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計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程研究性教學(xué)實(shí)踐探析

2024-01-24 08:52鄭瑞娟孫士保朱軍龍劉銘劉牧華
電腦知識(shí)與技術(shù) 2023年34期
關(guān)鍵詞:研究性教學(xué)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程思政

鄭瑞娟 孫士保 朱軍龍 劉銘 劉牧華

摘要:依據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程人才培養(yǎng)目標(biāo),重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容并形成多維知識(shí)地圖,構(gòu)建“Ⅵ級(jí)迭代”研究性教學(xué)模式,基于課程設(shè)定的“點(diǎn)-線-面”式研討任務(wù)脈絡(luò)和開放式的教學(xué)資源體系,發(fā)布揭榜掛帥任務(wù),逐層設(shè)定實(shí)驗(yàn)實(shí)戰(zhàn),自主科研成果融入等多種方式層層遞進(jìn),培養(yǎng)學(xué)生科研思維和創(chuàng)新能力,發(fā)揮課程在研究性教學(xué)育人中的引領(lǐng)示范作用。

關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò);教學(xué)改革;科研融入;課程思政;研究性教學(xué)

中圖分類號(hào):G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1009-3044(2023)34-0088-03

開放科學(xué)(資源服務(wù))標(biāo)識(shí)碼(OSID)

1 課程建設(shè)基礎(chǔ)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程總64學(xué)時(shí),其中理論學(xué)時(shí)56,實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)8,是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)/物聯(lián)網(wǎng)工程全日制本科二年級(jí)學(xué)生、軟件工程專業(yè)全日制本科三年級(jí)學(xué)生的專業(yè)核心基礎(chǔ)課程。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程現(xiàn)為第二批國(guó)家級(jí)一流本科課程、河南省線上線下混合式一流本科課程,河南省線上一流本科課程、河南省課程思政樣板課程、河南省精品在線開放課程。

2019年3月,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程上線超星泛雅在線開放課程平臺(tái)(https://mooc1.chaoxing.com/course/205895648.html) ,目前在超星平臺(tái)選課2 688人,頁(yè)面瀏覽量5 583 014次;2019年4月,課程上線嗶哩嗶哩(https://www.bilibili.com/ video/BV1K4411t7jp/) ,目前播放15.4萬(wàn)次、收藏4814次、轉(zhuǎn)發(fā)883次、彈幕數(shù)2 469個(gè);2019年底,課程上線學(xué)堂在線(https://www.xuetangx.com/course/haust08091001998/4231347) ,課程的整體質(zhì)量受到廣泛認(rèn)可,目前社會(huì)選課人數(shù)達(dá)到8 790人,課程活躍度超過(guò)96.35%的課程,學(xué)員遍布全國(guó)所有?。ㄗ灾螀^(qū)),此外,美國(guó)、日本、韓國(guó)、英國(guó)、葡萄牙、烏克蘭具有學(xué)員選課,中原工學(xué)院、河北建筑工程學(xué)院和甘肅省理工中等專業(yè)學(xué)校3所學(xué)校共493人采用本課程作為線上資源開展了SPOC教學(xué);2021年9月,課程上線中國(guó)大學(xué)慕課網(wǎng)(https://www.icourse163.org/course/HAUST-1462095177) ,目前選課人數(shù)3 774人;2022年初,課程被推薦登錄國(guó)家高等教育智慧教育平臺(tái)(https://higher.smartedu.cn/course/62f2e0ea1fdc0303f43a8195) 。

基于學(xué)堂在線、中國(guó)大學(xué)慕課網(wǎng)、超星泛雅、雨課堂等平臺(tái),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程依據(jù)“先進(jìn)性、綜合性、開放性、研究性”的建設(shè)要求,在課程體系、教學(xué)資源、課程思政和教學(xué)方法上進(jìn)行了改革創(chuàng)新。課程內(nèi)容曾獲第二屆全國(guó)高校教育教學(xué)創(chuàng)新大賽三等獎(jiǎng)、河南省課堂創(chuàng)新大賽特等獎(jiǎng)、全國(guó)教師教育教學(xué)信息化交流二等獎(jiǎng)、河南省線上教學(xué)優(yōu)秀課程一等獎(jiǎng)、河南省教學(xué)技能競(jìng)賽一等獎(jiǎng)、河南省教育教學(xué)信息化交流一等獎(jiǎng)。

2 研究性建設(shè)內(nèi)容與措施

2.1 建設(shè)目標(biāo)

在網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)[1-2]的戰(zhàn)略指引下,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程依托河南科技大學(xué)工科特色突出的優(yōu)勢(shì),秉承本專業(yè)“厚基礎(chǔ)、寬口徑、重實(shí)踐、求創(chuàng)新”的人才培養(yǎng)目標(biāo),針對(duì)新時(shí)代大學(xué)生“個(gè)性化學(xué)習(xí)、我的課堂我做主”的學(xué)習(xí)需求,課程以Internet體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議原理為知識(shí)載體,有機(jī)融合家國(guó)情懷和科學(xué)實(shí)踐精神,以知識(shí)傳授與培養(yǎng)社會(huì)主義核心價(jià)值觀相結(jié)合的原則,構(gòu)建系統(tǒng)的課程思政體系,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)、科學(xué)實(shí)踐、價(jià)值素養(yǎng)三位一體的課程目標(biāo)[3-4] 。

1) 知識(shí):領(lǐng)會(huì)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)工作機(jī)制、各類協(xié)議的本質(zhì)內(nèi)涵及未來(lái)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)原理知識(shí)。

2) 能力:應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)手段,構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、開發(fā)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及應(yīng)用軟件;運(yùn)用科學(xué)方法分析協(xié)議內(nèi)涵,評(píng)價(jià)協(xié)議性能,評(píng)判網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題并給出解決思路。

3) 素養(yǎng):培養(yǎng)學(xué)思結(jié)合,知行統(tǒng)一,具備踏實(shí)嚴(yán)謹(jǐn)、耐心專注、吃苦耐勞等優(yōu)秀品質(zhì),具有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)技能、職業(yè)道德、職業(yè)意識(shí),具備“精益求精,追求卓越”的工匠精神[5]、有溫度有情懷有技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)人才。

2.2 基本要求

本課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)科平臺(tái)必修課和主干課,在專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中占有重要地位,可以作為其他相關(guān)專業(yè)的選修課。本課程旨在繼高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)等課程后,引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)網(wǎng)絡(luò)體系及其協(xié)議,培養(yǎng)其工程知識(shí)應(yīng)用、問(wèn)題分析、解決方案、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究等專業(yè)基本能力[6-7]。給學(xué)生提供參與設(shè)計(jì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的機(jī)會(huì),培養(yǎng)其工程意識(shí)和科研能力。

挖掘思政要素,將中原文化[8]“兼容眾善、合而成體”的特征應(yīng)用于課程思政實(shí)踐,形成“融中原文武國(guó)風(fēng)古韻,育德智雙修網(wǎng)絡(luò)新才”的課程思政脈絡(luò)。

2.3 研討內(nèi)容設(shè)計(jì)

1) 重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容,形成多維知識(shí)地圖

針對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)多、雜、散等特點(diǎn),梳理了知識(shí)體系的脈絡(luò)及知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)部耦合關(guān)系,重點(diǎn)圍繞互聯(lián)網(wǎng)的核心知識(shí)點(diǎn),從概念、原理、應(yīng)用、安全四個(gè)維度重構(gòu)課程內(nèi)容,形成“網(wǎng)絡(luò)概述-網(wǎng)絡(luò)體系-新型網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)安全”計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)地圖,體系脈絡(luò)更加清晰、組織結(jié)構(gòu)更加合理,如圖1所示。

2) 圍繞知識(shí)地圖,搭建“點(diǎn)-線-面”式研討任務(wù)脈絡(luò)

以網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)為核心,緊緊圍繞“網(wǎng)絡(luò)概述-網(wǎng)絡(luò)體系-新型網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)安全”知識(shí)地圖,將網(wǎng)絡(luò)概述、新型網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)安全內(nèi)容融入網(wǎng)絡(luò)體系的內(nèi)容和研討任務(wù)體系,按照“基礎(chǔ)-指導(dǎo)-衍生-反饋-優(yōu)化-推動(dòng)”的內(nèi)容耦合關(guān)系重組計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的“大網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)”研討任務(wù),從門派討論話題、揭榜掛帥任務(wù)、個(gè)性探究展示、科研前沿技術(shù)、實(shí)驗(yàn)實(shí)戰(zhàn)練兵、課程綜合設(shè)計(jì)6個(gè)層面設(shè)定了涵蓋核心網(wǎng)絡(luò)原理知識(shí)點(diǎn)的原理驗(yàn)證(點(diǎn))、特定工作層次傳輸方式的模式探究(線)、新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)化辨析和綜合網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的仿真?zhèn)鬏敚妫┰趦?nèi)的研討任務(wù)脈絡(luò)。如圖2所示。

2.4 教學(xué)方法與策略

基于課程設(shè)定的“點(diǎn)-線-面”式研討任務(wù)脈絡(luò)和開放式的教學(xué)資源體系,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程在教學(xué)實(shí)踐中,形成了課程教師、出師學(xué)長(zhǎng)、企業(yè)導(dǎo)師、競(jìng)賽教練組建形成的“網(wǎng)絡(luò)武林盟主團(tuán)”。通過(guò)“盟主”引領(lǐng),注重引導(dǎo)學(xué)生面向?qū)嶋H應(yīng)用需求和新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),將課程組的科研研究成果引入教學(xué)過(guò)程,在原理課堂、PBL話題、揭榜掛帥、實(shí)驗(yàn)實(shí)戰(zhàn)、個(gè)性化展示、科研成果融入等多個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中,通過(guò)“門派”協(xié)作、探究、PK的方式去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、辨析原理、制定方案、實(shí)現(xiàn)算法或完成設(shè)計(jì),在部分章節(jié)中嘗試教學(xué)與科研的深度融合,據(jù)此形成“Ⅵ級(jí)迭代”研究性教學(xué)模式,如圖3所示。

1) 發(fā)布揭榜掛帥任務(wù),碰撞網(wǎng)絡(luò)科研火花

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程要求學(xué)生在領(lǐng)會(huì)各類協(xié)議的本質(zhì)內(nèi)涵的基礎(chǔ)上,能夠運(yùn)用科學(xué)方法分析協(xié)議內(nèi)涵、評(píng)價(jià)協(xié)議性能。在相關(guān)協(xié)議工作原理的基礎(chǔ)上,鼓勵(lì)學(xué)生嘗試通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)協(xié)議的核心工作過(guò)程,或抓取網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)中的各層數(shù)據(jù)單元,對(duì)其首部控制、地址字段進(jìn)行分析和解釋。據(jù)此,課程組發(fā)布了7個(gè)揭榜掛帥任務(wù),學(xué)生以門派為單位自愿揭榜,完成對(duì)應(yīng)的編程、抓包、分析和解釋過(guò)程,并能夠?qū)Σ煌瑢?shí)現(xiàn)方法帶來(lái)的不同性能、可能存在的邊界問(wèn)題以及改進(jìn)的必要性在門派之內(nèi)進(jìn)行探討、在門派之間進(jìn)行分享,碰撞出網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及其改進(jìn)方向的科研火花。

2) 逐層設(shè)定實(shí)驗(yàn)實(shí)戰(zhàn),增強(qiáng)行業(yè)應(yīng)用能力

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運(yùn)輸層和應(yīng)用層設(shè)置了4個(gè)具有較強(qiáng)綜合性和設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。內(nèi)容基于具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,可使用華為公司的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)eNSP完成,也可以在真實(shí)的華為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上完成,具有較高的靈活性。虛擬局域網(wǎng)配置實(shí)驗(yàn)使學(xué)生能夠領(lǐng)會(huì)當(dāng)前流行的局域網(wǎng)連接方式及工作模式,并完成配置和分析;靜態(tài)路由配置實(shí)驗(yàn)使學(xué)生理解路由器的工作原理的同時(shí),能夠根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行路由表生成方式的對(duì)比與選擇;TCP協(xié)議分析實(shí)驗(yàn)使學(xué)生對(duì)所學(xué)的協(xié)議理論進(jìn)行直觀的對(duì)比分析,能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)協(xié)議的工作過(guò)程給出可能的改進(jìn)思路;Web服務(wù)器配置與HTTP分析實(shí)驗(yàn)使學(xué)生能夠面對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,對(duì)應(yīng)用過(guò)程中存在的協(xié)議問(wèn)題進(jìn)行分析、實(shí)現(xiàn),并能夠利用保留字段嘗試優(yōu)化應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)中采用國(guó)產(chǎn)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備——華為企業(yè)網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)eNSP,培養(yǎng)學(xué)生的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)意識(shí),增強(qiáng)學(xué)生的技術(shù)自信和民族文化自信。

3) 自主科研成果融入,聚合科研與教學(xué)良性互動(dòng)

課程組負(fù)責(zé)人鄭瑞娟教授為河南省高??萍紕?chuàng)新團(tuán)隊(duì)——未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的團(tuán)隊(duì)帶頭人,課程組多數(shù)教師為該團(tuán)隊(duì)成員。團(tuán)隊(duì)在移動(dòng)云與物聯(lián)網(wǎng)、下一代互聯(lián)網(wǎng)方向上,形成了鮮明的研究特色和技術(shù)優(yōu)勢(shì),并在學(xué)術(shù)理論和應(yīng)用技術(shù)上取得了一系列突破性進(jìn)展。將團(tuán)隊(duì)研究成果中的理論創(chuàng)新和技術(shù)突破與對(duì)應(yīng)的課程內(nèi)容有機(jī)融合,如網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)引入ICN和NDN、碼分復(fù)用技術(shù)延展到5G技術(shù)、分組轉(zhuǎn)發(fā)算法拓展了SDN和移動(dòng)自組網(wǎng)進(jìn)展、路由算法結(jié)合生物啟發(fā)原理引出智慧路由思想、網(wǎng)絡(luò)安全補(bǔ)充了多網(wǎng)并行的網(wǎng)絡(luò)安全模型、新型網(wǎng)絡(luò)則從云平臺(tái)可信管理/物聯(lián)網(wǎng)綜合安全/邊緣計(jì)算多維協(xié)同機(jī)制幾個(gè)方面引導(dǎo)學(xué)生的科研思維和創(chuàng)新能力。

3 特色創(chuàng)新

3.1 重構(gòu)知識(shí)地圖,構(gòu)建“點(diǎn)-線-面”式研討任務(wù)脈絡(luò)

將網(wǎng)絡(luò)概述、新型網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)安全內(nèi)容融入網(wǎng)絡(luò)體系的內(nèi)容和研討任務(wù)體系,按照“基礎(chǔ)-指導(dǎo)-衍生-反饋-優(yōu)化-推動(dòng)”的內(nèi)容耦合關(guān)系重組計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的“大網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)”研討任務(wù),從門派討論話題、揭榜掛帥任務(wù)、個(gè)性探究展示、科研前沿技術(shù)、實(shí)驗(yàn)實(shí)戰(zhàn)練兵、課程綜合設(shè)計(jì)6個(gè)層面設(shè)定了涵蓋核心網(wǎng)絡(luò)原理知識(shí)點(diǎn)的原理驗(yàn)證(點(diǎn))、特定工作層次傳輸方式的模式探究(線)、新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)化辨析和綜合網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的仿真?zhèn)鬏敚妫┰趦?nèi)的研討任務(wù)脈絡(luò)。

3.2 依托網(wǎng)絡(luò)武林盟主團(tuán),形成“Ⅵ級(jí)迭代”研究性教學(xué)模式

形成課程教師、出師學(xué)長(zhǎng)、企業(yè)導(dǎo)師、競(jìng)賽教練組建形成的“網(wǎng)絡(luò)武林盟主團(tuán)”。通過(guò)“盟主”引領(lǐng),注重引導(dǎo)學(xué)生面向?qū)嶋H應(yīng)用需求和新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),將課程組的科研研究成果引入教學(xué)過(guò)程,在原理課堂、PBL話題、揭榜掛帥、實(shí)驗(yàn)實(shí)戰(zhàn)、個(gè)性化展示、科研成果融入等多個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中,通過(guò)“門派”協(xié)作、探究、PK的方式去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、辨析原理、制定方案、實(shí)現(xiàn)算法或完成設(shè)計(jì),在部分章節(jié)中嘗試教學(xué)與科研的深度融合,形成“Ⅵ級(jí)迭代”研究性教學(xué)模式。

3.3 發(fā)布揭榜掛帥任務(wù),碰撞網(wǎng)絡(luò)技術(shù)科研火花

鼓勵(lì)學(xué)生嘗試通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)協(xié)議的核心工作過(guò)程,或抓取網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)中的各層數(shù)據(jù)單元,對(duì)其首部控制、地址字段進(jìn)行分析和解釋。據(jù)此,課程組發(fā)布了7個(gè)揭榜掛帥任務(wù),學(xué)生以門派為單位自愿揭榜,完成對(duì)應(yīng)的編程、抓包、分析和解釋過(guò)程,并能夠?qū)Σ煌瑢?shí)現(xiàn)方法帶來(lái)的不同性能、可能存在的邊界問(wèn)題等在門派之內(nèi)進(jìn)行探討、在門派之間進(jìn)行分享,碰撞網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及改進(jìn)方向的科研火花。

3.4 自主科研成果融入,聚合科研與教學(xué)良性互動(dòng)

依托課程組在移動(dòng)云與物聯(lián)網(wǎng)、下一代互聯(lián)網(wǎng)方向上所形成的鮮明研究特色和技術(shù)優(yōu)勢(shì),將學(xué)術(shù)理論和應(yīng)用技術(shù)的一系列突破性進(jìn)展與對(duì)應(yīng)的課程內(nèi)容有機(jī)融合,如網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)引入ICN和NDN、碼分復(fù)用技術(shù)延展到5G技術(shù)、分組轉(zhuǎn)發(fā)算法拓展了SDN和移動(dòng)自組網(wǎng)進(jìn)展、路由算法結(jié)合生物啟發(fā)原理引出智慧路由思想、網(wǎng)絡(luò)安全補(bǔ)充了體系多網(wǎng)并行的網(wǎng)絡(luò)安全模型、新型網(wǎng)絡(luò)從云平臺(tái)可信管理/物聯(lián)網(wǎng)綜合安全/邊緣計(jì)算多維協(xié)同機(jī)制方面引導(dǎo)學(xué)生的科研思維和創(chuàng)新能力。

4 結(jié)論

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程通過(guò)研究性教學(xué)改革與創(chuàng)新,打造一支教學(xué)與科研深度融合的教學(xué)團(tuán)隊(duì),形成較完備的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究性教學(xué)資源庫(kù)和應(yīng)用案例庫(kù),為培養(yǎng)學(xué)生批判性思維、科研創(chuàng)新和實(shí)踐能力提供有力的知識(shí)、工程和科研經(jīng)驗(yàn)支撐,發(fā)揮課程在研究性教學(xué)育人中的引領(lǐng)示范作用。

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【通聯(lián)編輯:王力】

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