15分鐘，教師要對內容進行循序漸進的設計。

VLAN技術在網絡中的運用相當廣泛[3]，預習環節，為了完成VLAN的知識點的講授，教師應用一個由單個交換機搭建而成的簡單網絡拓撲，并將基于端口的VLAN劃分相關知識和操作錄制成視頻供學生觀看。上課環節，教師通過一個由兩個交換機搭建而成的網絡拓撲結構進行講述，學生在掌握單交機劃分VLAN基礎上完成跨交換機劃分VLAN。復習階段，通常以微設計作為能力提升過程，給定學生真實的網絡環境，如宿舍、教學辦公區域等，來設計網絡拓撲結構，完成VLAN劃分方案的設計。

2.2按照工程邏輯，重構課程模塊化體系

教學實踐中，我們屏蔽了過于理論和抽象的內容，不再受限于OSI模型，以工程邏輯的思維重構課程模塊體系。首先對計算機網絡相關的基本概念、網絡體系結構進行簡單的介紹;接著對局域網和互聯網關鍵技術——交換機和路由器進行系統的介紹;最后，考慮到學生畢業后可能會從事企事業信息系統的建設，網頁設計、網站管理等內容，輔以一定實例加以普及和訓練。

蒙臺梭利認為，我聽到了，但隨后就忘了;我看到了，也就記得了;我做到了，我就理解了！因此，在課程體系重構中，我們融入“做中學”的理念，講述計算機網絡的基本原理、建網技術、信息服務平臺的建設應用和管理等知識模塊，強調理論與實踐的緊密結合。

2.3使用虛擬技術搭建網絡實驗環境，依托校園網，利用網絡技術上網絡課

學習網絡技術，最重要的是要有網絡環境，沒有網絡環境，一切工程實踐無從談起。計算機網絡的發展十分迅速，一個網絡實驗室的投入少則幾十萬，多則上百萬，實驗室設備跟不上這種發展潮流。如何使學生勇于動手，運用所學的知識設計一個中小型的計算機網絡，在實踐提高他們的能力是我們急需解決的問題，虛擬網絡實驗技術的發展為網絡實踐教學改革提供了新的思路。實踐中，我們使用思科的Packet trace開出局域網的建立、虛擬局域網的劃分、路由協議等實驗。至于WWW、FTP、DNS、E-MAIL等服務器的架設，甚至Linux操作系統則使用vmware虛擬機解決。只要有PC，就可開出計算機網絡實驗，學生即使離開實驗室，仍然有實踐的條件[4-5]。

計算機網絡是一門理論和實踐結合緊密的技術，為了說明網絡中的原理，相關應用在實際中的應用，現場演示就顯得非常重要。我們的通常做法是在計算機實驗室上網絡課，在講述Web應用，FTP、電子郵件、遠程控制、DNS等常見應用時，借助校園網的環境加以演示，演示完學生立即可以練習感知，教學效果特別好。

2.4強化Web信息平臺的建設、網絡運維等項目，滿足用人單位的需要

近幾年，以互聯網為核心的產業形態蓬勃發展，“互聯網+”的創新方式，對傳統行業產生了顛覆性的影響，也催生了很多崗位。很多學生畢業后到企事業單位工作，常常會參與企業信息系統的建設，內容涉及網頁設計、網站管理等知識，盡管不能一一細述，也應該通過一定的模型和工程實例來加以普及和訓練。

針對用人單位的需要，整理Web和FTP、DNS服務器架設等實驗項目，以任務驅動的形式，突出職業能力素養的訓練，為學生走出校門，進入職場，做好充分的準備。這類實驗項目最麻煩的就是實驗環境涉及多操作系統，我們通常的做法應是利用Vmware搭建橋接關系[6]，如圖1所示，這樣學生只要有PC，單機就可以輕松構建C/S的環境，隨時隨地進行練習。

2.5融入創新創業教育的內容，注重學生實踐能力的培養

在教學的課后階段，教師可將創新創業類項目或競賽類項目布置給學生，為選拔學生參加競賽做準備。實踐教學中，我們使用2019年電賽E題來訓練和發現學生：

設計并制作一個基于互聯網的信號傳輸系統。如圖2所示，A和 B兩個終端用于信號的采集， C終端用于信號的輸出。網絡IP 地址自定。 A和 B兩個終端可以獨立實時采集兩路不相關的周期性任意波信號，其采樣率不低于 10MS/s ，采樣位數不低于 8位。在 C終端可以通過手動設置選擇，A或 B終端采集的信號， C終端輸出電阻和負載均為 50 歐姆。

該題目闡明了電子信息類的計算機網絡課程與傳統計算機專業的網絡課的不同，很好地拓展了學生的視野，將電子技術與網絡技術結合到一起，具有非常典型的意義。學生選擇性完成，不做硬性要求，一般能完成的學生都是綜合實力優秀，工程實踐能力較強。

3教學改革效果

表2是2019年度開始實施實驗教學改革，將實踐實驗環節融入翻轉課堂（spoc）之后的一些教學效果，由于剛剛執行了一學期，效果還有待觀察，但明顯看出學生還是進步了。雖然學期成績平均分只提高了2分，但80分人數增加了15人，說明對這門課感興趣的同學增加了，相信經過努力，強化工程實踐能力的培養，一定能順利完成向應用型教學體系的轉型。

2018-2019年，通過計算機網絡課程的學習，學生申報校級大學生創新創業訓練計劃6項，省級大學生創新創業訓練計劃一項，省級攀登計劃一項，參加“挑戰杯”獲校級一等獎一項。2019年學生參加校級“互聯網+”大賽，獲金獎一項，銀獎三項，銅獎三項。學生通過參加這些比賽，鍛煉了工程實踐能力，不斷增強就業能力，獲取創新創業的經驗，啟發創新創業思維。

4總結

在教學實踐中，我們以實際應用為導向，探索符合工科類學生的計算機網絡教學體系，在《計算機網絡》課程的線上教學融入實踐內容、利用虛擬技術搭建實驗環境，“做中學”的理念強調理論與實踐緊密結合，我們在課程中融入融入創新創業教育內容，以任務驅動的形式，強化企事業崗位需求，在實踐中培養學生解決工程實際問題的能力。這些改革措施有利于增強學生就業競爭力，解決學用脫節的問題，助力地方經濟的轉型升級。

參考文獻：

[1] 張望，白英，梁麗芳.面向新工科的高校創新型人才培養路徑探究[J].高教學刊，2019（7）：4-7.

[2] 劉兵.計算機網絡實驗教程[M].北京：中國水利水電出版社，2005.

[3] 楊姝.VLAN技術實驗的設計與仿真實現研究[J].實驗技術與管理，2014，31（3）：114-117.

[4] 黃鎮建，蔡群英.計算機網絡實驗教學的創新[J].實驗技術與管理，2013，30（7）：109-111，115.

[5] 胡元闖，譚曉東，王鳳領.地方本科院校計算機網絡實驗教學改革探索與實踐[J].計算機教育，2018（6）：21-23.

[6] 蔡群英，黃鎮建.搭建網絡實驗環境的探索與實踐[J].計算機與數字工程，2009，37（6）：195-197.

【通聯編輯：王力】