以課程思政主題為背景的實驗課程案例設計與實施

摘"要：實驗課程是理工科教學環節的重要組成部分，然而該環節在課程思政的設計與實施方面還存在碎片化、抽象化等不足。該文以網絡編程技術的實驗課程為例，從學情分析、教學目標入手，詳細介紹八個實驗課程對應的課程思政主題設計思路，并從課前討論、課中實踐、課后拓展三個方面探討實驗教學實施過程，最后以“TCP的基礎通信模型”實驗為例，按照學、思、踐、悟的思路，給出課程思政主題實驗教學關鍵步驟的實施方案。在實踐教學中融入課程思政教育，對增強價值引領，進而實現課堂教學全面思政化具有重要意義。

關鍵詞：課程思政；實驗課程案例；教學改革；網絡編程技術；TCP的基礎通信模型

中圖分類號：G641"""文獻標志碼：A"""""文章編號：2096-000X（2025）01-0106-06

Abstract：Experimentalcoursesareanimportantpartofthescienceandtechnologyteachingprocess.However，therearestilldeficienciesinthedesignandimplementationofcourseideologyandpoliticsinthisprocess，suchasfragmentationandabstraction.Thispapertakestheexperimentalcourseof\"NetworkProgrammingTechnology\"asanexample，andstartsfromtheanalysisofthelearningsituationandteachingobjectives，introducesindetailthedesignideasofthetheme-basedcourseideologyandpoliticscorrespondingtotheeightexperimentalcourses.Thepaperdiscussestheimplementationprocessofexperimentalteachingfromthreeaspects：pre-coursediscussion，in-coursepracticeandpost-courseexpansion.Finally，takingtheexperimentof\"BasicCommunicationModelofTCP\"asanexample，wegivetheimplementationplanbasedontheideaoflearning，thinking，practicingandunderstanding，andgivethecriticalstepsoftheexperimentalteachingofthetheme-basedcourseideologyandpolitics.Theeffectiveintegrationofthecourseideologyandpoliticsinexperimentalteachingisessentialtoenhancevalueleadershipandthusrealizethecomprehensiveideologycurriculumteaching.

Keywords：Ideologicalandpoliticaltheoriesteachinginallcourses;experimentalcoursecase;teachingreform;NetworkProgrammingTechnology;TCPbasiccommunicationmodel

計算機實踐教學是高校計算機類專業教育的重要組成部分，也是培養學生解決復雜工程問題能力的關鍵環節，直接影響著高等教育的人才培養質量[1]。計算機類專業的工程教育專業認證中明確要求實驗或實踐課程學分占比應不小于20%，大多數專業課程培養方案中，該部分占比可高達二分之一。實驗課程雖然非常重要，但其課程思政建設相對理論課程較為滯后[2-5]，具體體現在實驗課程對課程思政元素的挖掘加工、課程思政元素與實踐教學的滲透融合等方面的探索相對較少，課程思政案例存在碎片化、抽象化等不足[6-7]。2020年5月，教育部印發《高等學校課程思政建設指導綱要》（以下簡稱《綱要》），明確提出要將課程思政融入課堂教學建設全過程，包括融入實驗實訓等環節[8]。因此，本文以網絡編程技術課程為例，對照《綱要》將項目化的課程思政主題作為實驗項目背景，完善實驗課程的思想政治內容建設，對打通理工類課程“全程育人”之路，實現全過程課程思政教育具有重要借鑒意義。

一"課程概述

網絡編程技術是計算機科學與技術、軟件工程等專業的專業基礎課程。該課程主要培養學生掌握WinSock網絡編程接口、網絡程序設計的基本知識，掌握網絡程序的基本框架，進一步深化理解TCP和UDP協議的工作機制和工作原理，并在此基礎上掌握基于TCP/IP等各種應用層協議的具體應用程序，使學生具備TCP/IP協議編程和進行網絡應用程序開發的基本能力[9]。該課程的實驗教學與理論教學中的知識點一一對應，主要包括：基礎通信模型、SELECT模型、事件選擇模型、異步選擇模型、重疊IO模型、完成端口模型。網絡編程技術課程理論部分常見的思政素材涵蓋：愛國敬業、勇攀科學高峰、大國工匠精神和精益求精等[10-13]，但實驗環節的課程思政在實施上還存在以下不足：對于項目式的實驗，對應知識點的課程思政元素顯得比較零散；抽象化的課程思政元素實施需要教師的講解或引導，必將占用實驗課程中學生寶貴的動手實踐時間；傳統課程思政元素與實驗項目契合度不高，難以體現課程的高階性、創新性和挑戰度[14-15]。因此，本文根據網絡編程技術實驗課程為培養學生的計算思維、網絡編程以及理論聯系實際的能力等特征，設計課程思政主題作為實驗項目的整體背景，貫穿整個實驗項目[16]；并依托數字化云教材的富媒體屬性，引入課程思政元素音、視頻的立體化呈現方式，加大了學生自主探究空間，且能很好地滿足課程兩性一度要求[17]。

二"項目化課程思政的案例設計

網絡編程技術的實驗課程與課程思政主題對應關系如圖1所示。

（一）"社會主義核心價值觀的加密編碼

編碼的作用是采用一種新的載體來表示前一個載體所表達的信息，以達到存儲或傳輸的目的，計算機中的信息主要是以電磁信號為主，要將現實世界中的復雜內容通過電磁信號進行表達，就需要進行轉化，這個過程就是編碼。常見的編碼有：UTF8編碼、GBK編碼、Base64編碼、URL編碼、HTML編碼、摩斯碼，數據結構中的哈夫曼編碼等。社會主義核心價值觀共有24字，12個詞，每一個詞對應一個十二進制中的一個數字，對應關系見表1。

該實驗要求學生使用以上對應編碼對“我愛中國”這句話進行加密編碼，并將結果顯示出來。基本思路是將需要編碼的內容拆分成單個的字或字母，然后將拆分后的字或字母轉化為ASCII碼（每個中文字符長度為兩字節，轉化為ASCII碼會得到兩個結果），最后將ASCII碼轉化為對應的十二進制并對照表1輸出最后的結果。例如：“我愛中國”的編碼結果見表2。

實驗提供了兩段音頻分別講解了編碼在生活中的應用，以及社會主義核心價值觀產生的緣由，并通過社會主義核心價值觀的編碼以及加密過程，既能使得學生加深對社會主義核心價值觀的理解，又能讓學生掌握編碼的作用和意義。

（二）"“81192”請返航

2001年4月1日凌晨，美國一架偵察機闖入我國南海領空，王偉為保衛祖國領空，遭美機撞擊被迫跳傘墜海壯烈犧牲。當時王偉接到的命令是：“81192，請返航。”但得到的回答是：“81192收到，我已無法返航，你們繼續前進。”十年之后，我國的空軍戰斗力有了空前的發展，從2011年1月11日中國殲-20的橫空出世以來，我國陸續研制了殲-10、殲-16、運-20和轟-6K等主力戰機。二十多年來，我們無時無刻不在期待奇跡的發生，期待能夠再次在南海上空聽到英雄王偉的聲音。

該實驗要求學生使用TCP基礎通信模型，用客戶端模擬戰機向服務器發送消息：“81192收到，我已返航。”服務器則回復：“81192，國已強，請返航。”課程思政主題通過音頻介紹了英雄王偉的生平，并給出了81192事件的視頻講解鏈接。該實驗通過模擬（虛擬）通信，增強學生的愛國主義思想，同時緬懷英烈，激勵學生的強軍夢、強國夢。

（三）"航天夢之嫦娥奔月揚國威

探月工程自2004年1月立項并正式啟動以來，我國已連續成功實施嫦娥一號、嫦娥二號、嫦娥三號、載人返回飛行試驗、嫦娥四號和嫦娥五號等任務。2020年11月24日4時30分，我國在中國文昌航天發射場，使用長征五號遙五運載火箭成功發射了探月工程的嫦娥五號探測器，開啟了我國首次地外天體采樣返回之旅。嫦娥五號在遙遠的月球上，長時間實時進行通信會有較大的能耗和一定的延時，因此我們需要定時讓嫦娥五號向地球上的控制臺發送信息，以確保嫦娥五號處于正常工作的狀態。

該實驗要求學生使用UDP基礎通信模型實現嫦娥五號作為客戶端定時向控制臺（服務器）發送消息的功能，并思考UDP阻塞模型與TCP阻塞模型的區別。課程思政主題通過音頻介紹了探月工程取得的巨大成就，并通過聚焦中國航空航天發展成就，增強學生的愛國主義思想，激勵學生的航空航天夢。

（四）"隆中精神：淡泊明志，寧靜致遠

諸葛亮是我國傳統文化中忠臣與智者的代表人物，“淡泊明志、寧靜致遠、躬耕苦讀、鞠躬盡瘁”是諸葛亮隱居隆中的寫照，亦包含了湖北文理學院的校訓。這短短十六個字激勵學生要傳承和發揚隆中精神，要有心系天下的國士精神、鞠躬盡瘁的負責精神、實事求是的務實精神和公正廉潔的法制精神。

基礎通信模型無法完成多個客戶端的通信，因此該實驗要求學生使用SELECT通信模型完成多客戶端消息通信的功能。實驗要求學生創建2個客戶端，并分別向服務器發送：“淡泊明志”和“寧靜致遠”，最后在服務器端匯聚成完整的湖北文理學院校訓。課程思政主題中使用音頻介紹了諸葛亮與隆中的歷史淵源，并引導同學思考校訓的出處，以及諸葛亮憂國憂民，忠君報國的隆中精神。

（五）"展志愿風采，創文明城市

“奉獻、有愛、互助、進步。”是志愿者精神，它在襄陽市防疫、創文、創衛等活動中起到了積極作用。志愿者們用自己的實際行動傳遞和踐行著雷鋒精神，為改善社會，促進社會進步而服務。襄陽市各個基層組織也積極組織志愿者開展各項志愿服務活動，爭當創建文明城市的引領者、宣傳者、踐行者，為創建全國文明城市添磚加瓦。

為了進一步加強志愿服務活動的管理，需要對參與活動的志愿者們進行簽到和簽退操作，記錄下每位志愿者參與活動的時長，該實驗要求學生基于TCP或UDP協議完成以下功能：先啟動服務器端，當打開客戶端的時候，向服務器自動發送簽到信息，當關閉或退出客戶端的時候，服務器自動記錄簽退信息。課程思政主題中使用音頻介紹了志愿服務發揮高校培育時代新人中的重要作用，并引導學生回顧奉獻、友愛、互助、進步的志愿服務精神，形成長期深入開展志愿服務活動的內在動力和有力支撐。

（六）"留存審計日志

《中華人民共和國網絡安全法》自2017年6月1日起施行，其中第二十一條規定，“采取監測、記錄網絡運行狀態、網絡安全事件的技術措施，并按照規定留存相關的網絡日志不少于六個月。”依據此條款，包含信息系統審計的相關網絡日志至少需要保存六個月。

實驗要求學生結合異步選擇通信模型多客戶端通信特點，在服務器端創建空白Windows窗口，同時創建若干個客戶端，在啟動客戶端時，在服務器端記錄下客戶端的IP地址與連接時間，在關閉客戶端時，服務器端則記錄對應的關閉時間，從而形成簡單的網絡審計日志。課程思政主題中先用音頻介紹了網絡安全法的意義，然后重點對該法規中信息系統審計日志規定做了具體描述，通過網絡安全法的學習，引導學生遵紀守法，提高法律意識，無論是在做什么類型的信息系統或軟件，都應當遵守網絡安全法的規定，保存網絡日志，并將網絡日志留存至少六個月。

（七）"同心抗疫，“疫”起學習

2019年末，新冠病毒感染疫情暴發，2020年1月23日起，湖北省武漢、鄂州等地相繼按下了暫停鍵，疫情肆虐期間，各地高校師生在同心抗疫的同時，也在積極尋求疫情期間線上授課的解決方案。一種是通過騰訊會議、QQ直播、釘釘等軟件進行直播，好處是可以師生之間進行即時互動、交流和反饋；另一種是通過MOOC等平臺進行點播的方式學習，好處是不受時間的限制，避開帶寬高峰期。

該實驗要求學生結合重疊IO通信模型原理，建立MOOC服務器，用異步的方式響應不同客戶端的點播請求。

服務器需要根據客戶端發送過來的消息：“第X章”返回對應的章節鏈接。

課程思政主題中通過音頻介紹了直播授課所涉及的技術，并引導學生積極面對疫情的磨煉，保持對知識的熱愛、對真理的追求，做信念堅定、勇毅前行的奮斗者。

（八）"無人機群控，智戰疫情

大疆是一個不斷自主研發、科技創新的民族品牌。大疆無人機優秀的航拍穩定性和可拓展性，使其成為世界上性價比最高的民用無人機產品，它可以搭載多種不同設備，廣泛應用到航拍攝影、植保飛防、環境監測、電力巡線、應急救災、安保反恐、森林防火、搜救跟蹤、軍事演練和勘查檢測等眾多領域，甚至在新冠病毒感染疫情期間也起到了非常大的作用。例如：利用無人機為封閉小區進行生活物資投遞、噴灑消毒；利用無人機進行抗疫宣傳播報，進行核酸檢測通知，口罩佩戴提醒；利用無人機運送抗原檢測試劑等抗疫物資。

假設我們需要控制若干臺無人機對某大型小區進行噴灑消毒，每輛無人機的飛行路徑已事先規劃好，只需要在無人機飛行過程中利用服務器收集這些無人機的電量、飛行狀態等信息。該實驗要求學生利用完成端口通信模型，模擬100輛無人機群控指令的發送，讓學生體驗中大規模客戶群通信效果。

課程思政主題中先使用音頻簡要介紹了我國科技創新精神的典型代表：大疆無人機的主要產品，并引導學生思考無人群控技術的應用場景，由此引申中美在無人機領域持續競爭，從跟跑到并駕齊驅，并有望在將來彎道超車的歷程，這將激發學生的家國情懷和對祖國發展的自豪感，進而引導學生樹立愛國報國的崇高志向。

三"課程思政實驗教學的實施

實驗課教學環節按圖2所示的總體方案進行實施，圖中矩形框代表以教師主導的環節，圓角矩形代表學生主導的環節，陰影矩形則代表師生共同交互完成的環節。實施過程中的小組討論、隨機發言、分組辯論等課堂活動可使用云班課教學平臺記錄學生的參與記錄，并轉化為經驗值以完成課堂表現過程化的考核[18]。

（一）"課前討論

教師在云班課在線平臺上發布任務，要求學生在規定時間內完成任務。任務通常是要求學生閱讀實驗項目對應的課程思政主題材料，并結合理論課中講授的知識點對實驗項目要完成的任務進行分析與設計，在平臺中發表個人觀點并參與討論。在討論環節，學生可以相互評論，可以提出問題，探討不同看法。任務完成后，教師可根據學生討論的重點問題進行答疑，對優秀的回答進行肯定，同時指出學生思考不夠深入的地方，并且引導學生提出更深層次的問題。

（二）"課中實踐

教師首先對實驗項目的任務目標進行分析，從思政主題中引入具體的網絡通信需求，然后回顧理論課中的網絡通信模型，并解釋模型滿足通信需求的原理，為學生完成實驗任務提供基礎理論支持。學生在掌握了相關的知識點后，可以開始自主組織小組或個人對方案實施過程中所需的流程、具體的偽代碼步驟等進行討論。教師亦可提供部分指導和參考方案，但需要充分尊重學生的自主性和創造力，根據學生的個性化差異，提供針對性的教學指導。在經過討論后，學生可以開始編寫完成任務的具體代碼，并完成實驗報告的撰寫。最后，學生需要及時進行總結，反思這個任務的收獲、難點等，并對自己的學習情況進行總結與分析。

（三）"課后拓展

學生完成實驗項目后，教師引導學生通過展示、演示的形式展現自己的實現成果，在師生、生生交流中，教師可以以答辯的形式提出問題并針對性地給予指導，幫助學生更好地理解并鞏固知識點，同時鍛煉學生的信息搜集整理能力、交流溝通能力。對于優秀的項目代碼，教師要進行表彰以資鼓勵。

在橫向知識拓展環節，教師可以引導學生學習、回顧關于計算機網絡、操作系統、數據庫等相關領域的知識，以加深學生對網絡編程技術的理解和應用能力，然后進一步拓展討論網絡編程在現代軟件工程中的應用，如Web開發、云服務等。

在縱向知識凝練升華環節，教師可以進一步系統化梳理課程內容，讓學生更加清晰地了解課程的邏輯結構和主要知識點，并學會總結課程中的重難點。教師還可布置一些挑戰性的作業，例如：代碼效率的優化、超大文件的傳輸、負載均衡和容錯處理等，使得學生能夠深入思考課程內容，并熟練運用網絡編程技術、算法設計和系統架構等領域的知識，從而達到知識凝練和升華的目的。

四"實驗課教學實施案例

本節以教材第2章“TCP的基礎通信模型”的實驗課程為例，給出課程思政主題實驗教學關鍵步驟的實施方案，該實驗課對應的課程思政主題是：“81192”請返航。該實驗通過實際問題引入教學，深入淺出，將TCP基礎通信模型的理論從兩個維度進行逐步細化完善，從偽代碼開始，分析問題中關鍵要素，對照通信模型的理論框架，引導學生逐步驟地完成代碼編寫。

（一）"任務發布，學生自學

教師通過云班課教學平臺發布課前學習任務、學習筆記等資料，讓學生在教學平臺以語言、圖片和文字等形式進行討論。課程思政主題材料、音頻位于云教材的實驗二，對應的學習筆記地址為：https：//blog.csdn.net/oldmao_2001/article/details/117931757，也可直接掃描圖3所示二維碼查看。

并提出相關問題：學習材料中的場景涉及多少個客戶端？在類似場景中我們根據計算機網絡基礎中所學的知識應該選擇什么通信協議？

（二）"任務分析，學生思考

教師通過課前預習任務，引導學生回顧TCP協議的特點，通過在黑板上繪制TCP協議中三次握手與四次揮手的通信過程，引入基于TCP的SOCKET基礎通信模型框架（圖4（a））。

這個環節要求學生思考如何記憶、理解模型框架。從縱向上看，通信模型中服務器端有10個步驟，客戶端有8個步驟，共計18個步驟，巧記的訣竅如下：模型中圓角矩形標記的部分在服務器端和客戶端操作一致，只需要記住一端即可；模型有兩處成對關系步驟，分別是打開、關閉網絡庫，創建、銷毀套接字，有兩處交替關系：服務器端是先接收再發送消息，而客戶端先進行發送再接收消息；然后利用口訣記住服務器端的步驟：褲（庫）頭開、撿（建）綁挺（聽）、等讀發閉；客戶端的步驟比服務器端要簡單，只需要記住客戶端在發送消息之前連接服務器即可，它的步驟11剛好是在服務器端步驟5和6之間，簡單記住5加（夾）6等于11即可。

（三）"編寫代碼，學生實踐

在熟記TCP基礎通信模型框架的基礎上，要求學生根據關鍵函數提示（圖4（b）），完成代碼的編寫。同時結合黑板上的TCP協議通信過程，從橫向分析服務器端與客戶端之間的交互。

三次握手：對應服務器啟動監聽后，客戶端執行連接服務器命令。

數據傳輸：對應服務器接收連接之后，服務器端與客戶端可以相互發送數據，這里需要注意兩端發送與接收對應關系，不可以兩端同時發或收。

四次揮手：對應客戶機銷毀Socket句柄，關閉網絡庫。

（四）"知識拓展，學生領悟

實驗任務完成后，教師分析完成的Socket基礎通信模型代碼，引導學生討論有哪些不足，以及如何改進，具體內容如下所述。

異常處理：在實際的網絡通信場景中，網絡擁堵、信號不佳以及代碼質量等原因，會導致通信失敗，因此需要為模型加上異常處理以避免應用程序彈出未知錯誤，讓學生根據教師給出步驟3的異常處理代碼，嘗試完成步驟4—8的異常處理代碼。

多次消息交互：在飛行員執行任務的過程中，需要與基地進行多次消息交互，當前的基礎通信模型中只完成了一次消息交互，讓學生將步驟7和8放入循環，并設置循環退出條件。

多客戶端通信：在執行復雜任務時，需要多架飛機協同作戰，當前的基礎通信模型中只支持單個客戶端進行通信，讓學生自行查閱資料，找出多客戶端通信的解決方案。

五"結束語

以課程思政主題為背景，將課程思政元素有機融入實驗課教學過程，深度挖掘實驗課思政育人價值和精神內涵，構建學、思、踐、悟“四位一體”的實驗課程教學實施方案，契合高校課程思政建設指導綱要中全面落地實施課程思政的精神，提高了實驗課協同育人成效。通過項目化課程思政的實驗課案例設計及實施，可將碎片化的思政元素進行整合以增加教學內容的多樣性和趣味性，從而提高學生學習興趣；可將原有的抽象化、隱式的課程思政轉化為顯式課程思政，更加直接地讓學生了解和學習道德規范、法律法規、國情民俗等與思想政治教育相關的知識；可依托數字化教材的富媒體特征實現思政教育的全景化，幫助學生深入了解中國特色社會主義的科學內涵。

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基金項目：湖北省教育科學規劃重點項目“教育數字化背景下高校教師數字素養量化評價體系構建的實證研究”（2023GA062）；湖北文理學院教學改革項目“新形態數字化教材建設與教學實踐研究”（JY2022026）

第一作者簡介：毛華慶（1980-），男，漢族，廣西巴馬人，博士，教授，碩士研究生導師。研究方向為人工智能交叉。

*通信作者：唐龍（1981-），男，漢族，廣西河池人，博士，講師。研究方向為網絡安全和大數據分析。