基于CDIO 的《高級路由與交換技術》課程教改實踐

謝俊峰，候婉琪，葛麗娜，羅麗平

（1.廣西民族大學人工智能學院，南寧 530006；2.廣西民族大學社會科學處，南寧 530006；3.廣西民族大學電子信息學院，南寧 530006）

1 傳統《高級路由與交換技術》課程存在的問題

當今世界，智能手機等移動終端快速普及，物聯網和移動互聯網等新興技術不斷成熟，計算機網絡科學與技術在其中扮演越來越重要的角色，已成為支撐社會發展的重要基礎設施，路由與交換技術是其中非常重要的技術之一。

作為網絡工程專業的一門核心專業課，《高級路由與交換技術》有著理論性強、復雜度高、知識點分散、工程性強、發展與更新速度快等特點。目前該課程主要還是采用傳統的理論教學方式，學生在學習的過程中普遍缺乏積極性和主動性，使得教學效果不佳，同時，由于知識理論教學與實踐教學之間處于失衡狀態，學生的實際操作能力往往難以滿足企業對網絡工程專業畢業生的要求。因此，如何適應現階段計算機網絡領域發展的實際需求，實現知識理論教學與實踐教學之間的有機融合一直是教學工作的難點，亟待進行課程教學改革。

2 CDIO工程教育理念

CDIO 工程教育理念形成于2000 年，是在Knut and Alice Wallenberg 基金的資助下由麻省理工學院、瑞典皇家工學院、查爾姆斯理工大學和林雪平大學探索研究后的成果。CDIO 是由構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）與運作（Operate）四個主要內容組成，將理論教學內容與具體的工程項目聯系起來，通過完整參與工程項目從研發到運行整個生命周期，學生可以更加主動地完成課程教學內容的學習，同時從工程基礎知識能力、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力等多個方面提升了學生的綜合素質，滿足“新工科”背景下高等學校人才培養教育教學改革要求。

CDIO 工程教育理念自提出以來，就受到了學者們的廣泛關注，國內外各本科院校和高職院校多次嘗試將其應用于計算機專業相關課程的教學中。2015 年，姚旭東[1]在《計算機導論》課程中探索了基于CDIO 的教學改革；2018 年，林葉郁、林文如[2]將CDIO 應用于大型軟件系統的構建中，設計了案例與項目驅動相結合的教學模式；2019 年，鄭貴省等人[3]研究了如何將CDIO 應用于計算機課程教學中的創客課堂。

CDIO 提倡讓學生在項目構思、設計、實現和運作的實踐過程中主動地進行學習，以不斷提高學生的創新思維能力與實踐能力，跟“新工科”背景下網絡工程專業人才培養目標相適應。因此，本文將研究基于CDIO 的《高級路由與交換技術》課程的教學內容、教學模式和評價體系構建，以全面提升課程的教學效果和人才培養的質量。

3 基于CDIO的《高級路由與交換技術》課程教改的具體措施

3.1 《高級路由與交換技術》課程教改的步驟

本文基于CDIO 的《高級路由與交換技術》課程教改的具體實施步驟如下所述。

（1）在對CDIO 研究的基礎上，結合《高級路由與交換技術》課程教學現狀及學生特點，分析得出目前教學中存在的問題。

（2）對照CDIO 培養學生四種能力的要求，研究優化課程建設的具體措施。針對學生工程基礎知識能力，結合計算機網絡領域各種新技術與新應用，對教學內容進行擴展，進一步開闊學生視野；針對學生個人能力和人際團隊能力，研究“項目導入、任務驅動”的教學模式，由淺入深，循序漸進，讓學生在潛移默化中學會設計和應用計算機網絡系統；針對學生工程系統能力，研究建立綜合全面的考評體系，從實踐能力、創新能力和綜合素養等多方面對學生做出更全面、準確、客觀的考核和評價。

（3）將CDIO 工程教育理念應用于實際的課程教學中，收集學生的反饋信息，并不斷完善課程教學。

3.2 基于工程基礎知識層面的教學內容擴展

《高級路由與交換技術》課程教學內容主要包括路由技術和交換技術的工作原理、特點，以及網絡設備（如路由器、交換機等）的配置、驗證和排錯等操作技能。路由技術部分主要包括路由基礎知識、靜態路由配置、距離矢量路由協議（RIP 和EIGRP）、鏈路狀態路由協議（OSPF 和IS-IS）。交換技術部分主要包括虛擬局域網VLAN、VLAN 間路由（單臂路由和三層交換機配置）、VTP 協議和生成樹協議。近年來，網絡領域不斷涌現出各種新技術，新技術的成熟又促進了新應用的蓬勃發展，而在傳統的《高級路由與交換技術》課程教學過程中，對于網絡領域的新技術和新應用涉及很少，因此需要及時更新和擴展教學內容。《高級路由與交換技術》課程教改中，在系統、全面地介紹傳統路由技術和交換技術基本知識的基礎上，結合網絡領域中的新技術和新應用，將軟件定義網絡（SDN）、信息中心網絡（ICN）、網絡功能虛擬化（NFV）、移動邊緣計算（MEC）、人工智能（AI）、區塊鏈（Blockchain）等學科前沿加入到教學內容中，以進一步開闊學生視野，激發學生探索網絡新技術的興趣，促使其更加積極主動地進行學習。

3.3 “項目導入、任務驅動”的教學模式改革

CDIO 工程教育理念既有別于傳統的課堂式教學，亦不同于傳統的項目式教學，而是將課堂教學與實踐教學融為一體，不僅沒有弱化學科理論教學，反而強調通過項目實踐訓練進一步構建相對完善的學科理論體系。因此，需要基于社會、企業的工程實踐項目設計科學合理的課程教學方案，讓學生“做中學”，以培養高素質的應用型工程人才。

《高級路由與交換技術》課程教改中，采用“項目導入、任務驅動”的教學模式，課程實踐項目安排如表1所示。為了解決由于學生的計算機網絡基礎能力不同而導致的課程教學出現諸多困難的問題，對于同一個實踐項目，會設置難易程度不同的三個子項目，適用于能力不同的學生。

表1 基于CDIO 的《高級路由與交換技術》課程實踐項目安排

在課程的教學環節中，學生以小組為單位（2-4 人為一組），每個組選一名組長；教師以每一講內容為依據提出與其相對應的實踐項目；學生以小組為單位選擇適宜難度的子項目，討論并確定項目方案，對項目進行設計，并在實驗平臺上完成仿真和實現；在項目進行過程中，教師負責課堂組織與答疑，學生通過主動學習完成項目；最后各小組撰寫項目報告，并選派項目主講人匯報項目的設計思路、原理、關鍵技術、實施過程、存在的問題，以及項目總結與收獲等。這種教學模式促使學生以團隊形式完成項目，激發其探究熱情，最大限度調動其學習的積極性，同時培養了個人能力和人際團隊能力。

為了降低基于CDIO 的《高級路由與交換技術》課程教學改革的經濟成本負擔，實踐項目的設計與完成統一采用網絡模擬器“Packet Tracer”，它是思科公司開發的，以其網絡設備為基礎，用于網絡設計、配置、故障排除等的模擬實驗平臺。學生可以利用該模擬器很容易地建立網絡拓撲，實時觀察網絡的運行情況和數據包的傳輸過程，方便學生驗證《高級路由與交換技術》課程理論教學內容。

3.4 綜合全面的考評體系建設

傳統的考評體系不太適合基于CDIO 的課程，在制定《高級路由與交換技術》課程考核方式時，單一考核方式無法真正衡量一個學生的真實水平，應該合理增加項目實踐和實驗在考評體系中的比重，讓學生充分意識到實踐的重要性，采取考核面廣、比例適當的考核方式，加強對學生學習過程和應用能力的檢查與評定，全面考查學生各方面的能力。

《高級路由與交換技術》課程考評體系建設中，把過程考核與結果考核相結合，主要從平時成績、項目實踐成績和理論知識成績三方面對學生進行評價。

平時成績主要由考勤、發現和提出問題、解答他人問題三部分組成。考勤是學生學習態度的一個反映，沒有一個好的學習態度，很難有好的學習效果。發現和提出問題是一個學生創新能力的具體體現，問題是教學活動的主線，是學生吸收知識、鍛煉思維能力的前提，對于激發學生的求知欲和創造力非常有幫助，所以培養其發現問題和提出問題的能力尤其重要。解答他人的問題可以體現出一個學生是否對所學的理論知識進行了深入思考，是否舉一反三，這是學生進行自主學習時必備的一個能力。

項目實踐成績主要由項目完成情況、討論合作情況、項目匯報表現、組內成員評價四部分組成。項目完成情況和組內討論合作表現可以很好地反映出組內成員之間的團隊協作能力和溝通能力，一個小組內部成員之間如果分工明確、各司其職、認真討論、有效溝通，不僅可以很好地完成項目的各項要求，而且對提高小組成員的個人能力也很有幫助。項目匯報是一個學生語言表達能力的重要體現，好的語言表達能力，可以讓其他組學生更容易更清晰了解本組項目實踐的各方面情況，對于成果匯報是非常重要的。組內成員評價可以很明確地反映出在項目完成過程中小組內其他成員對自己工作的認同程度。

理論知識成績主要檢查學生對課程內容的理解和掌握情況，如果學生能夠清晰、準確地表達出所學的知識點，則考核合格，在此基礎上，要鼓勵學生觸類旁通，靈活運用課程教學內容來解決實際問題。

綜上所述，通過表2 所示的考評體系，可以從實踐能力、創新能力、團隊協作能力、溝通能力、語言表達能力、自主學習能力等多方面對學生做出更為全面、準確、客觀的考核與評價。

表2 考評體系中的評價指標及所占的比例

4 結語

為更好地適應新形勢下社會對計算機網絡工程人才的需求，培養具有較高工程實踐能力的學生，本文基于CDIO 對《高級路由與交換技術》課程進行了教改實踐。通過教學內容擴展、“項目導入、任務驅動”的教學模式改革、綜合全面的考評體系建設等多方面的具體措施，從工程基礎知識能力、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力等多個方面提升了學生的綜合素質，完全符合“新工科”背景下網絡工程專業人才培養目標。