基于CDIO的數(shù)據(jù)通信課程教學(xué)改革

楊平 鄺偉潮 王善進(jìn)

摘要針對當(dāng)前“數(shù)據(jù)通信”課程教學(xué)中存在的問題，將CDIO理念應(yīng)用于“數(shù)據(jù)通信”課程教學(xué)中，提出教學(xué)改革的具體措施。通過翻轉(zhuǎn)課堂、微課、項目驅(qū)動教學(xué)及探究式教學(xué)構(gòu)建知識與實踐兩大學(xué)習(xí)模塊，形成線上與線下相結(jié)合、理論與實踐相結(jié)合的“四位一體”混合式教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，有效提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 CDIO 數(shù)據(jù)通信 混合式教學(xué)

中圖分類號：G642文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.21.017

Curriculum Reform of the Data Communication Based on CDIO

YANG Ping， KUANG Weichao， WANG Shanjin

（School of Electrical Engineering & Intelligentization， Dongguan University of Technology， Dongguan， Guangdong 523808）

AbstractAiming at the current problems in the teaching of data communication， the concept of CDIO is applied and specific methods for teaching reform are proposed. By using flipped classrooms， micro lectures， project-driven teaching and inquiry-based teaching， two learning modules of knowledge and practice are constructed and a "four-inone" hybrid teaching model that combines online and offline， theory and practice， is created to inspire the learning interest and initiative of students and to improve the quality of teaching.

KeywordsCDIO； data communication； hybrid teaching model

“數(shù)據(jù)通信”課程是通信工程的重要專業(yè)課程，在通信工程專業(yè)中起著承上啟下的作用，地位重要，其前承通信原理先修課，后續(xù)光纖通信技術(shù)等專業(yè)選修課程，并且還是部分院校研究生考試的專業(yè)課程?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)通信教學(xué)存在著理論指導(dǎo)與實踐脫節(jié)、多驗證性實驗少綜合性項目性實驗、重填鴨少主動學(xué)習(xí)、師生互動少、教學(xué)內(nèi)容偏離實際、重結(jié)果輕過程、考核方式單一、對學(xué)生創(chuàng)新能力和解決工程問題能力培養(yǎng)不足等問題。因此，對“數(shù)據(jù)通信”課程的教學(xué)改革顯得極為必要。

CDIO是當(dāng)今國際高等工程教育的一種創(chuàng)新模式，以“構(gòu)思-設(shè)計-實現(xiàn)-運作”為主線，將工程教育與工程實踐相結(jié)合。[1-3]其理念是以學(xué)生為學(xué)習(xí)的中心和主體，弱化以老師為主導(dǎo)的傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式。其提倡“邊做邊學(xué)”，亦即“做中學(xué)”為知識獲得的主要途徑，輔以項目式和問題導(dǎo)向型等教學(xué)法，強(qiáng)調(diào)理論與實踐相互結(jié)合及相互促進(jìn)的良性學(xué)習(xí)互動，竭力對傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生們所缺乏的工程實踐能力、團(tuán)隊合作能力與工程創(chuàng)新能力進(jìn)行培養(yǎng)，而這些也正是“數(shù)據(jù)通信”課程教學(xué)目前急需解決的問題。[4-5]

1教學(xué)改革探索

針對“數(shù)據(jù)通信”課程教學(xué)中存在的問題，從CDIO教學(xué)理念出發(fā)，對“數(shù)據(jù)通信”課程的教學(xué)內(nèi)容、理論與實踐教學(xué)體系、考核方式等各個環(huán)節(jié)進(jìn)行了探索。構(gòu)建了基于CDIO理念的“教師課前設(shè)計-學(xué)生在線學(xué)習(xí)-翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)-課后提升總結(jié)”的四位一體教學(xué)模式，在教學(xué)實踐中獲得了良好的成效。

1.1教學(xué)內(nèi)容改革

第一，合理設(shè)計教學(xué)內(nèi)容。一方面，從通信工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)“建設(shè)高水平理工大學(xué)，培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才”為出發(fā)點，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)側(cè)重數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的概念理解與應(yīng)用為主；另一方面，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)與其后續(xù)學(xué)習(xí)專業(yè)課程相銜接，可以提前與后續(xù)專業(yè)課程的教師溝通教學(xué)需求和銜接的教學(xué)內(nèi)容，盡量減少繁雜的數(shù)學(xué)理論推導(dǎo)，突出公式的概念理解和工程應(yīng)用為教學(xué)重點。

第二，更新教材內(nèi)容。數(shù)據(jù)通信技術(shù)發(fā)展日新月異，新技術(shù)和新理論層出不窮。現(xiàn)有教材內(nèi)容往往陳舊、理論性強(qiáng)、抽象枯燥，易打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。因此，適時地引入最新的前沿技術(shù)，可以拓寬學(xué)生的視野，啟發(fā)學(xué)生的思考和求知欲。此外，將實際工程案例引入課堂，能進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和興趣。最后，把教學(xué)內(nèi)容模塊化。先引入整個數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的整體分層架構(gòu)，一個層級即一個模塊，隨后按照模塊來逐個講解，課程最后再把所有模塊串起來組成一個完整的系統(tǒng)，可讓學(xué)生對整門課程進(jìn)行宏觀和微觀上掌握。

1.2理論教學(xué)改革

“數(shù)據(jù)通信”是一門知識面廣、概念雜、復(fù)雜性和原理性強(qiáng)、原理與實踐密切結(jié)合的課程。傳統(tǒng)教學(xué)中，往往以教師作為學(xué)習(xí)的主導(dǎo)，在課堂上教師具有絕對的控制權(quán)，教學(xué)時以課堂講授為主，學(xué)生被動接受知識，再加上教學(xué)手段及教學(xué)考核、評價形式單一，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和學(xué)習(xí)效果皆受到影響。

為解決以上問題，以CDIO理念為核心，將微課與翻轉(zhuǎn)課堂有效結(jié)合運用于“數(shù)據(jù)通信”教學(xué)中，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，積極探索線上線下教學(xué)融合，竭力發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，使之相輔相成。[6-8]建立“教師課前設(shè)計-學(xué)生在線學(xué)習(xí)-翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)-課后提升總結(jié)”的四位一體教學(xué)模式，如圖1所示，輔以實際生活案例、課堂分組交叉討論、啟發(fā)式教學(xué)法、自主學(xué)習(xí)法和課后布置開放性作業(yè)等方法，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性，培養(yǎng)學(xué)生對知識的自主學(xué)習(xí)能力、對所遇到問題的探究能力、合作能力和問題解決能力。

所有教學(xué)活動由教師與學(xué)生兩個主體、線上與線下兩條主線所構(gòu)成，具體包括以下幾方面內(nèi)容：

第一，課前活動主要在線上完成。課前教師需精心設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，并在線上（如，QQ群、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、微信群等）及時發(fā)布教學(xué)任務(wù)。教學(xué)內(nèi)容主要包括：課前需要預(yù)習(xí)的章節(jié)編號、相關(guān)微課視頻資料、PPT課件和所推薦的拓展資料等。學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)清單主要由：本次課需學(xué)習(xí)內(nèi)容及需掌握程度（如，熟練掌握、掌握、熟悉、理解、了解等）、課前作業(yè)、拓展資料調(diào)研等所組成。要求學(xué)生領(lǐng)到學(xué)習(xí)任務(wù)清單后，在限定時間內(nèi)完成視頻資料在線觀看、在線課前作業(yè)、在線小組討論交流等任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺（如，優(yōu)學(xué)院）可精確統(tǒng)計學(xué)生課前視頻觀看進(jìn)度及課前作業(yè)分?jǐn)?shù)等信息。

第二，正式上課在線下教室舉行。教師提前導(dǎo)出網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺中的各項統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并就在線課前作業(yè)主要失分點、在線交流板塊的學(xué)生主要疑問點及重難點進(jìn)行仔細(xì)講解。此外，教師還可以采用基于“以問題為導(dǎo)向和討論式教學(xué)法”等方法來進(jìn)行課堂組織。把所有學(xué)生分成若干組，組織學(xué)生進(jìn)行小組討論與辯論，教師記下小組活躍學(xué)生名字，作為平時成績之一。待學(xué)生討論出現(xiàn)較大爭執(zhí)或討論結(jié)束后，教師及時解惑答疑和總結(jié)知識點，進(jìn)行凝練升華，讓學(xué)生明白怎么做及為什么做，使其知其然而知其所以然。最后，教師布置課后作業(yè)，以檢驗對知識點的掌握程度。

第三，課后活動由線下及線上反饋完成。課后教師通過課中的學(xué)生表現(xiàn)、作業(yè)批閱情況、QQ微信群學(xué)生反饋、線上學(xué)生滿意度問卷調(diào)查等方式，持續(xù)對各階段的教學(xué)活動進(jìn)行經(jīng)驗總結(jié)和教學(xué)優(yōu)化，以形成線上線下教師學(xué)生的良性循環(huán)互動。

1.3實踐教學(xué)改革

CDIO強(qiáng)調(diào)“做中學(xué)”的知識獲取模式，本質(zhì)是理論聯(lián)系實際、理論指導(dǎo)實際、實際驗證理論的具體化。在實驗課程中，如何合理選取實驗內(nèi)容與設(shè)計實驗過程，對“數(shù)據(jù)通信”課程的教學(xué)改革意義重大。

受實驗課時與實驗條件影響，現(xiàn)有實驗往往都是一些驗證性的實驗，難于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、分析解決問題和團(tuán)隊協(xié)作能力，削弱了學(xué)生就業(yè)競爭力?；诖?，有必要重新編寫實驗講義，增添進(jìn)階性實驗和實際工程項目，構(gòu)建軟硬件結(jié)合，“基礎(chǔ)試驗-進(jìn)階試驗-工程項目”及線上線下互補(bǔ)的三維兩面的立體化實踐教學(xué)體系，如圖2所示。這些實驗（項目）可來源于企業(yè)的實際組網(wǎng)項目或案例。多維實驗體系的建立，一方面可以檢驗學(xué)生對基礎(chǔ)知識點的掌握程度和實踐能力；另一方面可以激發(fā)學(xué)生的興趣，讓學(xué)生可以篤行CDIO所提倡的“在學(xué)中做，在做中學(xué)”理念，體驗用所學(xué)知識來解決實際問題所帶來的快樂。

基礎(chǔ)性試驗是一些驗證性實驗，是屬于必做實驗，由學(xué)生在課內(nèi)完成，教師現(xiàn)場檢查考核；進(jìn)階實驗由設(shè)計性實驗構(gòu)成，也屬于必做實驗，其主要來源于課本高階知識點，教師通過線上教學(xué)平臺提前發(fā)布實驗要求與任務(wù)，并鼓勵學(xué)生通過查閱課本及課外書去設(shè)計出實驗方案，并獨立解決項目過程出現(xiàn)的問題，并于課外時間加以實現(xiàn)，實驗課堂內(nèi)只安排時間驗收；工程項目源于實際，屬于選作實驗，是加分項，學(xué)生以小組為單位進(jìn)行，學(xué)生自行組隊并對任務(wù)進(jìn)行分解，通過課外資料查閱、小組討論、團(tuán)隊協(xié)作完成整個項目，并撰寫結(jié)題報告和上臺展示項目結(jié)果。

基礎(chǔ)性實驗由于實現(xiàn)簡單，可由學(xué)生課內(nèi)采用配套硬件直接完成；而進(jìn)階實驗和工程項目由于難度較大，時間跨度較長，可由學(xué)生先用虛擬仿真軟件cisco packer tracer進(jìn)行項目仿真驗證，驗證無誤后，再申請去實驗室采用硬件組網(wǎng)驗證，并記錄實驗結(jié)果。

1.4考核方式改革

傳統(tǒng)考核方式有著單一片面、重期末忽視平時、重結(jié)果忽視過程、重背誦輕探索、重理論忽視實踐、一考定終身等缺點。為避免以上不足，探索平時與期末相結(jié)合、理論與實踐并舉的多樣化考核方式顯得極為必要。從以下幾方面進(jìn)行多樣化考核方式的改革：

第一，探索綜合成績評定的多樣化。為了避免一考定終身的缺點，采取平時作業(yè)、課堂小測、上課表現(xiàn)、期中考試、實驗考核、項目展示和期末考試相結(jié)合的綜合考核方式來評定學(xué)生的最終成績。

第二，加大學(xué)生平時表現(xiàn)在總成績中的比例。傳統(tǒng)教學(xué)考核中往往重視期末成績而忽視平時成績，這造成學(xué)生往往都是考前“突擊式”學(xué)習(xí)幾天，而平時課堂學(xué)習(xí)注意力不集中、主動性不強(qiáng)、師生互動較少等問題，極大地影響了課程的教學(xué)效果。為避免此類問題的發(fā)生，我們把平時成績在最終成績所占的分量提高。具體操作為：不定時安排課堂小測驗，并把小測驗分?jǐn)?shù)計入平時分。此外，還把平時小組討論和課堂回答問題計入加分項。

第三，注重探索性思維的鍛煉。涉及前沿技術(shù)介紹時，給學(xué)生布置前沿技術(shù)調(diào)研報告，給學(xué)生一定時間查閱、收集和組織資料，鍛煉學(xué)生對新事物的探索能力。

2結(jié)語

本文將CDIO教學(xué)理念應(yīng)用到“數(shù)據(jù)通信”課程教學(xué)中，以工程項目為導(dǎo)向，結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)方法，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，積極探索線上線下教學(xué)融合，竭力發(fā)揮兩者的優(yōu)勢。分別就教學(xué)內(nèi)容、理論與實踐教學(xué)體系、考核方式等方面進(jìn)行教學(xué)模式改革探索。在教學(xué)上構(gòu)建了“四位一體”教學(xué)模式，在實踐教學(xué)體系上提出了軟硬件結(jié)合，“基礎(chǔ)試驗-進(jìn)階試驗-工程項目”及線上線下互補(bǔ)的三維兩面的立體化實踐教學(xué)體系。以提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動性與積極性，培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力、合作能力和問題解決能力。

基金項目：基于CDIO的數(shù)據(jù)通信課程教學(xué)改革與實踐（項目編號：201902017）

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