面向新工科的計算機網絡課程案例庫建設探索和實踐

耿海軍 王威 張琪棟 王玲

關鍵詞：計算機網絡；課程案例庫；教學改革；新工科；實踐教學

1 引言

近幾年來，全國高校都在加大新工科建設的投入，在國家有關部門的引導與支持下，制定了一系列措施推進中國特色的高等教育發展。案例教學的改革發展是在國內最近幾年的熱門方向，因其深厚的實踐表現力，被廣泛應用于工科的教學中。將傳統的基礎知識與前沿的技術案例或者典型科研整合成為案例資源，在教學過程中，這種案例教學，幫助學生鞏固了基礎知識，提高了學生的實踐能力，并顯著地提升了教學效果，案例教學實現了理論與實踐深度結合，是培養現代化國家戰略人才的強力手段。目前，全國各高校都在大力發展新工科建設，對現有工科專業的相關實驗課程進行教學改革。計算機網絡是典型的工科課程，培養的人才主要面向工程技術領域，尤其是網絡工程領域。傳統的計算機網絡課程教學注重知識的傳授與理解，并通過仿真實驗平臺進行實驗。但是計算機技術的高速發展要求計算機相關專業及時了解掌握前沿的技術，傳統的教學模式中，教材更新慢，仿真實驗平臺的實驗課程更新慢，內容陳舊。因此在當前信息技術發展的大環境下，傳統的教學方式不能滿足學生的實踐培養要求[1]。當前在新工科建設的背景下，應當以實踐為主，加以理論課程的鋪墊，進行對現有的教學模式進行改革創新，并引入思政教育[2]，對學生的價值觀等進行教育引導，改變當前計算機網絡課程的教學現狀。

2 計算機網絡課程案例庫建設的必要性

19 世紀70 年代，最早的案例教學法應用于高校教育為哈佛大學法學院，借鑒其成功經驗，案例教學也被哈佛商學院于1921 年正式采用。至今為止，西方的案例教學已經發展成熟，廣泛應用于西方發達國家的高校教育中，經過調查研究，西方的教師認為案例教學能夠幫助學生在很大程度上提高學習的效果，提高其學習成績和實踐動手能力。我國于20世紀80年代將案例教學引入國內，最初的案例教學應用于管理科學[3]，1999年大連理工大學建立了國內的第一個案例庫網站。以“新工科”為依托的創新人才培養的教育改革方案是在大力發展“新工科”的大環境下，國家實施新時代人才強國戰略，為了培養新工科人才，實現社會主義現代化強國。國內在工科教學案例創新中也有著不少具有代表性的實例，比如天津大學理學院在2019年從培養“新工科”人才的教育目標出發，提出了新工科背景下多學科交叉創新性物理實驗改革方案[4]，對案例教學如何應用及國內外高校的案例教學的發展現狀，多學科交叉創新性物理實驗課程的改革方案的具體思路和舉措等方面做了詳細闡述。該改革方案將傳統的物理實驗與多個學科的知識結合推動產學研的發展，增加設計多種學科交叉的新型實驗，將為“貫通人才培養”奠定基礎。河南理工大學電工電子實驗中心在2012年提出了依托實驗教學示范中心[5]，構建工程教育實踐平臺，對學生實施工程訓練教育，培養工程技術人才。通過多年的實踐，培養了工科類學生的實踐能力、工程意識和創新精神，增強了的就業競爭力和就業質量，取得了較好的教學效果。計算機網絡課程是一門工科代表性學科，其體現了工科實驗實踐的共性，在提高學生實踐創新能力，培養學生邏輯思維具有突出作用，培養大數據時代下“新工科”人才必須依附于計算機網絡實踐教學這一新興課程及其教學案例庫。

3 計算機網絡課程案例庫建設教學模式的構建

如圖1所示，傳統的計算機網絡課程的教授，主要以理論教學為主、實踐操作為輔[6]。學生在對基礎知識學習的同時，并沒有對知識是如何應用進行深度解讀，理論知識變成了應試知識，在僅有的仿真實驗進行實驗時，也只能完成相對陳舊的實驗[7]，教師對于實驗的指導也是機械式教學，缺乏對企業應用以及前沿的技術了解，不能很好地聯系實際生活，不利于培養學生的興趣，也不能發掘學生的潛力，更不利于學生的邏輯思維的發展。然而，隨著計算機類人才填鴨式的傳統教學，無法引導學生擁有堅實的基礎，也無法幫助學生確立積極的職業觀，故無法與計算機類人才培養目標相適應。為了增強理論與實踐的結合，近年來廣泛提出混合式教學，建立虛擬仿真實驗平臺[8]，加大學生的實踐能力培養，但是實驗平臺的資源是否貼合社會實踐并且能否及時更新主流技術框架項目成為一個不小的挑戰。本文提出的案例庫教學模式，對于案例庫的建設有很高的要求，對于案例庫中的教學案例，要求其具有前沿性、代表性、創新性、普適性。案例庫中的教學案例，必須做到及時更新，并聽取學生的意見以及教師之間的研討及時調整案例庫資源。案例庫的案例資源也必須具有代表性，要求其必須包含企業或者科研中普遍應用的技術。對于學生來說要層次分明地幫助其從入門到精通，幫助其提高對問題進行邏輯分析和解決問題的能力。教師可通過案例教學平臺分析學生的共性問題，幫助學生構建知識框架，掌握實踐技術的要點，解決學生普遍存在的問題。圖2所示為案例教學模式結構圖，案例教學更注重教師與學生之間的交流，教師與教師的交流，應積極推動案例教學模式的發展與進步，使其真真正正地成為學生成長的墊腳石。

3.1 理論學習與實踐應用緊密結合的教學模式

計算機類人才培養的出發點是幫助其全面系統地掌握專業基礎知識與理論框架，在實踐中踐行知識體系的全面覆蓋并培養學生的獨立解決問題的能力。因此，對于實踐應該視其為重中之重。計算機網絡課程教學案例庫的建設既要貼合知識理論，又不能落伍前沿的技術發展，要讓學以致用深刻體現在案例庫的建設中，促進學生理論結合實踐，才能更好地培養專業化的人才。通過案例庫教學充分發掘學生的主觀能動性，讓學生主動去學、愿意去學、趕著去學，顛覆以往被動接受的教學模式。案例庫教學的使用，也將促使學生與教師雙方的交流更為密切，推動著案例教學模式更好的發展，教師從交流中發現學生普遍存在的問題，學生也能夠在交流中全方面地吃透知識。當前面對人才缺口大的市場，培養學生應該借助信息時代的技術手段，增加學生的課堂參與感。教學案例庫的建設好壞直接關系到人才的培養質量，案例庫建設應該立足于實際社會生產與科研方向，全面帶動高校人才培養、專業建設、課程建設，進而從根本上提升教學質量和學科建設水平的飛躍。計算機類教育，需要循序漸進地進行引導，一定要先明白理論，再去實踐摸索，從基礎項目入手到提高再到創新，是一個量變引起質變的過程，案例庫不是攔路虎，不能從開始就是重難點案例，案例庫的建設絕非知識理論的輔助，而是學習成果的展現，因此需要科學建設。在教學中，教師要善于發現問題，及時解決共性問題，提供平等的交流機會與自我分享的機會，引導學生理解理論知識的落腳點在于實踐，實踐的落腳點在于技術的掌握，技術的掌握反映案例庫建設的優越性。在學生對于知識的掌握的同時，也要在實踐中培養其創新精神，并非所有的案例只有一個最優解，鼓勵學生發現實踐中的多樣性與復雜性。案例開發、案例教學與教學案例庫建設是緊密結合在一起的。

3.2 健全案例庫資源條件，提高實踐能力培養的有效性

案例庫的建設是案例教學模式的重中之重，案例庫建設得好與壞關乎學生的實踐能力能否提高。作為工科的教學方式，實踐的背后是學生思維能力的培養，是對理論知識的鞏固與檢驗，案例庫的資源建設關乎著案例教學模式能否成功，也關乎著是否能培養新時代下的人才需求，因此案例教學庫的開發必須由一線工程師或教師進行主導，企業（行業）的典型實踐為基礎，從學生的理論基礎出發，根據不同階段，適度提高案例的難度，以此來提高培養學生的問題解決能力。案例庫的資源也需要根據當前前沿的技術進行調整，這就要求所有的開發與建設的人員必須了解科研的前進方向與現狀。案例庫的素材資源必須是從理論知識，將科研項目、企業項目、網絡的改良引入教學案例庫中，相比于傳統教學模式，案例教學模式需要以學生為核心，將理論知識從傳統教學模式中的主要任務轉變為案例教學模式中的承載者，并以案例為媒介，密切聯系學生，注重學生能力的培養，與學生研討時，發現學生中的共性問題集中解決，并以解決問題為起點，提供學生分享解決問題的機會，促進學生對分析問題解決問題的邏輯思維培養，借助案例教學模式更重要的是推動師生間從過去的主被動關系轉變為協同的合作關系，共同推動案例庫的發展與建設，教師通過案例庫教學幫助學生更為系統地進行知識構建，通過實踐不斷夯實理論基礎，培養解決問題的能力，從而有效地增強學生的專業綜合能力和整體的知識素養。隨著人工智能等新一代信息技術的快速發展，教學案例庫的載體也會隨之發生變化。當前5G時代的到來，案例教學的資源可以更加多樣化，通過數字化技術幫助計算機網絡課程實現更形象立體的呈現，利用人工智能的數據分析方法，將學生的實踐表現進行分析，針對性進行幫助提高從而達到新一代數字媒體教學應有的效果。通過開發與建設系統的案例庫資源，將知識與優質的實踐案例進行結合，不僅有效地將理論知識進行復現，而且通過案教學資源平臺為學生實踐教學進行有力支撐，將優質教育資源進行共享并可以保障教育公平，提高實踐能力的有效性提高，更好地為學生職業規劃提供思路。計算機網絡本身是一門從理論知識出發，以實際的案例去闡述計算機網絡的基本原理的課程，因此，案例庫建設完全符合課程的大綱要求。

3.3 融入思政元素，進一步提升教師教學能力

2020 年6 月，教育部印發《高等學校課程思政建設指導綱要》，強調課程思政建設要在所有高校、所有學科專業全面推進。課程思政主要以培養高水平、高素質的人才核心，在高校各個學科，各個課程，做好課程思政的建設，圍繞國家和區域的發展部目標，結合學校發展和培養的目標，通過各門課程，讓學生觀察事物的發展規律，遵循事物的發展走向，圍繞專業素養，豐富個人的學識，提高思想道德水平，鍛煉思想覺悟。本著立德樹人的綜合教育理念，將思想政治工作融入專業學科建設、專業教學建設、專業知識建設、專業發展建設，教材體系、管理機制體系之中[9]，教師不僅要在知識上進行授業解惑，更要在思想政治上進行引導與答疑，教師不僅要注重學生的專業素養的發展，更要注重學生的個人發展與社會發展相結合與國家的、學校的人才培養目標相結合，幫助其樹立正確的價值觀[10]，在個人發展中明確人生目標。教師的教學能力不僅體現在教授專業知識，所謂聞道有先后，術業有專攻，哲學的思想在各個專業課的教授中也有體現，比如：計算機網絡中的無向圖，一個無向連通圖中的點可以到達圖中任意一個點，然而對于有向圖而言則不一定了，這也無形中帶給我們一則人生的道理，凡事需要懂得創新與進退，有時候無法直接到達我們想要的終點，但或許變通一下，可以達到我們心中的目標。計算機網絡課程思政的實施需要授課的專業教師結合思政教育的優勢，充分挖掘專業課程的特點，才能進一步提高專業課的教學能力。在計算機網絡課程中引入思政元素，這一創新舉動，也可適用于計算機專業的其他課程。所謂育德育才，為此教師需要注重課程思政的引入，落實課程思政的實現，才能達到課程思政的目的。將思政元素融入課程案例庫有利于推動課程思政進一步實施。在計算機網絡教學案例庫中，可以講述我國計算機網絡的發展史，也可以邀請學生作關于前沿技術的報道，也可以對我國堅持創新的IT企業的奮斗史進行介紹，這些都是新時代的“工匠精神體現”，可以激勵學生為自己的人生目標進行奮斗。

4 計算機網絡課程案例庫建設效果評價

學生在學習過程中的各個階段都需要考核，考核結果直接反映了課程案例庫建設的完善性、優劣性。及時地通過考核結果了解學生的實踐掌握狀況，解決學生遇到的實際問題，對學生存在的理論上或者技術上的難題進行點撥和指引。教師提供分享解決技術難題的機會，解決共性問題，加深學生的實踐記憶，也能對課程案例庫的建設的不足作出改進。通過理論+實踐+思政教育的教學模式，教師對其分別對應的考核的成績結果進行綜合分析，測評學生的學習效果。根據學生的實踐完成情況、實踐時長、回答問題次數、調查問卷等指標，研討分析學生掌握情況及時對進度進行調整。將未實施計算機網絡課程案例庫教學的班級與實施班級進行對比，對期末考試成績、實踐項目成績各項指標進行評價，高效地進行教學質量分析。

5 結論

面向新工科的計算機網絡課程案例庫建設，在理論知識學習的基礎上加入案例教學，不僅滿足了學生的實踐需求，更幫助學生將理論聯系實際，通過案例庫的不斷完善，幫助學生在實踐中掌握理論知識與前沿的關鍵技術；思政教育的引入可以幫助學生更好地塑造人生觀、價值觀、職業觀。為學生的職業生涯規劃提供更多的想法與建議，讓學生在學習實踐的過程中明白專業建設的社會意義，未來工作的社會價值，肩負起青年一代的重任，爭做時代的新青年，為社會主現代化建設努力奮斗。