覃德澤

(賀州學院 計算機科學與工程系,廣西 賀州 542800)

基于CDIO的計算機網(wǎng)絡專業(yè)實驗教學改革方案

覃德澤

(賀州學院 計算機科學與工程系,廣西 賀州 542800)

深入分析CDIO的內(nèi)涵,指出計算機網(wǎng)絡專業(yè)實驗教學中存在的問題,用CDIO工程教育思想指導計算機網(wǎng)絡專業(yè)實驗教學改革,提出技能型、應用型實驗教學改革方案;一年多教學實踐證明,該改革方案行之有效,對培養(yǎng)工程性技術(shù)人才意義重大。

CDIO;網(wǎng)絡專業(yè);實驗教學;改革方案

1 引 言

進入21世紀以來,校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)和Internet蓬勃發(fā)展,社會對計算機網(wǎng)絡人才的需求越來越大。為滿足社會需要,各高校的計算機學院(系)紛紛建立計算機網(wǎng)絡專業(yè)。由于計算機網(wǎng)絡專業(yè)的大部分課程實踐環(huán)節(jié)多,有的還具有工程類課程的特點,因此,實驗教學是該專業(yè)的重要教學內(nèi)容,是培養(yǎng)技能型、應用型網(wǎng)絡技術(shù)人才的關(guān)鍵。網(wǎng)絡專業(yè)實驗教學的主要任務應該從應用和實踐的角度出發(fā),強化學生在動手能力方面的培養(yǎng)。為了培養(yǎng)創(chuàng)新性、工程性技術(shù)人才,必須改革傳統(tǒng)的實驗教學模式,用當今國際高等工程教育思想 ——CDIO工程教育思想指導實驗教學,科學設計實驗內(nèi)容,改革實驗方法或?qū)嶒炇侄巍?/p>

2 CDIO的內(nèi)涵

CDIO是什么?是構(gòu)思(Conceive)、設計(Design)、實現(xiàn)(Implement)和運作(Operate)的縮略語,代表當今國際高等工程教育的一種創(chuàng)新模式,是由麻省理工學院(MIT)和瑞典皇家工學院等四所大學共同倡導,集多國工程教育精英耗資數(shù)百萬美元所建立的一整套工程教育理念和實施體系。該模式以構(gòu)思、設計、實施及運作全過程為載體來培養(yǎng)學生的工程能力。這個“能力”具有創(chuàng)新意義,包含一個“知識”和三個“能力”,即個人的學術(shù)知識和學生的終生學習能力、團隊交流能力和大系統(tǒng)掌控能力[1]147-148。因此,這種模式更注重扎實的工程基礎理論和專業(yè)知識的培養(yǎng),并通過貫穿于整個人才培養(yǎng)過程團隊設計和創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)的訓練,培養(yǎng)既有過硬的專業(yè)技能,又有良好的職業(yè)道德的國際化工程師[2]9377-9380。該模式的實施,能較好地改變當前工程教育中普遍存在的重理論輕實踐的現(xiàn)狀,對培養(yǎng)工程性技術(shù)人才意義重大。

3 CDIO對實驗教學的要求

CDIO國際高等工程教育模式注重實踐能力培養(yǎng),提出的12條標準中,標準5和標準6給實驗教學指出了具體的方向,對實驗教學改革具有重要指導作用,具體內(nèi)容如下[3]60-62。

3.1標準5指出了“設計 —實現(xiàn)”中對實踐環(huán)節(jié)的要求。第一,培養(yǎng)計劃是否包含至少兩個設計 —實現(xiàn)經(jīng)歷(其中一個為基本水平,一個為高級水平);第二,在課內(nèi)外活動中學生有多少機會參與產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)的構(gòu)思、設計、實施和運行。

3.2標準6指出了對工程實踐場所的要求。第一,實踐場所和其他學習環(huán)境怎樣支持學生動手和直接經(jīng)驗的學習;第二,學生有多大機會在現(xiàn)代工程軟件和實驗室內(nèi)拓展其從事產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)建構(gòu)的知識、能力;第三,實踐場所是否以學生為中心,方便、易進入并易于交流。

標準5和標準6建立了一種新的實驗教學理念,按照這種理念去實施實驗教學,可以達到如下效果[4]173-174:第一,大部分學生能夠系統(tǒng)地獲得實驗的基礎知識、基本方法和基本技能,優(yōu)秀學生可以脫穎而出,充分發(fā)揮他們的個性和特長;第二,能根據(jù)學生個性、特長組織實驗教學,激發(fā)他們對實驗的興趣,使學生的個性和潛力得到充分發(fā)揮,學生的綜合能力和創(chuàng)新能力得到極大提高。

根據(jù)上述對實驗教學要求,實驗教學要以學生為主體,充分發(fā)揮學生學習的積極性、主動性和創(chuàng)新性。要多安排一些設計性和綜合性實驗,努力提高學生綜合技能和創(chuàng)新思維能力;要創(chuàng)造機會讓學生多參與項目研發(fā),親身感受產(chǎn)品從構(gòu)思到運作的整個過程;要加強實驗室建設與管理,努力創(chuàng)造條件讓學生獲得更多更好實驗機會。

4 計算機網(wǎng)絡專業(yè)實驗教學中存在的問題

根據(jù)CDIO工程教育模式對實驗教學要求,剖析我院計算機網(wǎng)絡專業(yè)實驗教學現(xiàn)狀,筆者認為主要存在如下幾方面問題。

4.1實驗設備不完整、實驗室不健全。我院計算機科學與工程系現(xiàn)有網(wǎng)絡技術(shù)實驗室3個,它們是《計算機網(wǎng)絡基礎實驗室》、《思科網(wǎng)絡實驗室》和《網(wǎng)絡信息安全實驗室》。其中,前兩個實驗室實驗設備不足或不完整。《計算機網(wǎng)絡基礎實驗室》擁有20臺微機和2臺交換機,只能做諸如對等網(wǎng)、Windows 2003 server、WEB、FTP、DHCP 等基本的組網(wǎng)實驗;因微機和交換機數(shù)量不足,只能做大組實驗(通常6人一組,每組2臺電腦),不能做小組實驗,學生動手機會少?！端伎凭W(wǎng)絡實驗室》擁有10組設備,每組設備包括微機6臺(其中一臺為服務器)、交換機2臺(分別為二、三層交換機)和路由器1臺,每臺微機都安裝有用于完成各個實驗的思科路由器交換機模擬軟件(Cisco packet tracer)。由于路由器中沒有WAN串口,也沒有DTE DCE線纜,無法用現(xiàn)有設備進行稍復雜一點的綜合性、設計性實驗,實驗基本是用模擬軟件完成。

缺少的網(wǎng)絡技術(shù)實驗室是《網(wǎng)絡布線實驗室》。由于沒有此實驗室,有關(guān)網(wǎng)絡布線的工程性實驗無法進行。

4.2實驗內(nèi)容基本是以驗證性實驗為主,設計性、綜合性和項目研發(fā)性實驗偏少。

4.3實驗系統(tǒng)及相關(guān)軟件基本由教師事先安裝、調(diào)試好,學生缺乏設計、安裝和調(diào)試實驗環(huán)境的機會。

4.4實驗室沒有自由開放,有限課堂實驗時間限制了學生只能完成一些簡單的實驗,不能完成需要較長時間的、較復雜的大型實驗,如一些難度較大的設計性、綜合性和項目研發(fā)性實驗。

4.5教材中典型的大、中型網(wǎng)絡案例少,教師的實踐經(jīng)驗少。很多計算機網(wǎng)絡教材缺乏大、中型網(wǎng)絡組建、管理的典型案例,加之不少教師沒有參與設計、管理大、中型網(wǎng)絡的經(jīng)驗,教學中無法培養(yǎng)學生對大、中型網(wǎng)絡形態(tài)和網(wǎng)絡設備的感性認識,學生畢業(yè)后較難適應大、中型網(wǎng)絡的建設與管理。

4.6教學手段落后,教學方法需要改進。缺乏配套實驗教學演示系統(tǒng),并且大部分實驗室沒有投影儀,不能進行實驗模擬演示,教學效率不高,教學效果不顯著;教學上基本是學生按照現(xiàn)成實驗方案,按照既定實驗步驟機械地操作,很少使用項目驅(qū)動法去訓練學生的團隊精神、創(chuàng)新思維和系統(tǒng)設計、系統(tǒng)集成等能力。

4.7與附近中、小企業(yè)的計算機網(wǎng)絡中心或?qū)W校的校園網(wǎng)管理中心聯(lián)系不夠,學生缺乏參與實際網(wǎng)絡工程的設計、施工、調(diào)試等過程,缺乏實際網(wǎng)絡管理與維護的經(jīng)歷。

4.8實習內(nèi)容與專業(yè)知識脫鉤。由于很難找到能讓學生進行計算機網(wǎng)絡實習的場所,實習內(nèi)容往往與所學專業(yè)知識、技能脫鉤。

4.9由于缺乏計算機網(wǎng)絡實訓場所,缺乏計算機網(wǎng)絡項目的研發(fā)場所,學生畢業(yè)設計基本是以畢業(yè)論文為主,沒法進行實際項目的畢業(yè)設計,畢業(yè)論文的有關(guān)內(nèi)容也無法進行實際場景的模擬驗證。

5 計算機網(wǎng)絡專業(yè)實驗教學改革方案

針對以上問題,以CDIO工程教育思想為指導,提出我院計算機網(wǎng)絡專業(yè)實驗教學改革方案如下。

5.1構(gòu)建立體化實踐教學體系

根據(jù)CDIO對實驗教學的要求,結(jié)合計算機網(wǎng)絡專業(yè)實踐環(huán)節(jié)多的特點,在制訂課時計劃時,應該充分考慮實驗課時。有些課程的實驗課時應該占該門課總課時的50%,如《計算機網(wǎng)絡管理》、《計算機網(wǎng)絡安全》、《計算機網(wǎng)絡工程》、《ASP.net程序設計》、《JAVA》等;有些課程的實驗課時應該占該門課總課時的三分之一,如《計算機網(wǎng)絡技術(shù)》、《TCP/IP協(xié)議分析》等。根據(jù)計算機網(wǎng)絡專業(yè)工程性強的特點,為了培養(yǎng)學生獨自的動手能力、團隊的協(xié)作能力,必須構(gòu)建立體實踐教學體系,其內(nèi)容如下[5]57-60。

5.1.1課堂實驗與課外實訓相結(jié)合。在對實驗課時進行規(guī)劃時,可用實驗總課時的80%用于課堂實驗,20%用于課外實訓。課外實訓是課堂實驗的必要補充,是擴展視野,提高實踐能力,解決實際問題能力的有效途徑。課外實訓的形式可以多樣化,如組織學生參觀校園網(wǎng)、企業(yè)或政府網(wǎng)絡,了解這些實際網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)、布線方案,認識網(wǎng)絡設備并掌握其功能;也可安排學生到附近電腦公司以義務實習形式,參加實際網(wǎng)絡工程項目規(guī)劃與建設,培養(yǎng)學生個人的實際操作技能、團隊協(xié)作能力和系統(tǒng)集成能力。

5.1.2實習內(nèi)容與畢業(yè)設計相結(jié)合。要有意識地將未來畢業(yè)設計選題方向與實習內(nèi)容掛鉤,或者確定好畢業(yè)設計選題方向后再去尋找合適的實習場所,在實習過程中有意識地完成或部分完成畢業(yè)設計要求的項目設計、實施、測試等工作。只有這樣,才能達到既使學生實習目的明確,增加實習主動性和積極性,又使學生能順利完成項目研發(fā)類畢業(yè)設計的目的。

5.1.3驗證性實驗與綜合性實驗相結(jié)合,綜合性實驗與設計性實驗相結(jié)合。驗證性實驗是指驗證一些已知理論、結(jié)論的實驗。綜合性實驗是指需要若干單元知識或具備若干單個操作技能才能完成的實驗。因此,驗證性實驗是綜合性實驗的基礎。學生做驗證性實驗時,必須讓學生明白其在未來綜合性實驗中的基礎和地位,在設計綜合性實驗時,必須考慮學生已有的基礎知識和基本技能。設計性實驗要求學生根據(jù)基本的要求和應該達到的目標,學生自行設計實驗方案進行的實驗。因此,要求學生除了具有一定基礎理論和知識、基本操作技能外,還必須具有綜合分析問題、解決問題的能力。所以,做好綜合性實驗是做好設計性實驗的基礎。學生做設計性實驗時,必須引導學生運用哪些分析方法,綜合哪些知識、技能才能完成實驗。同時,還應該引導學生在哪些方面應該具有自己的創(chuàng)新點,以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

5.2構(gòu)建立體化網(wǎng)絡實驗平臺

針對我院計算機網(wǎng)絡專業(yè)實驗設備不完整、實驗室不健全的現(xiàn)狀,根據(jù)CDIO對實驗教學的要求,考慮到實驗、實習、項目研發(fā)等多方面的需要,能夠滿足基本操作技能訓練、綜合性訓練、驗證性實驗和設計性實驗的要求,并結(jié)合應用型本科計算機網(wǎng)絡專業(yè)學生的基礎和特點,提出我院計算機網(wǎng)絡實驗平臺改革方案如下。

5.2.1完善《計算機網(wǎng)絡基礎實驗室》設備。按照每個實驗小組配備3臺電腦(其中一臺為服務器)、1臺交換機,每組3人,一次能安排整班(60人計)實驗的要求計算,《計算機網(wǎng)絡基礎實驗室》還需要補充電腦40臺,交換機18臺。完善設備后的《計算機網(wǎng)絡基礎實驗室》可讓每個學生有充分的動手機會,能夠完成基本的網(wǎng)絡組建、簡單的網(wǎng)絡測試和維護實驗。

5.2.2完善《思科網(wǎng)絡實驗室》設備。該實驗室中的路由器由于缺少WAN串口模塊和DTE DCE線纜,無法進行較復雜的綜合性、設計性實驗。按照現(xiàn)有10組設備,每組設備已配備一臺路由器,每臺路由器需要補充1個WAN串口模塊和每兩臺路由器需要補充1對DTE DCE線纜計算,《思科網(wǎng)絡實驗室》共需要補充 10個 WAN串口模塊和 5對DTE DCE線纜。

5.2.3建立《網(wǎng)絡布線實驗室》。對尚缺的《網(wǎng)絡布線實驗室》在中央財政專項資金的支持下,可在2012年建成并投入使用。

這樣,經(jīng)過完善和新建,未來兩年我院計算機網(wǎng)絡專業(yè)即可構(gòu)建起立體化網(wǎng)絡實驗平臺,該實驗平臺覆蓋了局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、因特網(wǎng)、無線網(wǎng)、網(wǎng)絡安全、網(wǎng)絡管理和網(wǎng)絡應用等網(wǎng)絡核心技術(shù),包含了《計算機網(wǎng)絡基礎》、《計算機網(wǎng)絡工程》、《無線網(wǎng)絡通信技術(shù)》、《網(wǎng)絡信息安全技術(shù)》、《高級網(wǎng)絡編程技術(shù)》等多門相關(guān)網(wǎng)絡課程,因此,能夠滿足我院計算機網(wǎng)絡專業(yè)實驗教學的要求,能夠完成網(wǎng)絡課程實驗、網(wǎng)絡工程實驗和網(wǎng)絡課程設計等類型的實驗、實訓。

5.3構(gòu)建符合CDIO工程教育思想的實驗成績評測標準

CDIO教育理念的實施,對學生學習的評估應不同于傳統(tǒng)的方法[6]94-97。計算機網(wǎng)絡專業(yè)作為實踐性很強的工程學科,課程學習成績的考評應該側(cè)重于能力的考評。對實踐性較強的課程,例如《計算機網(wǎng)絡安全》、《計算機網(wǎng)絡工程》、《ASP.net程序設計》、《JAVA》等,課程總成績可以是:20%理論 +80%實驗;其它課程總成績評定也可根據(jù)課程本身特點確定理論和實驗所占的比例。因此,對實踐能力的考核是評定計算機網(wǎng)絡專業(yè)課程成績的關(guān)鍵。要科學、合理地評定實驗成績,必須以CDIO工程教育思想為指導,根據(jù)各門課程的特點,突出能力培養(yǎng)目標,制訂可行的實驗成績評測標準。例如,計算機網(wǎng)絡專業(yè)實踐能力考核可以采用如下的評定標準[7]251-254。

5.3.1實驗總成績 =50%基礎實驗成績+30%綜合實驗成績+20%研究探索型實驗成績。

5.3.2基礎實驗的考核。基礎實驗包括驗證性實驗和基本技能操作實驗。重點在于平時表現(xiàn),主要包括實驗前準備、實驗態(tài)度、實驗操作、實驗結(jié)果和實驗報告等方面。

5.3.3綜合實驗的考核。綜合實驗總成績 =50%平時成績 +50%期末成績。平時主要包括實驗前準備,實驗方案的設計,實驗中操作技能的熟練程度,綜合分析問題、解決問題的能力等;期末考試時,出23個綜合實驗題目,分組或單獨并要求在規(guī)定時間內(nèi)完成。

5.3.4研究探索型實驗。研究探索型實驗主要指設計性實驗或項目研發(fā)型實驗。研究探索型實驗總成績 =50%平時成績+50%期末成績。期末考試時,出12個設計性實驗或項目研發(fā)型實驗,分組或單獨并要求在規(guī)定時間內(nèi)完成。研究探索型實驗主要考核學生的動手能力、設計能力、創(chuàng)新能力和團隊合作能力,再結(jié)合實現(xiàn)預期目標程度以及答辯情況來綜合評定成績。

5.4提高教師工程實踐能力

計算機網(wǎng)絡專業(yè)是實踐性很強專業(yè),要勝任該專業(yè)教學,不僅要求教師具有扎實專業(yè)理論知識,還必須具有較強工程實踐能力。據(jù)了解,目前高校中相當一部分計算機網(wǎng)絡專業(yè)教師只具備前者,不具備后者。因此,必須采取各種形式提升教師工程實踐能力。例如,定期派遣教師外出參加計算機網(wǎng)絡專業(yè)技能培訓班,多讓教師參加網(wǎng)絡工程研討會;多讓教師參與工程項目實踐,如參與校園網(wǎng)的設計、施工、運行管理與維護,對外承攬一些計算機網(wǎng)絡工程項目等。

6 結(jié) 語

實驗課程改革必須符合CDIO工程教育思想,必須符合CDIO對實驗教學要求,通過構(gòu)建立體化實踐教學體系,構(gòu)建立體化網(wǎng)絡實驗平臺,構(gòu)建符合CDIO工程教育思想的實驗成績評測標準和提升教師工程實踐能力四個環(huán)節(jié)改革,通過對我院08級計算機本科專業(yè)學生一年多教學實踐證明,該改革方案行之有效,對培養(yǎng)工程性技術(shù)人才意義重大。但是,改革是一個永恒的課題,改革方案還需要在實踐中進一步檢驗,并不斷更新與完善。

[1]鄭毅敏,王春秀.工科實驗室建設的思考[J].實驗技術(shù)與管理,2008(1).

[2]丁宋濤,徐金寶,劉曉璐,屠立忠.基于CDIO的《操作系統(tǒng)原理》應用型本科教學改革初探[J].電腦知識與技術(shù),2010(33).

[3]于學斗.以CDIO為指導進行網(wǎng)絡安全實驗教學改革 [J].2001(5).

[4]郭娟娟.轉(zhuǎn)變實驗教學模式培養(yǎng)學生創(chuàng)新素質(zhì)理論探討,2009(7).

[5]沈奇,張燕,田祥宏.借鑒CDIO理念構(gòu)建實踐教學體系[J].計算機教育,2010(17).

[6]林英,李彤.信息安全專業(yè)“應用安全方向”CDIO實踐探索[J].計算機教育,2010(11).

[7]吳寶華,張艷,車成彬,楊秀春,顏碗茹.基于CDIO工程教育模式的高?；瘜W實驗教學改革的探索[J].黑龍江科技信息,2010(35).

The Reform Proposals in the Experimental Teaching of Computer Network Based on CDIO

QIN De-ze
(Computer Science and Engineering Hezhou University,Hezhou Guangxi 542800)

This paper analyzes the meaning of CDIO profoundly,which points out the problems in experimental teaching of computer network,and guides the reform in the experimental teaching of computer network with CDIO engineering educational thought.It brings forward a new applied and skilled reform plan.Over one year teaching practice proved that this reform plan is feasible which means a great deal to cultivating engineered technical talented.

CDIO;networking professional;experiment teaching;reform plan

TP3

A

1673-8861(2011)02-0110-04

2011-04-13

覃德澤(1962-),男,廣西藤縣人,賀州學院副教授。主要研究方向:領域為計算機網(wǎng)絡安全、計算機網(wǎng)絡安全風險評估。