金課背景下“計算機網絡”課程教學改革與探索

趙開新，呂書波，馬同偉

(河南工學院 計算機科學與技術學院，河南 新鄉 453003)

0 引言

“金課”的概念最早由教育部陳寶生部長在2018年6月21日召開的中國高等學校本科教育工作會議上提出。陳部長向全國教師號召：消滅“水課”，建設“金課”。教育部高等教育司司長吳巖指出，“金課”就是一流課程，其評價標準為高階性、創新性和挑戰度。要打造高階性、創新性和挑戰度的“金課”，必須從學生實際出發，以學生為中心，充分利用信息化技術，推進課堂教學模式改革。“計算機網絡”是計算機、通信專業的專業基礎課，由于網絡協議較多，概念較抽象，原理較復雜，網絡新技術不斷出現，傳統教學模式難以達到滿意的教學效果，因此改進傳統“計算機網絡”課程教學現狀，探索打造“計算機網絡”“金課”的教學方法，顯得尤為緊迫和重要[1]。

1 “計算機網絡”課程教學存在的問題

“計算機網絡”課程的重點內容主要包括：計算機網絡的概念、計算機網絡的體系結構、數據交換方式、物理層、數據鏈路層、局域網、以太網、交換機工作原理、網絡層、IP協議及IP分組格式、IP地址及相關技術、路由器工作原理、傳輸層、UDP和TCP報文段格式、TCP傳輸機制以及各應用層協議的工作機制。“計算機網絡”課程涉及知識面較廣、原理性強、知識點較抽象、并且新技術層出不窮。

“計算機網絡”課程要求學生掌握理論知識，并具備根據現實環境設計、組建和管理網絡能力。課程通常設置為理論課程和實踐課程。在理論課教學過程中，教師采用課堂理論知識講授，并通過模擬器對網絡原理進行演示，加強學生對原理的理解，但是隨著云計算、邊緣計算、軟件定義網絡(Software Defined Network，SDN)等新技術的出現，需要在“計算機網絡”課程中植入這些網絡新知識、新概念，以激發學生的學習興趣，提高學生未來就業的競爭力。隨著網絡新技術的迅速發展，“計算機網絡”傳統的教學模式難以滿足“兩性一度”的課程評價標準。因此，探索“計算機網絡”課程的教學改革顯得尤為重要。

從當前金課建設背景出發，對河南工學院計算機科學與技術學院物聯網17級本科生從“高階性”“創新性”“挑戰度”3個方面進行了“計算機網絡”課程改革，取得了一定的效果[2]。

2 改革“計算機網絡”課程，體現“高階性”

課程的高階性強調知識、能力、素質的有機融合，注重培養學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維。指導學生參加教育部和企業舉辦的各類網絡競賽，以及在教學中融入思政元素，拓寬了學生的知識面，實現了學生知識、能力、專業素質和政治素質的有機融合，培養學生從網絡設計、到網絡部署、再到網絡安全管理的綜合能力，打造純凈的網絡環境，培養德才兼備的優秀學生。體現“計算機網絡”課程的“高階性”[3]。

2.1 以賽促學，增加課程難度，提升學生技能

河南工學院計算機科學與技術學院教師積極組織學生參加全國大學生網絡競賽和新華三、華為等公司組織的大學生網絡大賽。網絡競賽之前，教師先分模塊對學生進行競賽的內容做專題培訓，然后通過理論考試，現場網絡設計、配置等來選拔優秀學生參加大賽，這種以賽促學的方式，能夠增加課程的“高階性”，提高學生的學習興趣和競爭意識，增強學生把課本內容應用到實際網絡環境中的能力。2019年在河南省新華三杯大賽中，河南工學院計算機科學與技術學院物聯網17級學生獲得河南省一等獎2個，二等獎7個，隨后在全國新華三杯大賽中河南工學院計算機科學與技術學院物聯網17級王春一同學獲得全國二等獎。

2.2 在教學內容中融入課程思政元素

習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調，“要用好課堂教學這個主渠道，使各類課程都要與思想政治理論課同向同行，形成協同效應”，構建全員、全程、全課程育人格局。對于“計算機網絡”課程而言，不僅要使學生掌握計算機網絡的知識和技能，而且要樹立正確的價值觀和人生觀，自覺維護計算機網絡安全，不利用自己的網絡技能和手段，鉆法律漏洞，獲得不義之財，要利用自己所學知識和技術，網絡同不法分子做斗爭，利用網絡傳遞正能量，共同維護健康和諧的網絡環境。

3 改革“計算機網絡”課程，體現“創新性”

課程的創新性要求課程內容具有前沿性和時代性，教學形式體現先進性和互動性，學習結果具有探究性和個性化。通過在“計算機網絡”課程中補充網絡新技術，體現課程的前沿性和時代性，通過采用線上線下混合式教學和PBL教學法(Problem-Based Learning Method)，使學生學習形式多樣，線上線下師生互動性強，體現了以問題為導向，以學生為中心，培養學生自主學習能力和探究能力，提高學生的參與度。體現“計算機網絡”課程的“創新性”[4]。

3.1 課堂中增加網絡新技術、拓寬學生知識面

隨著物聯網、大數據和云計算的飛速發展，邊緣計算、SDN網絡新技術紛紛出現，在傳統網絡中，網絡設備幾乎都是物理設備，而SDN網絡中除了傳統的物理網絡設備外，還涉及很多虛擬化網絡設備，傳統“計算機網絡”課程里很少涉及這方面的知識和技術，因此，可以在“計算機網絡”課程中，植入一些網絡新技術，比如SDN網絡和云計算技術等，以拓寬學生的知識面，為學生的課程創新打下良好基礎，體現了課程內容的前沿性和時代性，河南工學院2019年修訂了過去編寫的“計算機網絡”教材，專門增加了一章SDN網絡。

3.2 線上線下混合教學

“計算機網絡”課程線上線下混合式教學的基本思路是：教師錄制各章節知識點做成小視頻，上傳到網上學習平臺，學生首先利用平臺上的視頻、課件和試題完成自主學習和討論，課上教師針對學生的試題完成情況和有爭議的討論進行詳細講解，并回答課程難點和疑點，有針對性地解決學生難以理解的知識點，實現老師教為中心向學生學為中心的轉變。

在課前，利用網上學習平臺讓學生自主提前學習基礎知識，以便課堂上可更多地進行師生互動、解決學生在自學過程中遇到的難題。此外，還將“計算機網絡”課程中一些協議的邏輯工作過程，如TCP協議的握手過程、ARP協議的工作過程、DHCP協議的工作過程等一些使用傳統語言描述，或者PPT展示無法短時間內讓學生迅速理解的知識點，以互動動畫等方式進行呈現，使學生能更加生動靈活地理解協議的交互過程和原理，提高教學效果。

課堂上，設計多種互動環節，將以教師為主的課堂變成以學生為主的課堂，充分發揮學生發散思維，將學生線上所學的相關知識，進行展示和討論，鼓勵學生走上講臺，擔當教師的角色，講述一些難點疑點，然后教師根據學生的講述結果，來進行完善和補充，實現課堂以學生為主體地位，教師為輔助地位，線上線下混合式教學能提高學生的表達能力，使學生形成獨立思考能力，體現了教學形式的先進性和互動性，

3.3 采用PBL教學法

PBL教學法是以問題為導向的教學方法，是以學生為中心的教育方式，在教師的引導下，“以學生為中心，以問題為基礎”，采用小組討論的形式，學生圍繞問題獨立收集資料，發現問題、解決問題，培養學生自主學習能力和創新能力的教學模式。教師在網上平臺學習通中，給學生布置PBL任務，并將學生分為若干個小組，每組設置一名組長，組長負責把任務拆分成各個模塊分給小組成員，組內成員圍繞指定模塊發表自己的見解，組長總結小組內討論結果，并指派本組中的成員，參與小組之間辯論，這種分組討論式教學方法，將學生由傳統教學模式中單一聽講、被動接受灌輸的被動地位，轉化為主動學習、分析、總結的主體地位。充分體現了以學生為主體的理念，有利于學生的團隊合作能力、語言表達能力和思辨能力的培養和提高，使學習結果具有探究性和個性化。

4 改革“計算機網絡”課程，體現 “挑戰度”

課程的挑戰度是指課程有一定難度，需要跳一跳才能夠得著，這對老師備課和學生課下學習提出了較高的要求。

以“金課”考核標準為基準，以提高學生綜合分析和應用能力為目標，結合“計算機網絡”課程的性質和特點，建立形成合理的過程化考核評價機制，真正做到即兼顧基礎知識，又突出實踐能力的考核評價機制。考核方案中除了期末的考試成績，增加線上學習和討論問題情況、課堂上互動情況和綜合項目完成情況，突出基礎知識、分析問題、解決問題和團隊協作能力相結合的考核方式。從企業聘請工程師、結合高校的專家，形成專門的考核小組，對學生進行考核評價，提高課程考核的“科學性”和“挑戰度”，增加學生平時學習課程的主動性和積極性，增強學生的實踐能力和創新意識。

5 結語

利用信息化技術，創新教學方法，通過不斷豐富和充實教學內容，不斷改進與完善考核評價機制，打造“兩性一度”的“計算機網絡”金課，改革后的課程已經應用于河南工學院物聯網專業2017級本科學生，實踐證明，改革后的“計算機網絡”課程能提高學生的學習興趣，增強學習的主動性和積極性，提高學生的創新意識和實踐技能。