基于學科競賽的計算機網絡課程教學改革研究

章惠 王凱 王振杰

關鍵詞：產教融合；西門子競賽；課程改革；真實的工作任務

1 引言

高職高專院校以培養應用型人才為目標，產教融合的辦學模式可以實現產業和學校密切合作，相互支持、共同發展，將“教學與生產”進行有效結合，才能培養出符合社會需求的高水平人才。根據國務院辦公廳《關于深化產教融合的若干意見》，學校需要大力“推行面向企業真實生產環境的任務式培養模式。”縱觀典型的產教融合模式，“能力本位教育”和“推行面向企業真實生產環境的任務式培養模式”是它們重要的共同點。能力本位教育強調的是培養綜合職業能力，包括專業知識、職業技能、工作態度、職業素養等方面。對于實踐性較強的專業而言，“面向企業真實生產環境的任務式培養模式”也是一種行之有效的教學模式，把職業資格認證項目寫入人才培養方案，將企業工作內容嵌入課程體系，把行業標準融入課程標準，把企業文化嵌入職業道德教育，以此來實現人才供給與需求的快速匹配。課程結構體系也是一樣，需要對接產業鏈的需求，應當體現能力本位而不是知識本位。以本校信息與智能工程系計算機網絡技術這門課程為例，利用參加西門子學科競賽的優勢，結合能力本位和面向企業真實生產環境的任務式培養理念，分別對課程內容、教材及資源、教學設計等方面進行改革研究。

2 課程的定位和性質

計算機網絡技術是一門專業基礎課，面向大數據技術、人工智能技術應用、物聯網應用技術、機電一體化技術等專業，目的是培養學生計算機網絡互連、服務器及網絡設備配置、組網規劃設計及實現等技能，根據不同專業需求，分別開設64學時和32學時。

計算機網絡技術是一門實踐性很強的課程。學生需要掌握計算機網絡的產生、發展、內涵、參考模型、智能網絡管理等基礎性理論知識，還需要掌握計算機網絡規劃與設計、配置與測試的基本知識和方法；了解網絡空間安全相關技術；了解工業網絡應用、物聯網、云計算、云機器人等一些新的網絡應用服務；了解網絡管理的基本概念和基本功能；掌握SNMP協議、ICMP協議的基本原理和配置方法；掌握常用網絡管理工具及命令的基本原理及使用方法。

計算機網絡技術也是學生參加“1+X” Web前端職業技能等級證書、“1+X” Python程序開發職業技能等級證書、“1+X”物聯網場景設計與開發職業技能等級證書考試和網絡技術類學科競賽的專業基礎課。

3 改革的基礎

學校從2018年開始組織并指導學生參加“西門子杯”中國智能制造挑戰賽的信息化網絡化賽項。該挑戰賽是在教育部與西門子公司戰略合作框架下的一項國家級 A 類賽事。2019年，成為中國高等教育學會“全國普通高校學科競賽排行榜”競賽。信息化網絡化賽項基于工業4.0數字化工廠網絡，參賽選手需要根據所提供的工廠描述和具體通信技術需求完成廠區網絡結構實施、 網絡功能實現、通信驗證等一系列任務，目的是培養一流的具備工業網絡及工業信息安全系統實施以及網絡異常處理等綜合能力的應用實施人才。比賽內容和計算機網絡技術課程直接相關。截至2023年，共參加了五屆競賽，學生不僅在學習積極性和成績方面有了很大程度的提高，也總結了一條以賽促教課程改革的思路，并且開展了基于課程內容、教材及資源、教學設計的實證研究。

4 學情分析

課程的授課對象為高職大二學生，動手意愿強，但學習主動性不強，思維不夠活躍，缺乏耐心和恒心；不愿意預習復習，不愿學理論，不愿思考，缺乏將所學知識和技能融會貫通、實際應用的能力，缺乏遇到問題解決問題的能力。

知識儲備方面學生已經學習了信息技術基礎，具有初步的計算機網絡基礎、IP 地址、局域網等相關理論知識。操作技能方面學生已具備基本的設計及繪制網絡拓撲圖、網絡設備選型及配置、思維導圖和 Visio 繪圖的操作技能等。

通過暑期實訓和課程實驗，學生了解 CiscoPacket Tracer 仿真模擬軟件、思維導圖軟件和 Visio 繪圖軟件；學生已經能在仿真軟件中完成了VLAN、環網冗余等獨立知識點的操作。

參賽學生已經在工業網絡實驗臺上完成了IP配置、VLAN等的實踐操作，因此部分同學有了一定的切身體會和感受。

總的來說，學生理論知識不扎實，分析問題和解決問題的能力不足，對于國家規范的具體要求不明確，尚未養成遵守國家規范、標準的職業習慣。由于參與競賽的學生只有少數，大部分同學不參加工業網絡實踐，較難實現以賽促教的效果。

5 課程改革

參加西門子競賽以來，從一開始側重面向參賽學生的輔導，到現在將競賽內容轉化成真實工作任務融于課程的轉變，切實將以賽促教、產教融合的理念落到實處，從點到面帶動更多的學生實施任務式培養。下面將分別從課程內容、教材及資源、教學設計、課程考核等方面展開討論。

5.1 課程內容

計算機網絡技術這門課程既需要掌握扎實的理論知識，學生需要學習計算機網絡基礎、IP 地址、VLAN邏輯局域網、環網冗余及生成樹協議等相關理論知識，同時需要熟練地掌握仿真模擬軟件、思維導圖軟件和Visio繪圖軟件，在仿真軟件中完成VLAN、環網冗余等獨立知識點的操作，但是操作主要在仿真軟件中完成。

結合西門子競賽內容，著眼基本的操作技能，更新教學實踐內容。首先通過計算機仿真軟件進行同步練習，在掌握一定的操作技能的基礎上，合理選擇競賽中的部分內容，結合工業網絡應用項目，將完整的項目根據知識點和技能點拆分成一個個獨立的工作任務，組成一系列邏輯完整的工作任務單，開展任務式教學實踐。比如開設工業信息化網絡基本配置、工業無線網絡設置、配置環網冗余等實踐環節。

在開展任務式教學的時候，還需要注重從細節之處，培養學生的價值觀、工作態度、團隊精神、工匠精神。例如在教學過程中培養學生精益求精、耐心嚴謹的態度，告訴學生遇到問題不要急躁，要樹立自信，要認真做好每一件事情，不能好高騖遠。

5.2 教材及教學資源

計算機網絡技術課程面向的是大數據技術專業、人工智能技術應用、物聯網應用技術、機電一體化技術等非網絡技術的工科專業，雖然計算機網絡技術教材很多，但很難找到在課程設置以及專業背景方面完全吻合的。因此，在多年教學經驗和指導學生參加比賽經驗的基礎上，教師編寫了計算機網絡技術這本教材，并且開發了相關線上教學資源。

對于非網絡技術專業而言，計算機網絡技術是專業基礎課，需要為各專業提供與網絡相關的理論知識以及培養必要的動手實踐能力。在內容的編排上，首先需要了解計算機網絡技術梗概，然后重要的分支再進行具體闡述。教材編寫團隊成員專業背景不同，專業發展方向也各有千秋，包括計算機網絡方向、通信工程方向、自動化方向等，對于計算機網絡技術，專業上既有關聯也存在偏重。因此，在編寫教材的過程中，能夠集眾家之所長。同時團隊成員具有豐富的教授計算機網絡技術這門課程的教學經驗，在教材內容上既能確立網絡技術的核心位置，又能發現與專業發展吻合的特色和創新內容。例如，融合工業網絡、云機器人等新興技術是該教材的創新，也和系部專業基礎及發展方向一致。

該教材主要針對高職院校和應用型本科院校，內容側重實踐，因此針對傳統教學內容，適當減少了理論部分，增加了實踐課時，每一章都設置了實訓環節，在設計實踐任務時，采用任務驅動式設計方式，共精煉出18個獨立的學習任務。教材編寫新穎，推廣應用和社會評價良好。根據出版社反饋，目前北京、廣州、遼寧、桂林等多所院校采用了這本教材，兩年之內已經進行了二次印刷。

同時，為了豐富教材資源和教學方式，還開發了線上教學資源庫，包括相關教學文檔、多媒體PPT、課堂教學視頻、操作指導視頻、微課、課后習題、企業資源等豐富的多媒體資源。

5.3 教學設計

以往的教學過程中，多側重單個知識點的講授和練習操作，學生學習之后，很難將知識點應用到實際問題中，遇到問題不能獨立思考并解決問題。因此，我們在教學設計上采用32字原則，即任務疊加、用學結合；鼓勵引導、檢查糾錯；點評互動、反饋督促；總結過程、分析思路。教學內容設置環環相扣，采用任務疊加的方式，包括前階段學習和現階段學習的知識點。教學的目標是把知識點融入應用中，要“用”起來，而不是僅僅“學”。教學設計中的任務式內容，學生通過仿真和工業網絡實驗臺完成。課程還提高了學生獨立完成任務及練習的比重，實踐性教學課時累計超過總課時的50%。

5.4 課程考核

課程教學任務采用課前導學，課中討論、教師示范、虛擬仿真操作等形式，使學生的參與度有了顯著提高，學生對知識、技能的掌握有了提升，從一開始拿到任務的茫然到最后完成了任務中的每個環節。根據線上大數據統計（學習記錄+提交的仿真作業），反饋 85%學生完成了學習任務。單元教學的特色創新在于任務環節設置層層遞進，注重任務的完整性。整個課程采用分類評價、多元考核（出勤、作業、實訓、理論）、書證融通（獲獎證書加分）來考核。

6 總結

通過將西門子競賽和課程內容的有效融合，學生的積極性有了很大程度的提高，解決問題的能力也提升很多，學生對于實訓安排的認可度很高，紛紛表示愿意并且希望能更多參與，也能看出他們在解決問題之后所獲得的成就感。在西門子競賽方面，連續五年獲得國家獎項。更多的同學報名參加競賽，由于大賽報名名額的限制，往往需要進行校內篩選。各方面的反饋說明改革行之有效，收到較好的效果。結合現在的基礎和不斷深入的產教融合，我們展開了進一步的設想，擬從以下四個方面進行探索和延伸。

6.1 工作場地教學

在上海及周邊區域范圍內，深入調研專業對口企業發展情況，篩選滿足場地、師資、設備、管理和安全等要素的企業，開展工作室教學模式，借鑒企業工作流程和管理方式，進行任務式教學。每組可以安排1-2個教師，和企業工作人員在工作場地內共同完成。學生可以沉浸式地在真實環境中學習和操作，提前感受真實的工作環境與工作氛圍。

6.2 承辦西門子競賽

西門子杯”中國智能制造挑戰賽，具有豐富的參賽及指導經驗。隨著西門子競賽的參賽學校不斷壯大，主辦方也有意增加新的比賽場地。現有的實訓室已經具備了場地和設備的條件，專業教師通過參加西門子師資及競賽培訓，獲得相應資質后，即可申請承辦信息化賽項的比賽，既可以為競賽作出一點努力，又可以增加兄弟院校間的交流和合作。

6.3 開展社會培訓

學校和專業教師在獲得資質之后，還可以面向社會開展相關的培訓，提供西門子工業網絡技術的場地和輔導，專業教師也可以參加其他技術培訓的教學和輔導工作，加深和行業及社會的合作。

6.4 增加實習鍛煉的機會

隨著與企業的合作深入，還可以為學生增加一些參與企業活動的機會，例如在實習階段可以去企業頂崗工作、利用專業優勢幫助企業開展問卷調查及數據分析的工作、嘗試開發小程序幫助企業提高管理效率等。

通過學校和企業的結合，充分發揮學校資源和企業資源，走出校門求合作，面向生產來教學。本研究為深化產教融合、基于競賽實施課程改革提供了實例與參考，今后將繼續在課程改革方面展開進一步的研究和創新。