關(guān)鍵詞：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；教學(xué)改革；新工科；應(yīng)用創(chuàng)新型人才；教學(xué)案例

0 引言

隨著社會在新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)的推動下不斷進(jìn)步，各行業(yè)對人才的期望與需求已顯著轉(zhuǎn)變，尤其自2017 年教育部發(fā)布《教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》[1]以來，傳統(tǒng)以教師為主的“灌溉式”課堂教學(xué)已不能適應(yīng)行業(yè)的新發(fā)展需要。新工科建設(shè)的核心在于突出能力培養(yǎng)，特別是跨學(xué)科思維和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，體現(xiàn)在解決實(shí)際工程問題的能力，特別是處理復(fù)雜問題[2]。

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程作為網(wǎng)絡(luò)安全、大數(shù)據(jù)、人工智能等高校計算機(jī)類的專業(yè)核心基礎(chǔ)課程，其理論和實(shí)踐性較強(qiáng)。目前我國很多高校計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程在教學(xué)內(nèi)容和方法、教學(xué)實(shí)踐等方面存在一些問題，導(dǎo)致學(xué)生應(yīng)用和創(chuàng)新能力不足，無法適應(yīng)新時代各行業(yè)對人才的需求[3]，故計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)亟須改革。

1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中存在的問題

1.1 課程內(nèi)容抽象、繁雜、易混淆，學(xué)習(xí)難度較大

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程涉及網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、通信系統(tǒng)、地址規(guī)劃、路由尋址、端到端傳輸、應(yīng)用程序通信等內(nèi)容，其中很多傳輸過程無法實(shí)際看到，比較抽象。同時，部分知識點(diǎn)之間相似，容易混淆，加上該課程涉及的知識點(diǎn)繁多且分散，形成了明顯的“碎片化”特征[4]，這導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)難度較大。

1.2 教材內(nèi)容難以適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的新變化

由于網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)發(fā)展迅速，而教材內(nèi)容限于紙質(zhì)出版滯后等因素?zé)o法及時更新，比如5G、NFV、SDN、寬帶智能網(wǎng)等新技術(shù)，如果教師一味按照教材內(nèi)容授課，難以適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的新變化。

1.3 傳統(tǒng)教學(xué)方式難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

傳統(tǒng)以教師講授、學(xué)生被動接受為主的教學(xué)模式，加上計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程知識繁雜、理論抽象，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，長此以往，將導(dǎo)致學(xué)生上課打瞌睡、缺勤、厭學(xué)等問題。

1.4 實(shí)踐環(huán)節(jié)薄弱，學(xué)生應(yīng)用和創(chuàng)新能力不足

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)踐主要通過實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)，而實(shí)驗(yàn)往往設(shè)計成脫離實(shí)際應(yīng)用的簡單驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，比如進(jìn)行ARP協(xié)議驗(yàn)證、進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連通性測試等，缺乏對驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行拓展或引入適當(dāng)比例的設(shè)計性或綜合性實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可通過復(fù)習(xí)知識點(diǎn)加簡單配置命令就可以獨(dú)自完成實(shí)驗(yàn)，缺乏挑戰(zhàn)性和團(tuán)隊(duì)協(xié)作，并且實(shí)驗(yàn)采用模擬器進(jìn)行配置，缺乏網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，難以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用和創(chuàng)新能力。

1.5 缺乏完整過程性評價，難以對學(xué)生進(jìn)行個性化指導(dǎo)

傳統(tǒng)教學(xué)主要關(guān)注課中的學(xué)習(xí)情況，評價主要采用課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)報告和期末考試的形式進(jìn)行，對學(xué)生課前、課后的學(xué)習(xí)過程關(guān)注較少，缺乏完整過程性評價體系，難以做到個性化指導(dǎo)，會導(dǎo)致學(xué)生采用“背書式”應(yīng)付考試，難以真正理解和應(yīng)用知識。

2 課程目標(biāo)和內(nèi)容的改革

課程目標(biāo)在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式上起著指導(dǎo)作用，如何將專業(yè)能力培養(yǎng)需求與課程特性相結(jié)合，科學(xué)設(shè)定課程目標(biāo)，并確保其與畢業(yè)要求觀測點(diǎn)相契合，是課程建設(shè)的首要環(huán)節(jié)[5]。在網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國戰(zhàn)略的引領(lǐng)下，與時俱進(jìn)，緊跟時代和行業(yè)發(fā)展步伐，以新工科背景下應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計，將課程目標(biāo)設(shè)定與畢業(yè)要求指標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，真正以學(xué)生向社會輸出為導(dǎo)向進(jìn)行課程目標(biāo)改革。比如引入“了解網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)”的課程目標(biāo)，對應(yīng)“終身學(xué)習(xí)：具有終身學(xué)習(xí)的意識”的畢業(yè)要求指標(biāo)；引入“培養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)思維和工程思維[6]”的課程目標(biāo)，對應(yīng)“ 問題分析：具備發(fā)掘并解決復(fù)雜工程項(xiàng)目問題的能力”的畢業(yè)要求指標(biāo)。

教學(xué)除了傳授專業(yè)知識外，還要對學(xué)生進(jìn)行德育，幫助學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程內(nèi)容要潛移默化地融入思政元素，培養(yǎng)學(xué)生“四個自信”，積極思考、創(chuàng)新、工匠精神等品質(zhì)。比如涉及5G技術(shù)，列舉華為如何在技術(shù)封鎖的情況下，自力更生研究5G技術(shù)，并取得全球領(lǐng)先的思政案例。比如涉及GPON技術(shù)，引入華為發(fā)布業(yè)界首個商用 50G PON事件，激發(fā)學(xué)生的民族自豪感，引導(dǎo)學(xué)生樹立遠(yuǎn)大職業(yè)理想，爭取科技報國。

課程內(nèi)容充分利用網(wǎng)絡(luò)思維，注重章節(jié)之間、知識點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)，參考行業(yè)需求及國家軟考或華為認(rèn)證對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行增刪，并適當(dāng)引入新6UYvDSTy4dFM4VCBKlIvPEs3a/uHKMF2eaEC1VWyITU=技術(shù)。課程組將計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容分為概述、傳輸媒體、物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運(yùn)輸層、應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)安全共8個章節(jié)，具體如圖1所示。概述章節(jié)除了介紹一些基本概念，還對傳輸媒體、網(wǎng)絡(luò)5層體系結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)安全進(jìn)行概要說明。傳輸媒體章節(jié)主要對有線和無線傳輸媒體進(jìn)行詳細(xì)介紹，并適當(dāng)引入綜合布線的知識。中間5章分別對網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)5層進(jìn)行分層詳細(xì)闡述，通過封裝與解封裝過程進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并適當(dāng)加入新技術(shù)，比如無線網(wǎng)絡(luò)傳輸部分，加入5G知識。網(wǎng)絡(luò)安全章節(jié)是呼應(yīng)行業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全需求，介紹網(wǎng)絡(luò)安全的基本知識，讓學(xué)生掌握基本網(wǎng)絡(luò)安全技能，并引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注和思考網(wǎng)絡(luò)安全，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)的熱情。

教學(xué)實(shí)驗(yàn)對于提高學(xué)生實(shí)踐動手能力有很大幫助。課程組經(jīng)過充分調(diào)研，決定對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行3方面改革：一是對于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，除了讓學(xué)生驗(yàn)證某幾個知識點(diǎn)及相關(guān)配置命令外，還加入擴(kuò)展思考環(huán)節(jié)，提高學(xué)生思考和解決問題的能力，比如在進(jìn)行ARP協(xié)議驗(yàn)證時，加入ARP緩存中記錄時間是否越長越好，點(diǎn)對點(diǎn)鏈路為什么不執(zhí)行ARP的擴(kuò)展思考題；二是增加設(shè)計或綜合性實(shí)驗(yàn)；三是增加在實(shí)體網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上通過console口或telnet進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置的實(shí)驗(yàn)。

3 教學(xué)設(shè)計和方法的改革

為了改變傳統(tǒng)教學(xué)帶來的問題，引入線上線下混合式教學(xué)、基于問題或案例驅(qū)動教學(xué)、分組討論式教學(xué)方法。從注重課堂教學(xué)延伸至課前、課中和課后全環(huán)節(jié)管理。教學(xué)設(shè)計和方法注重以學(xué)生為中心，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、解決問題的能力。比如引入基于BOPPS 的線上線下混合式教學(xué)，具體如圖2 所示。BOPPPS 基于線下教學(xué)模型，分為“導(dǎo)入（B） 、教學(xué)目標(biāo)（O） 、前測（P） 、參與式學(xué)習(xí)（P） 、后測（P） 、總結(jié)（S） ”6個階段，具有“評價—反饋—改進(jìn)”的教學(xué)閉環(huán)[2]。本課程BOPPS教學(xué)主要分為課前、課中和課后三個階段，其中課前主要采用超星平臺線上學(xué)習(xí)的方式進(jìn)行，課中和課后主要采用線上和線下方式進(jìn)行。

導(dǎo)入采用基于問題或案例驅(qū)動的方式進(jìn)行，問題和案例的選擇注重結(jié)合學(xué)生日常生活或社會熱點(diǎn)新聞，引導(dǎo)學(xué)生主動思考，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。目標(biāo)主要是讓學(xué)生清晰知曉本次課學(xué)完到底要掌握哪些知識，重難點(diǎn)是什么，其中課中重難點(diǎn)會根據(jù)課前學(xué)生前測情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。前測主要通過在線測試的方式進(jìn)行（包括選擇、判斷、綜合題），主要關(guān)注學(xué)生課前學(xué)習(xí)的效果，對于前測中得分不高的知識點(diǎn)進(jìn)行課堂重點(diǎn)講解，做到有的放矢?？偨Y(jié)就是學(xué)生主動總結(jié)學(xué)習(xí)到的內(nèi)容，主要以思維導(dǎo)圖的方式進(jìn)行。參與式學(xué)習(xí)要求學(xué)生主動參與教學(xué)過程，通過設(shè)置問題、分組討論、學(xué)生上臺答辯等方式進(jìn)行。后測主要關(guān)注學(xué)生學(xué)完后，到底掌握了多少，包括線上和線下測試，線上測試的形式和前測類似，只是難度和深度有所增加，線下測試包括提問、階段性紙質(zhì)測試、實(shí)驗(yàn)。答疑和反饋通過線上QQ群、超星學(xué)習(xí)平臺或線下進(jìn)行。

對于繁雜的知識點(diǎn)，主要通過網(wǎng)絡(luò)思維進(jìn)行關(guān)聯(lián)，幫助學(xué)生理清楚知識脈絡(luò)。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)各章節(jié)之間通過封裝和解封裝進(jìn)行關(guān)聯(lián)，每章節(jié)內(nèi)容通過提問、案例等手段進(jìn)行關(guān)聯(lián)。每章節(jié)設(shè)計從一個提問開始，引導(dǎo)學(xué)生總體把控本章內(nèi)容，比如物理層提問如何透明傳輸比特流，數(shù)據(jù)鏈路層提問相鄰節(jié)點(diǎn)之間如何通信，網(wǎng)絡(luò)層提問不同主機(jī)間如何通信，運(yùn)輸層提問不同主機(jī)中的進(jìn)程之間是如何可靠或不可靠地傳輸數(shù)據(jù)。設(shè)計實(shí)際案例將較多零散的知識點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，比如分析從校內(nèi)外訪問學(xué)校網(wǎng)站過程的案例，可以將DNS、ARP、路由尋址、二層交換等知識進(jìn)行關(guān)聯(lián)，有利于提高學(xué)生綜合利用知識，解決實(shí)際問題的能力。采用工程思維設(shè)計實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，比如設(shè)計一個中小型學(xué)?；蚬镜木W(wǎng)絡(luò)，引入寬松的企業(yè)需求，給學(xué)生較多解決問題的空間，可以綜合考查傳輸媒體和接口的選擇、IP地址規(guī)劃、VLAN、路由協(xié)議配置、靜態(tài)路由、防火墻、WWW或DNS服務(wù)器配置、網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)等內(nèi)容。

為了解決網(wǎng)絡(luò)知識抽象的問題，教學(xué)設(shè)計引入動畫或視頻演示及類比方法。動畫或視頻演示能將各個靜態(tài)過程有機(jī)組合，并動態(tài)化，幫助學(xué)生理解步驟較多的抽象問題，提高空間想象能力。比如對于網(wǎng)絡(luò)各層封裝和解封裝的過程，設(shè)計動畫進(jìn)行展示，讓學(xué)生能清晰知曉整個動態(tài)過程。類比方法的核心是用已知的東西去理解未知的知識，幫助學(xué)生在已知和未知之間搭建橋梁。比如現(xiàn)在學(xué)生網(wǎng)購頻繁，對網(wǎng)購過程比較熟悉，對于路由尋址問題，可以類比郵政包裹的傳遞過程，每個包裹比作IP分組，包裹的格式比作IP首部格式（也需要源地址和目的地址等信息），包裹的投遞過程類比分組轉(zhuǎn)發(fā)過程，其中郵局系統(tǒng)查找路徑類比路由器查找轉(zhuǎn)發(fā)表。比如講授串行和并行通信，可以將串行通信比作開車排隊(duì)經(jīng)過一個狹窄的小道，一次只允許一輛車通過，而并行通信比作一個寬闊的大道，有多個車道，一次允許多輛車并排通過。

對于相似知識點(diǎn)容易混淆的問題，教學(xué)中引入對比教學(xué)。對比教學(xué)的原理是將多個容易混淆的知識點(diǎn)從多個角度進(jìn)行比較，以幫助學(xué)生更好地理解和掌握相似知識點(diǎn)。比如對于分組交換、報文交換和電路交換，很多學(xué)生容易混淆，可以加入對比教學(xué)，從數(shù)據(jù)單位、面向連接、存儲轉(zhuǎn)發(fā)、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)方面進(jìn)行對比，幫助學(xué)生理解相關(guān)知識點(diǎn)，具體內(nèi)容如表1所示。

對于設(shè)計性實(shí)驗(yàn)或開放性問題，設(shè)計采用分組討論和匯報的方式進(jìn)行。將班級5～7人分為1組，每組設(shè)置組長，并按照任務(wù)給組員進(jìn)行明確分工。每組選定選題后，允許經(jīng)過一段時間搜集資料和學(xué)習(xí)，最后以小論文的方式進(jìn)行呈現(xiàn)，并要求各組在指定時間內(nèi)向全班同學(xué)匯報和答辯，由其余同學(xué)和老師在給定的指標(biāo)下評分，最終得出每組成績。設(shè)計分組討論和匯報是為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和解決問題的能力。

思維導(dǎo)圖可以將復(fù)雜的信息通過圖形化的方式，結(jié)構(gòu)化地展現(xiàn)出來，有利于知識梳理，并清晰表達(dá)和分享知識，提升學(xué)生思考和總結(jié)、歸納能力。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程要求學(xué)生將總結(jié)以思維導(dǎo)圖的方式進(jìn)行呈現(xiàn)，并定期在超星平臺進(jìn)行展現(xiàn)，由教師和學(xué)生根據(jù)評價指標(biāo)進(jìn)行評分，選出優(yōu)秀的作品進(jìn)行上課展示，并由此作者進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)分享。借助這種方式，既可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行總結(jié)、查漏補(bǔ)缺，也可以分享學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，幫助學(xué)生掌握知識，提高學(xué)習(xí)能力。

4 教學(xué)評價的改革

傳統(tǒng)針對學(xué)生的教學(xué)評價主要通過課堂表現(xiàn)（20%） 、實(shí)驗(yàn)報告（10%） 和期末成績（70%） 三大模塊進(jìn)行，未能真正對學(xué)生整個學(xué)習(xí)過程進(jìn)行反饋。本課程采用形成性評價，并通過評價反饋教學(xué)，從而改進(jìn)教學(xué)，形成閉環(huán)。評價包括對學(xué)生課前、課中和課后三階段進(jìn)行，具體如表2所示。

在線學(xué)習(xí)主要根據(jù)學(xué)生在課前和課后在線學(xué)習(xí)時長和次數(shù)進(jìn)行折算，由于在線學(xué)習(xí)平臺采用超星，有較好的防作弊手段，能較大程度保證學(xué)生平時進(jìn)行真正學(xué)習(xí)，將課堂延伸到課外。課堂表現(xiàn)由任課教師根據(jù)學(xué)生上課專注度和活躍度進(jìn)行評分，特別關(guān)注學(xué)生上課打瞌睡、私下聊天、做與本課程無關(guān)事情等減分情況。考勤通過學(xué)習(xí)通在線簽到和課堂線下點(diǎn)名相結(jié)合，根據(jù)學(xué)生總到課率進(jìn)行考核，其間剔除學(xué)生由于生病、因別的重要事情沖突等辦理了正規(guī)請假的情況。實(shí)驗(yàn)主要根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程（20%） 、實(shí)驗(yàn)報告（60%） 和擴(kuò)展思考（20%） 進(jìn)行評分。前測關(guān)注學(xué)生課前參與學(xué)習(xí)的情況，主要關(guān)注測試結(jié)果。階段性測試和期末測試主要關(guān)注學(xué)生課中、課后的學(xué)習(xí)情況。整個考核指標(biāo)覆蓋課前、課中、課后全學(xué)習(xí)過程，能較好地完成形成性評價。

5 課程建設(shè)成效

本課程改革始于2021年，其間進(jìn)行了4輪教學(xué)實(shí)踐，形成了完善的教學(xué)大綱、教案、課件、實(shí)驗(yàn)報告、超星在線學(xué)習(xí)平臺、題庫、案例、總結(jié)報告、QQ交流群等教學(xué)資源。第4輪結(jié)束后，學(xué)生的上課表現(xiàn)、測試成績、調(diào)查滿意度等指標(biāo)都有所上升。比如未改革前，課堂氣氛比較沉悶消極，甚至有打瞌睡的情況，改革后，學(xué)生上課積極性高（課堂氛圍活躍、前排出現(xiàn)搶座的現(xiàn)象、在分組討論中能大膽提出想法），在設(shè)計性實(shí)驗(yàn)或開放性問題中能積極查閱資料解決問題。比如考試及格率由未改革前的73%上升到96%，平均分由72分上升到83分。通過在QQ群或超星平臺多次發(fā)放課堂滿意度調(diào)查問卷統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，學(xué)生普遍表示改革后該課程能較好地激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，能切實(shí)學(xué)到有用知識，不懂的問題可以通過超星平臺、線下等多種方式得到及時解答，對老師評分普遍在96分以上。同時，從測試中的簡答或論述題分析，學(xué)生普遍會加入理解和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行答題，能舉一些實(shí)際案例進(jìn)行論證，而不是未改革前的“照本宣科”。

6 結(jié)束語

在新工科背景下，如何有效地對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程進(jìn)行改革，以滿足應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求是一個需要長期探索的課題，本文從計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課堂現(xiàn)狀出發(fā)，對課程目標(biāo)和內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計和方法、教學(xué)評價3 方面進(jìn)行改革，并在實(shí)踐教學(xué)中取到了良好效果，學(xué)生主動性、解決問題的能力均有較大提升。后期課程組將探索建立知識圖譜、引入“AI+教育”等方式進(jìn)一步深化計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)。