基于新工科理念的計算機網絡課程教學改革研究與實踐

李雙梅，黃承寧

（南京工業大學浦江學院計算機與通信工程學院，南京 211222）

0 引言

自2017年“復旦共識”與“天大行動”以來，新工科教育理念作為全面創新教育工程的新理念、新模式已經引起各界的廣泛重視?！皬偷┕沧R”指出我國高校要加快建設和發展新工科，新工科建設需要加強研究和實踐。新工科專業是相對于傳統工業專業而言，主要是指新興產業的專業，以互聯網和工業智能為核心，包括大數據、云計算、人工智能、物聯網、虛擬現實等相關工科專業，這些新興的科技技術深刻改變這人們的生產和生活方式，新工科教育理念是發展工程教育發展的新思維、新方式。相對于傳統的工科人才，新興產業和新經濟需要的是實踐和創新能力強，具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才。計算機網絡是物聯網、大數據、人工智能、智能制造等的基石，為滿足“互聯網+”環境下社會對于新工科人才的迫切需求，這就要求各高校要高度重視《計算機網絡》這門計算機類本科專業基礎課程的教學，以服務于新工科的思想，高度重視并不斷優化和調整《計算機網絡》課程教學[1]。

1 《計算機網絡》課程特點及現狀

《計算機網絡》是通信技術與計算機技術交叉融合的一門學科，其內容涉及到很多復雜的相關網絡概念、協議原理和技術理論等，要掌握這些知識需要學生在學習過程中做到前后貫通并綜合理解，這就給學生學習帶來了挑戰。為了讓學生掌握這些理論知識，教學活動往往以教師授課為主，形式相對單一，不能充分調動學生的學習積極性，教學效果不甚理想[2]。另外，《計算機網絡》是一門應用性很強的課程，它的實踐知識和理論知識同等重要，因此在本科教學中各高校制定該課程的教學計劃時一般設置較多的學時，例如我校設置總學時數為64學時，其中理論48學時，實踐16學時。但是網絡課程不僅知識龐雜，應用廣泛，而且新技術不斷涌現。以往的以教師為中心的教學方法和以課堂為主的教學形式不能很好地適應新工科理念中“以學生為中心、成果導向、質量持續改進”的工程教育認證理念[3]。因此，需要進一步的改革。

2 教學改革

新工科理念下的教學目標應該是要培養能夠適應社會發展和未來的卓越工程人才，在教學過程中應該將終身學習、個性化學習融入課程中[3]。為此，筆者對本課程進行了教學改革，主要從以下三個方面著手：教學內容、教學模式和方法、考核方式。

2.1 教學內容優化

計算機網絡的理論知識龐雜，而且應用廣泛。在新工科理念指引下，應用型本科應該更注重學生的實踐應用能力，以培養卓越工程師為目標。這意味著計算機網絡的教學或者說學習，不應是單純的理論知識或者應用知識，應該做到理論先行，實踐并進，兩者有機融合，相輔相成。

盡管網絡的新技術不斷涌現，但是計算機網絡的基本理論，包括體系結構和相關基本協議仍然是學習的重點，有了基本理論的支撐才能更迅速的學習新技術[4]。計算機網絡的教材一般按照網絡體系結構自上而下或自下而上進行組織，例如謝希仁老師的計算機網絡教材采用的是自下而上結合了OSI七層參考模型和TCP/IP協議體系結構而形成的五層理想模型，便于讀者掌握網絡的基本理論。自下而上分別是：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、應用層[5]。在這部分基礎理論的教學設計中將應用與理論進行結合，根據教學內容的不同采用不同的教學方法，例如學習物理層、鏈路層、網絡層時需要介紹這幾層通常使用的物理設備：雙絞線、水晶頭、交換機、路由器等，可以采用實物教學法，讓學生有感官的認識。在學習網絡協議（例如TCP/UDP）時，可借助網絡軟件 Wireshark，模擬器 Cisco Packet Tracer等進行協議的分析等。在具體學習各部分內容時，通過豐富的多媒體軟件制作形象的PPT動畫幫助學生理解抽象的概念。為了達到培養卓越工程人才的目標，設計了以下實驗幫助學生理解所學理論知識在實際場景中的應用。通過理論指導實踐，在實踐中引導學生們反過來理解理論。具體實驗如表1所示，在各章節理論教學時穿插實驗教學。

2.2 教學模式和方法

為貫徹以學生為中心、成果導向、質量持續改進的工程教育認證理念，需要對以往以教師為中心，課堂為主的教學模式進行改革，以調動學生學習的積極性。根據我院實際教學情況，探索了以課堂教學和慕課相結合的線上線下混合式教學、項目化實踐教學以及與網絡認證相結合的三位一體的教學模式。

表1 實驗教學內容

“與網絡認證相結合”是指鼓勵學生參加網絡技術認證考試，以考促學。例如NCRE網絡技術三級考試；Cisco和華為的網絡工程師認證等。這類證書有比較高的社會認可度和含金量。通過這些考試可以提高學生的綜合素質和增強其就業競爭力，但是取得證書并不是最終目標，更重要的是通過在考取證書的學習過程中學生可以將理論基礎和實踐水平提升到一個新的高度。

“項目化實踐教學”是指：課程綜合實踐教學部分，依托校企合作企業制定與實際工程項目相關的內容，提供學生拓展學習，了解網絡知識的工程化應用。

混合式教學線上部分主要依托“超星”在線教學平臺，課程開始前教師提供教學大綱、教學計劃、參考資料、課件等等上傳平臺供學生了解課程概況。課程開始后的混合式教學模式將整個教學分為三個階段：課前、課中和課后。課前，教師提前一周上傳課程導學、布置學習任務、重點知識講解、自測習題等供學生預習；課中組織學生集中學習、討論。這部分依據教學內容不同可以是重點知識再講解、組織討論、習題答疑等。課后，學生完成相應練習或實驗報告，對所學知識進行復習總結。

圖1所示為以實驗課為例的混合式教學流程。對于實踐課，通過引入Packet Tracer等模擬器軟件，解決了學生實驗受環境限制的缺陷。學生只需要擁有一臺電腦即可進行實驗，因此可以使用線上線下混合式教學方式。課前，教師通過“超星”平臺布置實驗任務，并上傳基本的操作演示；學生自主學習。課中也就是線下課堂，教師組織學生討論、答疑、點評學習情況；對于學生而言，由于已經進行過課前有效的預習，可以有針對性的提問或展開討論，進而高效地完成實驗內容。課后，要求學生完成實驗報告，歸納總結本次實驗中所用的工程及理論知識，以思維導圖的形式展示。將實驗報告和歸納知識在線上提交，并進行互評；教師再給予點評。

圖1 線上線下混合式教學模式

通過這種混合式教學模式，可以提高學生自主學習和獨立解決問題的能力，引導激發學生會思考、善學習的特質。

2.3 考核方法

為激發學生學習的主動性和積極性，避免考前臨時抱佛腳的學習方式。本課程采用重過程的多維度考核方法，分為三個部分：平時成績、期末成績和附加成績。平時成績包括：出勤、實驗和作業、課堂表現、階段性測試。附加成績包括：網絡技術認證考試證書、網絡相關競賽獎項以及網絡相關MOOC學習證書等。制定詳細的評價分值，其中期末成績最高占60%。通過這種考核方式有效地杜絕學生平時學習懶散，期末突擊的行為。

3 教學改革成果

本教學改革從2019年開始，歷時兩個學期，改革前后通過對比學生的期末考核成績，發現改革后學生（84人）的通過率提高了3%。另外，學生考核為優良的比例得到了提高。

4 結語

本教學改革立足于新工科教育理念，以培養卓越工程人才為目標。通過對教學內容、教學模式、考核方式進行優化改革，學生學習網絡的積極得到了普遍的提高，并取得了一定的成績。但是教育教學是一個持續改進的過程，后面仍將持續關注，以學生為中心，提升課程品質，提高新工科人才培養質量。