面向“金課”建設的計算機網絡課程教學體系改革研究

趙璠 孫永科 張宏偉 王曉林 熊飛

摘要：信息技術作為我國目前及未來一段時間內，產業結構轉型升級的主要支撐技術，相關專業合格人才的培養顯得尤為重要。計算機網絡作為信息技術專業的專業核心課程之一，由于課程內容具有較強的理論性、邏輯性、抽象性和實踐性，通過傳統教學過程無法保證大多數學生達到應有的學習效果。因此，依托教育部提出的“金課”建設工程，比對所提出的相關標準，結合課程內容特點和長期教學實踐經驗，分別從理論教學體系、實驗教學手段和教學方式等角度提出了全方位教學改革方案。經實際教學實踐驗證，這樣調整后能明顯提高學生學習效果、自主學習能力和依托理論知識獨立解決問題能力。

關鍵詞：金課;計算機網絡;理論教學;實驗手段;混合教學手段

21世紀以來，隨著以物聯網、大數據和人工智能為代表的現代信息技術的飛速發展，以及“互聯網+”被明確作為國家產業升級的戰略方向，整個經濟社會發展的數字化進程加快，計算機技術成為推動經濟社會發展的最具有創新活力的手段。同時，為貫徹落實在新時代下的全國高等學校本科教改要求，教育部于2018年印發《關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》（教高函〔2018〕8號）[1]，明確提出各高校要把教學改革成果落實到課程建設上，全面梳理各門課程的教學內容，淘汰“水課”、打造“金課”，合理提升大學生的學業挑戰度、增加課程難度、拓展課程深度，切實提高課程教學質量。

“計算機網絡”課程作為計算機和信息化類專業的核心課程之一，同時也是現代信息技術體系中的關鍵技術之一，該課程教學效果的好壞將關系到信息技術類畢業生適應現代社會的能力。因此，對照教育部“金課”建設工程的相關要求，根據計算機網絡課程的內容特點和長期教學實踐的經驗總結，分別從理論教學體系、實驗教學手段和教學方式等角度提出了全方位的教學改革方案，以期為提高學生的學習效果和創新能力奠定基礎，使他們在進入社會后能更好適應社會新的人才需求，并為我國如火如荼的產業轉型升級提供人才保證。

1“金課”的基本內涵和外延

從教育部文件給出的“金課”概念不難看出，只包含有“挑戰度、難度、深度”等幾個判斷標準，未給出明確定義和其內涵、外延，因此許多高等教育研究工作者就其進行了廣泛的討論。湯曉蒙等[2]從與傳統精品課程建設對比的角度認為，“金課”從字面上就可以看出是含金量高的課程，其具有高階性、創新性和挑戰度的特點，凡是符合教育教學規律，為專業人才培養目標和規格所必須，能夠較好地完成課程教學目標，促進學生全面發展的課，都是“金課”;吳銀銀[3]從“金課”建設的理論基礎分析中，提出建設“金課”就要改變以往輕松教學路線，通過有難度、挑戰度的教學豐滿課程內容，以提升教學效果;劉斯文等[4]認為“金課”是指課程質量高的課程，但這個“高”不是一成不變的，而是要隨著教育目標、培養方案的不斷變化而不斷分化才能實現;湯智等[5]從學生學習效果的角度出發，認為“以學為中心”是“金課”范式的基本特征，使教學從“教”到“學”的轉變是其重要本質;真正把“水課”轉變成有深度、有難度、有挑戰度的“金課”。

從上述討論中不難看出，“金課”概念具有寬泛的定義，其中包含了多維的要求，究其核心從“教”的角度就是要重整教學內容，突出教學重點、拔高教學深度，同時還要創新教學手段以服務于教學質量的提升。因此，圍繞“金課”建設的要求，將其運用至計算機網絡課程教學中，具體從理論教學、實驗教學、教學手段等方面進行相關教學改革。

2 基于科學發展史的理論教學體系改革

在我國本科階段的培養方案中，計算機網絡課程是計算機和信息化類的專業核心課和其他相關專業的專業選修課，教學內容以計算機網絡的體系層次結構為邏輯展開，主要講述物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層的主要工作邏輯和相關協議設計思路。計算機網絡課程的難點知識點主要包括：分組交換技術、局域網工作原理、TCP/IP協議工作原理和應用層各協議工作機制等。這些知識點都具有共性學習特點，一是研究對象是抽象的計算機通信過程、二是無其他相類似課程幫助理解和記憶。

從計算機網絡知識體系中的重要理論來看，其產生和發展都經歷了“發現問題—〉思考問題—〉解決問題—〉升華理論”的誕生過程，例如CSMA/CD協議就是為了克服利用公共線路進行點對點通信時極易出現的沖突問題而研究產生的。然而，目前可查到的計算機網絡課程教材，其內容幾乎都是圍繞計算機網絡體系層次結構的邏輯層次進行編寫，圍繞這一內容結構組織的教學主要介紹各層所涉及的知識點，這樣學生通過面授后只了解了每個知識點的內容，以及和同層其他知識點之間的聯系，無法深入掌握各知識點特別是重要知識點的內涵，就容易導致學生在考核時不會變通而丟分、在實際應用時知識儲備不足。因此，要解決這一問題，就需要在理論教學階段，從傳統按照邏輯體系組織的結構，調整為在講解重點知識點時著重強調其產生背景及演化過程，幫助學生更好地理解該知識點的技術細節，這便是基于科學發展史的理論教學體系改革。

有相關研究[6]也表明，將科學的歷史和科學的本質聯系在一起，這樣能進一步有助于學生：理解所有的科學定理都不是最終真理，在原則上還有變革和改進的空間，但一些基本概念已經過大量實驗和觀察的證實，在未來不可能有大的變化;了解當通過實驗、模擬對研究對象的解釋時，若遇到與已有結論不一致的新證據時，就需要更新相關概念;認識到由于缺乏大量全面的實驗結果，不同研究者對同一對象得出不同解釋是正常的，這種分歧會隨著研究的深入而逐漸消除;意識到對已有科研成果還需加以包括審查、檢驗、找錯在內的評價分析。

3基于虛擬仿真的實驗教學手段改革

計算機網絡課程的知識體系抽象性和實踐性較強，學生單純依靠理論教學所掌握的點狀知識體系，是無法深入地理解整個網絡系統的實際運行過程，這就需要配合實驗教學進行彌補。傳統計算機網絡實驗教學需根據上課學生數量配備一定規模的路由器、交換機以配合網絡通信過程的分析，而隨著高校擴展和實驗室建設經費緊張等因素，很難做到一人一機的實驗環境，此外，網絡技術的迅速發展，也使得高校計算機網絡實體實驗室的建設無法持續滿足課程實驗內容的要求。因此，利用虛擬仿真技術支撐計算機網絡課程的實驗教學就成為最佳方案。