基于OBE理念的“計算機網絡實驗”課程教學模式研究

陳振偉 李瑞霞

關鍵詞：計算機網絡實驗；實踐教學；OBE理念

1“計算機網絡實驗”課程的地位

“計算機網絡”是一門實踐性很強的課程，如果只是講授理論，學習和練習課后習題的例子，就不足以深入理解其相關知識。而“計算機網絡”是大多數信息類專業的核心專業課程，在專業培養方案中具有舉足輕重的地位。以理論為主的教學模式并不能夠滿足“計算機網絡”課程的教學，使學生無法深入理解計算機網絡的相關協議，更難以勝任工作崗位中的規劃和設計網絡，進而難以實現對學生網絡思維能力和應用網絡知識解決實際問題能力的培養。因此，“計算機網絡”課程在培養方案中一般會有一門對應的實踐課程——“計算機網絡實驗”，或在“計算機網絡”課程中附加實踐學時。

“計算機網絡實驗”課程側重于應用計算機網絡理論知識解決實際問題，很好地彌補了“計算機網絡”課程理論的不足，著重培養學生的網絡實踐能力。

2傳統計算機網絡實驗教學模式分析

“計算機網絡實驗”課程是在學習了計算機網絡相關理論的基礎上，為深化學生對計算機網絡理論的理解，提高學生的動手能力而開設的，其實驗項目為提高學生的知識應用水平而設計。實驗項目包括交換機的配置、路由器的配置、局域網的連接、網絡的設計、報文的分析、網絡應用服務系統的配置及網絡安全策略的配置等。通過這一系列實驗項目，切實提高學生的實際動手能力，深化其計算機網絡理論知識的理解，培養更多具有網絡工程師水平的人才。

目前，“計算機網絡實驗”課程的開展形式主要有兩種。

一是在實體設備（如路由器、交換機等）上進行操作，通過一系列的網絡配置，實現某項功能。這種方式在一定程度上鍛煉了學生的動手能力，但大多數高校由于經費的限制，且擴招、學生規模增大，無法滿足學生人手一臺設備進行操作。因此，往往分組進行實驗時，不可避免地一部分學生得到了鍛煉，另一部分學生卻沒有完全理解實驗內容。而且往往這些實驗項目是驗證性項目，很難以OBE工程教育理念來培養學生綜合能力，進而學生的能力水平也無法得到及時的反饋。

二是利用計算機機房，借助虛擬化仿真工具來完成實驗項目，基本可以實現學生人手一臺計算機進行實驗操作。目前，計算機網絡實驗常用的仿真工具主要有兩種，一種是思科的packet tracer，另一種是華為的eNSP，報文分析常用的工具為wireshark。這種方式可以通過仿真工具設計規模較大的網絡，讓學生對網絡有更宏觀的認識，而這種設計在實驗室中進行實物組建是很難實施的。授課教師往往會先進行實驗內容的講解，然后會演示實驗操作步驟，這會占用一定的實驗時間，而往往學生的實驗時間是有限的。如果學生課下沒有預習實驗內容，可能對仿真工具、網絡配置命名不熟悉，造成學生很難達到實驗要求。這需要教師對學生進行深入指導，但很難照顧到所有學生。

以上兩種形式均很難達到教師期望的實驗效果，最后導致學生提交的實驗報告千篇一律，實驗內容重復率較高。

3OBE工程教育理念

OBE（Outcome based education，OBE）教育理念，又稱為成果導向教育、能力導向教育、目標導向教育或需求導向教育。OBE教育理念是一種以成果為目標導向、以學生為本，采用逆向思維的方式進行的課程體系的建設理念，是一種先進的教育理念[2-5]。

在“計算機網絡實驗”課程教學中引入OBE工程教育理念，以學生為中心，以學生的學習產出（成果）為導向，強調過程監控，把實驗教學的大部分時間交給學生，提高學生的自主學習能力，強調過程評價，及時反饋，最終實現更好的教學效果。

4OBE理念下的實驗過程

為了落實OBE理念，在計算機網絡實驗項目實施的過程中，切忌以教師為主導，要把主要實踐學時交給學生，以學生為中心，指導教師主要做到實踐項目的目標要求、過程監控、成果（產出）考核，從而提高學生的主動學習能力和創造性思維。要切實打破傳統的“教師帶著學生做，學生被動接受”的實踐課堂模式。具體實施流程如圖1所示。

5實驗教學環節的實施

5.1傳統計算機網絡實驗實踐模式

針對傳統的計算機網絡實驗實踐模式，首先由實驗指導教師講解本次實驗的目的，然后講解實驗的內容。接著學生按照實驗指導教師給出的本次實驗指導書按步驟完成該實驗內容，學生在進行實驗的過程中，實驗指導教師進行過程指導，最后給出本次實驗的總結。

這種實驗教學模式雖然也能完成實驗任務，但由于實驗任務是固定的，項目的設計內容也是固定的，學生很難發揮自己的主觀能動性來進行實驗項目的設計。而且，所有學生完成的實驗任務都是相同的，這會導致所有學生設計的項目幾乎完全一致，也會導致實驗報告內容重復率過高，不利于培養學生的創新性思維。

5.2OBE理念下的計算機網絡實驗實踐模式

為了達成OBE工程教育理念的目標[6]，需要重新設計實驗教學環節，可采用如下流程：（1）課前下達實驗任務，該任務不能是具體的項目任務，準確來說應該是項目的目標。這有利于學生發揮自己的創造性思維來設計實驗內容；（2）講解實驗過程中用到的重要知識內容（該部分大約占10%實踐課日寸）；（3）學生自主進行項目實踐（該部分約占50％實踐課時）；（4）實踐結果考核，對學生的實驗項目完成情況及完成效果進行反饋（該部分約占30%實踐課時）；（5）對完成情況進行總結，反饋（該部分約占10％實踐課時）；（6）課后對學生進行及時線上答疑。

以“計算機網絡實驗”課程中的IPv6實驗項目教學為例，實驗教學方案如表1所列。

在該案例的實施中，具體步驟如下。

（1）提出本次實踐項目的達成目標。該步驟結合OBE產出導向思想，提出本次實驗要完成的實驗項目：利用IPv6技術完成一個網絡的設計并配置該網絡實現其互聯互通。具體要求如下：自行構建網絡拓撲，拓撲中至少包括3個路由器和5個網絡：在構建的網絡上啟用IPv6協議，通過配置實現網絡的連通，IPv6網段自行分配：通過IPv6協議的配置，理解并掌握IPv6的地址特點和配置方法。

（2）強調本次項目所用的知識點。該步驟以回顧的形式用很短的時間強調IPv6的基礎知識。

IPv6擁有三種表示形式。標準形式，由于IPv6地址多達128位，通常是用冒分16進制法表示，即X：X：X：X：X：X：X：X。例如，fec0：ffe0： c512：4ab0：OOOa：aa12：0000：3cc3。壓縮形式，例如，fec0：：ffOc：0：0：elcl或fec0：0：O：0：ffOc：：elcl。兼容IPv4的表示形式，例如，0：0：0：0：0：0：218. 197. 12. 101或：：218.197.12.101。IPv6地址在使用時的格式如圖2所示。

以一個實例的形式，重點強調IPv6地址及路由的配置方法，如圖3所示。

通過課前準備好的實例，可用邊演示邊講解的方式強調IPv6地址和路由的配置方法。整個過程大約需10分鐘完成。

（3）學生自主開始實施實驗項目。

（4）項目成果驗收。在該階段，逐個對學生的項目完成情況進行驗收。

（5）對完成情況進行總結、反饋。該部分對學生完成情況進行總結，對學生項目驗收過程中出現的問題進行反饋，并進行針對性的講解。

6教學改革效果分析

將OBE教育理念貫穿于“計算機網絡實驗”課程教學過程中，自我院“計算機網絡實驗”課程在網絡工程專業2019級和2020級實施以來，學生的整體能力得到了很大的提高，完成度越來越好，提交的報告重復率也大大降低。具體情況統計如表2所列。

通過表2可以看出，按照OBE理念實施教學后，學生在實驗課堂上的完成情況要好很多，絕大部分學生在課堂上能夠達成實驗目標：從最后提交的實驗報告來看，報告的重復率大大降低，相應學生的成績也得到了提高。不過，OBE理念的實施，要求授課教師在課下做大量的準備工作。

7結束語

OBE理念是一種先進的工程教育理念，本文針對當前“計算機網絡實驗”課程教學中存在的問題，在“計算機網絡實驗”課程教學中引入OBE理念，更新教學內容，重新設計教學環節，結合實際開展教學，注重教師的引導作用，發揮學生的主觀能動性，以調動學生的積極性和創造性來達到實驗目的，最終在教學中取得了良好的效果。