OBE理念下的“計算機網絡”課程教學設計

顧軍 姜秀柱 李錫渝

[摘 要] “計算機網絡”是高校計算機類專業的核心課程，對后續專業課有著重要的支撐作用。文章針對現有教學模式的不足，引入OBE理念實施教學模式改革。在確定了知識、能力和素質三方面教學目標的基礎上，反向設計激發學生學習主動性的問題驅動方式教學方法和將抽象知識形象化展示的可視化教學方法，提倡思維能力和實踐能力的綜合培養，并通過多元化考核設計，促進各項教學改革發揮實效。

[關鍵詞] OBE理念;計算機網絡;教學模式;反向設計

[中圖分類號] G640.0? ?[文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）04-0124-04? ? [收稿日期] 2020-04-14

“計算機網絡”是計算機學科的專業核心課程之一，也是重要的專業基礎課程。隨著互聯網技術的迅速發展，“計算機網絡”課程在計算機類專業人才培養體系中的支撐作用越來越突出。這就要求“計算機網絡”課程在教學內容上能夠為學生后續學習網絡新技術提供“無縫”銜接，在教學過程中能夠將知識點和今后的專業應用關聯起來，否則就無法引起學生的興趣和重視，也就無法發揮助力后續學習的前導作用。

一、現有教學模式分析

“計算機網絡”課程的教學設計大多是從構建課程體系入手，以確定達到課程教學目標的適切性。但是現有課程體系的構建是學科導向的，遵循專業設置按學科劃分的原則，強調學科知識體系的系統性和完備性，在一定程度上忽視了專業的動態發展需求[1]，導致課程體系與學習需求脫節。傳統教學模式以教師為中心，學生被動接受知識，缺乏主動性和自主性，很難保證學習效果。教學過程中，教師關注的是教學內容、教學進度和教學手段，追求把復雜問題講得簡單的教學技巧;學生關注的是對知識的理解和接受，尤其是所學知識在后續學習過程中發揮的作用。但是如何有效評價學生的學習成果，尤其是這些成果對于其畢業能力要求的支持度，還缺乏明確的目標導向和有效的考核方式;因此，在OBE理念指導下開展以學生為中心、以成果為導向的課程教學改革與探索迫在眉睫。

二、OBE理念的引入

OBE（成果導向教育，Outcome Based Education）是一種基于學習產出的教育模式，自1981年由斯派迪（William G.Spady）創設以來，受到國內外教育學界的追捧。OBE基本原理是所有學習者均成功（Success for All）[2]。教育者必須對學生畢業時應達到的能力及水平有清楚的構想，然后尋求設計適宜的教育結構來保證學生達到這些預期目標[3]。成果導向教育已成為美國、英國、加拿大等國家教育改革的主流理念，并被我國工程教育改革積極采納。

在OBE教育模式下，教師首先要調研分析學生完成學業時應該具備的能力，確定一個學習目標，設定在該目標下學生能夠達到預期的成果。在此基礎上反向設計教學計劃、教學大綱、考核方式等教學活動。通過學生的學習成果驅動教學過程的持續改進，促進教師不斷優化教學環節、整合教學內容、更新教學方法，從而提高教學質量。

針對傳統教學模式下教師和學生的錯位、課程體系與學習需求的脫節，我們引入OBE教學理念對“計算機網絡”課程教學活動進行重新設計，以保證教學效果能夠滿足學生對后續專業學習的需求。

三、基于OBE的教學設計

（一）確定課程教學目標

課程目標是指課程本身要實現的具體目標和意圖，是確定課程內容、教學目標和教學方法的基礎。“計算機網絡”作為專業核心基礎課程，不但要剖析經典PC互聯網的工作原理，而且要教會學生獨立分析解決復雜網絡工程問題的專業科學方法。因此，本課程的教學既要有知識傳授又要有能力培養，還要激發學生的學習熱情。課程教學目標[4]如表1所示。

（二）改革課程教學方法

圍繞上述教學目標，需要對傳統教學方法進行改進，以適應新的教學需求。改革的基本思路是發揮教師的知識傳播和學習引導作用，促使學生從“被動學習”（passive learning）向“主動學習”（initiative learning）轉變。采取的途徑包括問題驅動式教學、可視化教學、思維能力與實踐能力的綜合培養等。

1.問題驅動式教學。我們選取著名計算機網絡專家和教育家謝希仁教授編著的《計算機網絡》（第7版）作為參考教材，其特點是內容豐富、概念準確、論述嚴謹、內容新穎。不同于傳統的基于教材章節來組織教學內容，我們將計算機網絡相關概念、基本原理和關鍵技術以提問的形式展現給學生，激發學生自主尋找知識答案，自主發現問題、解決問題，并形成學習結果。比如，把教材第1章到第6章的標題分別表述為計算機網絡長啥樣、信號如何在計算機網絡中流動、信道中數據幀怎么到達目的結點、數據包怎么在互聯網中尋路和轉發、如何保證端到端的可靠傳輸、互聯網提供了哪些高層應用，讓學生一目了然地知道需要學習的是什么內容。再比如，在介紹IP地址時，通過為什么需要IP地址，如何表示IP地址，為什么對IP地址分類，為什么要劃分子網，如何劃分子網，為什么要設計可變長網絡前綴，無類別域間路由（CIDR）地址塊怎么劃分子網，路由表項如何匯聚等一系列問題把相關知識點徐徐展開，讓學生既了解到IP地址的前世今生，又循序漸進地學到了相關知識。

在這個過程中，教師必須及時向學生分享自己的專業知識，解決學生的疑惑。認為以學生為中心的課堂上不存在教師講課，是一種錯誤的理解。尤其像“計算機網絡”這樣的專業基礎性課程，教師對學習效果的跟蹤掌控是很重要的，這會影響學生后續學習其他專業課的進度。而且一些原理性的知識是需要以“灌輸”方式根植到學生大腦中的。

2.可視化教學。“計算機網絡”課程中概念繁多，并且都是建立在抽象的理論模型基礎上，在真正的網絡應用中卻看不見、摸不著，只能靠想象，所以憑空理解起來很困難，如數據通信原理、網絡體系結構、網絡協議、路由與交換技術等。把抽象知識可視化，借助圖形圖像等視覺化手段提高知識的可識別性，利用網絡模擬與仿真技術提升知識的直觀性，從而幫助學生正確地進行知識的重構、記憶以及應用。

比如，在向學生講解如何觀察計算機網絡時，我們會指導學生從橫向組網的角度分析硬件設備的組成分類、拓撲結構和互聯方式，也會指導學生從縱向分層的角度分析協議軟件的分層體系、處理對象和交互方式，并通過圖解方式展現橫向互聯與縱向分層之間的聯系（圖1）。隨著學習的進一步深入，相關知識點可以在圖1的基礎上進一步細化，就像知識樹一樣，由簡單到復雜，由稀少到繁茂，有助于學生形成立體化的計算機網絡知識體系。

3.思維能力和實踐能力的綜合培養。以教學大綱為指南的教學模式在促進教學過程規范化的同時，也造成了教學內容的相對固化，再加上教材更新的緩慢，很難及時反映新技術的出現，使得學生普遍反映課堂學習與社會需求脫節嚴重，從而對課程失去興趣。

我們認為，學校教育不應局限于滿足當前人才市場需求和跟蹤新技術發展被動教學組織，而應著手構建“以不變應萬變”的教學模式。為此，在“計算機網絡”課程教學過程中，我們強調系統思維和網絡思維對于理解和分析計算機網絡的重要性，注重對學生的思維能力和實踐能力的綜合培養。

系統思維重視整體思考，要求學生能夠站在系統的高度對網絡的軟硬件功能進行合理劃分，能夠對網絡系統不同層次進行抽象和封裝，能夠根據不同的應用要求合理構建網絡系統架構[5]。網絡思維強調群體之間的交互性和共享性。比如，分層的網絡化系統功能劃分思想，基于協議報文封裝和轉發的數據通信和資源共享方式，以請求/響應為基礎的端設備交互方式等。在授課時一定要講清楚蘊含的系統思維和網絡思維的核心思想和基本方法，并能將這種思維能力用于對當前流行的網絡系統（如云計算、物聯網、大數據平臺）的學習與分析中，提升學生理解網絡新技術的能力，夯實互聯網創新的基礎。

思維是聯系理論和實踐的橋梁，思維方式反映了對理論知識的理解和掌握程度，也對實踐工作有很好的指導作用[6]。我們安排了三個層次的計算機網絡實驗內容，以配合理論教學和思維能力培養，增強學生的學習興趣，激發學習熱情。第一層次，認識真實的網絡設備，能夠搭建簡單的網絡拓撲，并通過配置實現網絡互連互通;第二層次，通過Wireshark抓包軟件分析數據包、解析協議報文、評估網絡狀況;第三層次，通過Packet Tracer軟件完成較復雜的網絡設計與配置，并進行驗證分析。實踐教學的實施過程強調在教師的指導下由學生自主學習相關資料，獨立分析和解決實際問題，完成三個層次的實驗任務。

（三）多元化考核設計

在OBE理念下，通過一次考試決定考核結果的方式過于簡單，難以全面反映學生的學習結果。針對知識、能力和素質三方面預設的課程教學目標，采取多元化方式檢驗學生的學習成果[7]，既關注過程考核，也重視結課考核，重點考查其學習成果是否與預期目標相匹配，如表2所示。

四、結語

針對現有“計算機網絡”課程體系與學習需求脫節的問題，引入OBE理念對計算機網絡課程進行教學改革和探索。從學生的學習需求和畢業要求出發，確定了計算機網絡課程在知識、能力和素質三個方面的教學目標。按照反向設計原則，通過問題驅動方式組織教學內容，激發學生的學習主動性;通過可視化方式將抽象知識形象化，增強授課效果;通過思維能力和實踐能力的綜合培養，提升學生應用知識解決實際問題的能力;通過多元化考核設計，促進各項教學改革發揮實效。實踐證明，OBE理念下對“計算機網絡”課程教學的改革式設計，有助于學生更好地掌握網絡原理與技術，提升學生的自主學習意識及學習熱情，為后續專業課的學習起到很重要的支撐作用。

參考文獻

[1]李志義.成果導向的教學設計[J].中國大學教學，2015（3）：32-39.

[2]Spady W G，Marshall K G.Beyond Traditional Outcome-based Education[J].Educational Leadership，1991（2）65-74.

[3]梁正平，朱澤軒，王志強.OBE導向全程緊張的操作系統教學改革[J].計算機教育，2018（6）：61-64.

[4]孫清聞，王紅.基于OBE-TC的計算機網絡課程教學改革[J].計算機教育，2019（10）：90-94.

[5]顧軍，姜秀柱，李錫渝.基于系統思維的網絡管理課程群建設[J].計算機教育，2018（7）：46-48.

[6]顧軍，姜秀柱.思維能力培養為導向的網絡工程教學體系[J].計算機教育，2015（22）：96-99.

[7]邱劍鋒，朱二周，周勇，仲紅.OBE教育模式下的操作系統課程教學改革[J].計算機教育，2015（12）：28-30，34.