“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術”課程教學改革實踐

摘要：本文就改進“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術”課程教學提出了一系列措施，并結合新工科人才培養(yǎng)理念進行了探討。首先，通過思政教育與課程內(nèi)容的融合，引導學生關注科技發(fā)展對社會和個人的影響，并培養(yǎng)正確的價值觀和工程倫理觀。其次，緊密關聯(lián)理論知識與實踐，提升學生的實踐和動手能力。此外，及時補充產(chǎn)業(yè)動態(tài)和前沿技術，更新教學內(nèi)容，培養(yǎng)學生的前瞻性思維和創(chuàng)新意識。最后，采用多樣化的教學形式和方法，創(chuàng)造積極互動的學習環(huán)境。通過這些措施，優(yōu)化教學內(nèi)容，加強理論與實踐的銜接，培養(yǎng)學生的思辨能力和創(chuàng)新能力，使其成為適應現(xiàn)代科技發(fā)展需求的新工科人才。這些改革措施對于提高“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術”課程教學的質(zhì)量和效果具有積極的促進作用。

關鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術；教學改革；思政教育；工程思維為導向；新工科建設

一、引言

為應對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革所帶來的重大挑戰(zhàn)，教育部于2017年積極推進“新工科”的建設和持續(xù)深化，旨在超前布局相關新興、新型、新生核心領域的專業(yè)建設與高素質(zhì)復合型工程科技人才的培養(yǎng)，以為我國未來科技創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)升級、經(jīng)濟發(fā)展、國際競爭力提升等提供不竭動力^[1-2]。其中，教育部也明確了“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術”課程是面向“互聯(lián)網(wǎng)+”課程體系下的重要組成部分^[3-4]。

然而，現(xiàn)有的“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術”課程主要采用以知識講授為主的教學方式，存在一些問題，包括思政元素與課程內(nèi)容契合度不高、理論學習與動手實踐結合度不夠、產(chǎn)業(yè)動態(tài)與前沿技術介紹不足等，難以滿足“新工科”教育理念下的人才培養(yǎng)目標。許多學生由于缺乏工程實踐經(jīng)驗，難以準確理解互聯(lián)網(wǎng)體系架構及其各層處理機制，對于各類復雜協(xié)議的問題、應用場景、具體操作以及流程等方面缺乏清晰的認識，導致“學以致用”的效果不佳。

為解決這些問題，本文從“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術”課程的知識特點出發(fā)，結合“新工科”教育理念^[5]，提出了一套教學改革方案。該方案主要包括優(yōu)化教學內(nèi)容、增加實際案例分析以及強化模擬系統(tǒng)調(diào)試等措施。通過將立德樹人和知識理論與具體實踐緊密結合，旨在引導學生樹立正確的價值觀與良好的職業(yè)素養(yǎng)，加深學生對相關協(xié)議體制和細節(jié)的理解，并提升其分析和解決復雜工程問題的能力。同時，該方案也旨在激發(fā)學生的學習興趣，提升“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術”課程的教學質(zhì)量和效果。

二、現(xiàn)有不足分析

“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術”是一門與其他理論課程不同的課程，它主要圍繞TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）協(xié)議體系開展教學。這門課程的核心內(nèi)容是講解一個復雜工程系統(tǒng)的體系架構和運行機理，涉及不同層次上多個實體之間的交互關系和約定操作，具有鮮明的工程實踐特點。在學習這門課程時，學生需要首先了解所學協(xié)議的提出背景和設計初衷，才能對其技術細節(jié)和處理流程進行深入理解。然而，目前該課程的教學方式存在一些問題：

（一）思政元素與課程內(nèi)容契合度不高

工科類專業(yè)課往往更注重專業(yè)知識的傳授，而在思政元素方面存在一定不足。在課程設計中，需要更加重視思政元素的引入，并合理安排示例的比重、融合度和多樣性。同時，還應根據(jù)具體課程內(nèi)容，全程貫穿立德樹人理念，有針對性地引導學生形成正確的價值觀，增強工程倫理意識，養(yǎng)成職業(yè)道德規(guī)范，培養(yǎng)科學研究精神。只有這樣，才能使思政元素在教學中恰當?shù)匕l(fā)揮作用，促進學生成長和全面發(fā)展。

（二）理論學習與動手實踐結合度不夠

當前的教學內(nèi)容按照TCP/IP協(xié)議棧的分層模型進行組織，整體邏輯清晰且內(nèi)容豐富。然而，有一些問題仍需要解決。首先，工程背景介紹較少，這使學生很難將抽象的協(xié)議工作流程與實際運行情況聯(lián)系起來。其次，應用案例對應的實例較少，缺乏實際場景的示范，難以幫助學生理解復雜步驟背后的設計動機和操作邏輯。另外，課程實驗部分主要集中在相關協(xié)議的操作過程上，缺乏基于協(xié)議知識推理的具體實踐，導致學生在機械地完成任務后并沒有深入理解協(xié)議原理。

（三）產(chǎn)業(yè)動態(tài)與前沿技術介紹不多

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”新業(yè)態(tài)的不斷涌現(xiàn)，新型網(wǎng)絡范式不斷推陳出新。例如，軟件定義網(wǎng)絡（SDN）和軟件功能虛擬化（NFV）等新興網(wǎng)絡技術已經(jīng)在商業(yè)領域廣泛應用。然而，當前的課程內(nèi)容主要集中在相對基礎且成熟度較高的傳統(tǒng)網(wǎng)絡協(xié)議上，對于產(chǎn)業(yè)界關注的痛點問題和相關前沿技術的原理介紹過于簡略。這不利于學生創(chuàng)新意識和能力的培養(yǎng)，也不利于學生對相關領域發(fā)展動態(tài)和趨勢的了解。

（四）教學形式有限課堂吸引力不強

當前課程的教學形式主要以教師的講解為主。盡管使用生動的幻燈片可以幫助學生形象地理解相關知識點，但由于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議涉及的概念較多且處理流程復雜，學生對課程的接受度和參與度相對較低。隨著時間的推移，學生的學習積極性也逐漸減弱，導致教學質(zhì)量不如人意。

雖然在課程中設置實驗環(huán)節(jié)可以部分地促使學生進行自主學習，并提高他們的實際動手能力，但由于學生對相關知識的理解不夠充分，再加上協(xié)議配置的繁瑣性，學生多半是按部就班地完成既定任務，缺乏對相關流程的必要思考和反推。因此，實際效果并不理想。

三、教學改革措施

為了彌補上述不足，基于“新工科”背景來進行“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術”的教學改革。這一改革的核心是將價值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)三個方面有機地結合起來^[6]。具體措施有：

（一）思政教育與課程內(nèi)容的深度融合

立德樹人是大學教育工作的核心任務，它將思政教育與專業(yè)課程的教學內(nèi)容緊密結合起來，旨在塑造學生正確的價值觀，培養(yǎng)良好的專業(yè)素養(yǎng)與創(chuàng)新精神。在“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術”課程中，采用了逐步細化的知識講授體系，在合適的時間點引入相關行業(yè)發(fā)展歷程、標志性事件解讀、代表性人物介紹和科研創(chuàng)新案例說明等思政教育元素。通過這種多元化的教學方式，成功地將品德修養(yǎng)、愛國情懷、工程倫理和職業(yè)規(guī)范等核心價值觀與該課程的各章節(jié)內(nèi)容有效銜接，貫穿于教學的整個過程中。這樣，在潛移默化中激發(fā)學生的認同感和歸屬感，以及對科技報國責任感和使命感的培養(yǎng)。同時，通過循循善誘的方式，培養(yǎng)學生良好的職業(yè)道德與操守，并以務實、踏實、精益求精的態(tài)度以及鍥而不舍的奮斗精神，不斷追求創(chuàng)新。

在介紹相關技術發(fā)展歷程與趨勢時，可以著重講述我國在一些關鍵領域取得的重大突破，以激發(fā)學生的愛國熱情和民族自豪感。例如，可以提到我國在通信領域取得的突破，比如5G技術的研發(fā)和部署，以及我國企業(yè)如華為、中興在全球市場上的競爭力。此外，可以通過一系列標志性事件，如華為、中興被美國惡意打壓，以及相關企業(yè)近年來在逆境中生存并穩(wěn)步前行的事例，來喚起學生的憂患意識和培養(yǎng)他們踏實肯干、勇于創(chuàng)新的精神。當介紹到具體協(xié)議技術細節(jié)時，應當著重強調(diào)背后所對應的行為準則。這意味著所有參與方不僅要遵守約定和規(guī)則，以實現(xiàn)復雜的互動和協(xié)同，而且要保持開放、包容的態(tài)度，在平等相待的基礎上共同進步和發(fā)展。這樣可以為學生樹立正確的工程倫理觀，并增強他們的團隊協(xié)作意識和能力。

（二）理論知識與具體實踐的緊密關聯(lián)

互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議體制的設計與演變由實際需求驅(qū)動并具有明確的工程實踐背景。因此，在講述相關知識點時，需要重視理論和實際應用之間的對應關系。

首先，可以對原有教學內(nèi)容進行適當?shù)闹貥嫼脱a充，通過引入工程思維來介紹和講解相關技術的概況、流程和細節(jié)。可以從發(fā)現(xiàn)問題、分解問題和解決問題的角度來展開，將復雜的處理邏輯由淺入深、循序漸進地呈現(xiàn)。同時，通過示例說明和操作演示來幫助學生理解和應用。其次，在相關知識點講解完畢后，可以設計實驗題目，以現(xiàn)實場景或日常事例為背景。要求學生使用Wireshark、華為eNSP（Enterprise Network Simulation Platform）等軟件工具及時完成對所學協(xié)議的相關配置和測試驗證。通過動手實踐，將所學知識與具體應用相關聯(lián)，發(fā)現(xiàn)認知盲區(qū)，并通過觀察實驗現(xiàn)象進行推理和反思。通過這樣的過程，加深對課上所學內(nèi)容的理解，提升動手實踐和學以致用的能力。

例如，在講述分布式路由協(xié)議OSPF（Open Shortest Path First）時，可以首先介紹其提出的背景，即RIP（Routing Information Protocol）協(xié)議的局限性。然后，介紹OSPF協(xié)議的基本特點，并重點分析其整體設計思路，即通過路由器之間的協(xié)作來獲取全網(wǎng)的拓撲關系，并使用最短路徑算法（SPF，Shortest Path First）求得節(jié)點之間的最短路徑。接下來，具體介紹協(xié)議的交互流程和操作細節(jié)，包括鄰居關系的建立和鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫的同步，以及本地節(jié)點的Dijkstra算法和路由表的添加。最后，在課堂上使用eNSP演示單域OSPF協(xié)議的運行過程，并要求學生完成相關實驗作業(yè)，以鞏固所學知識和提高動手能力。

（三）產(chǎn)業(yè)動態(tài)與前沿技術的合理補充

隨著互聯(lián)網(wǎng)應用規(guī)模的擴大和領域的延伸，原始設計思想已難以滿足當今用戶日益復雜和多元化的通信需求。各種新型網(wǎng)絡技術不斷涌現(xiàn)并投入大量商用。為了讓學生更好地了解和把握當前網(wǎng)絡的演進趨勢和業(yè)內(nèi)發(fā)展動態(tài)，激發(fā)他們的學習熱情和興趣，可以采用研究性教學的方式。

基于“以教為學”的理念，可以采用“翻轉(zhuǎn)課堂”的形式。教師適當?shù)匾龑Ш蛦l(fā)學生進行自主學習和知識拓展，鼓勵他們主動探索特定議題。學生可以通過團隊合作進行調(diào)研，并根據(jù)自己感興趣的議題進行深入研究。他們可以閱讀大量文獻，整理相關技術的產(chǎn)生背景、提出動機、基本原理、協(xié)議流程、技術優(yōu)勢和未來前景等內(nèi)容。

在課堂上，學生可以利用演示幻燈片的方式呈現(xiàn)他們的研究成果，并回答其他同學提出的問題。通過這種方式，可以鍛煉學生的自主學習、歸納總結、團隊協(xié)作和語言表達能力。同時，教師可以根據(jù)學生的匯報內(nèi)容，重點講解學生對相關技術的理解誤區(qū)和遺漏的問題，并指導學生完成相關報告的撰寫。

通過這樣的研究性教學方式，可以更好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和科研能力。學生不僅能夠了解當前互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢和各行業(yè)對通信網(wǎng)絡的需求，還能夠深入研究特定議題并形成自己的理解和觀點。這種綜合能力的培養(yǎng)將使他們更好地適應今后的工作和研究。

（四）教學形式與方法的多樣化開展

在OBE（Outcomes-based Education）理念下，重新構建“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術”課程內(nèi)容，可以通過理論與實踐相結合的方式，將理論講授、實驗指導和研究性教學有機融合起來，重視實踐元素，激發(fā)學生的主觀能動性，培養(yǎng)其工程思維能力、實際動手能力和觸類旁通的能力。

在理論講授階段，可以通過線上和線下相結合的方式進行。課前可以提供一些基礎知識、科普視頻等資料供學生預習。課堂上可以通過多媒體手段對難點問題進行詳細講解、操作演示和案例說明，引導學生理解協(xié)議機制、應用場景和處理邏輯。在實驗指導階段，注重培養(yǎng)學生的自主學習能力和動手能力，鞏固課堂上所學的知識。要求學生通過協(xié)議配置了解所需的輸入?yún)?shù)，通過抓包分析明確實體間的交互流程和攜帶的信息，通過異常結果找到知識漏洞和認知偏差，通過推理、討論和驗證形成準確的理解。

在研究性教學階段，主要培養(yǎng)學生的科研能力。可以采用“翻轉(zhuǎn)課堂”的方式，引導學生基于已學知識對當前網(wǎng)絡新技術進行深入調(diào)研。通過大量文獻閱讀、小組討論、課堂展示、問題回答和報告撰寫，培養(yǎng)學生工程思維邏輯，使他們能夠把握未來網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢和前沿技術的核心要點。如此，學生能夠在實踐中鞏固理論知識，學以致用。學生不僅能夠了解互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術的理論知識，還能夠應用該知識解決實際問題，并具備研究和創(chuàng)新的能力。

四、結束語

“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術”作為“新工科”課程的一部分，在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代具有重要的意義。然而，目前該課程主要采用知識傳授的方式進行教學，存在一些諸如思政元素融入不夠、理論與實踐結合度低、前沿技術補充不足以及教學吸引力不強的問題。這導致該課程難以滿足“新工科”教育理念下的人才培養(yǎng)目標。為此，可以從“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術”課程的特點出發(fā)，探索并實踐出一套教學改革方案。該方案旨在培養(yǎng)學生正確的價值觀和良好的職業(yè)素養(yǎng)，同時加深學生對互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術的理解并提高他們解決復雜工程問題的能力。實踐表明，這個方案取得了良好的效果。

通過課堂問題回答、考試成績以及學生評價等方面的反饋，可以看出學生對所學知識更加透徹，學習熱情和積極性也有顯著提升。這個教學改革方案得到廣泛認可和好評。

作者單位：馮博昊 北京交通大學電子信息工程學院

參? 考? 文? 獻

[1]劉坤， 陳通. 新工科教育治理： 主體構成與框架建構[J]. 教育科學， 2020，36（4）： 63-69.

[2]林健. 面向未來的中國新工科建設[J]. 清華大學教育研究， 2017，38（2）： 26-35.

[3]鐘登華. 新工科建設的內(nèi)涵與行動[J]. 高等工程教育研究， 2017（3）： 1-6.

[4]言十. 新工科建設與系統(tǒng)能力培養(yǎng)[J]. 計算機教育， 2018（7）： 1-4.

[5]吳愛華， 楊秋波， 郝杰. 以“新工科”建設引領高等教育創(chuàng)新變革[J]. 高等工程教育研究， 2019（1）： 1-7，61.

[6]高寧， 王喜忠. 全面把握《高等學校課程思政建設指導綱要》的理論性、整體性和系統(tǒng)性[J]. 中國大學教學， 2020（9）： 17-22.

馮博昊（1988.09-），男，漢族，北京，博士，副教授，研究方向：新型網(wǎng)絡體系架構及關鍵技術。