新工科理念下的計算機網(wǎng)絡教學

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1引言

2017年2月，教育部《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》，在通知中要求高校根據(jù)國家發(fā)展戰(zhàn)略的人才需要，對工程教育的新理念、新模式、新結(jié)構(gòu)、新質(zhì)量與新體系等進行研究，深化工程教育改革，由此開啟了新工科研究與建設之路。6月，教育部《關(guān)于推薦新工科研究與實踐項目的通知》，進一步為新工科建設指出了方向與途徑。2018年3月，教育部辦公廳《教育部辦公廳關(guān)于公布首批“新工科”研究與實踐項目的通知》，4月，教育部辦公廳關(guān)于印發(fā)《高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃》的通知，進一步推進“新工科”建設的全面開展。本文以新工科建設思想為指導理念，以地方本科院校工程教育改革為出發(fā)點，以培養(yǎng)能夠面向未來、適應和引領新經(jīng)濟的理論與實踐能力并重，具備創(chuàng)新能力的網(wǎng)絡技術(shù)人才為目標，對計算機網(wǎng)絡課程教學改革與建設進行探討。

2計算機網(wǎng)絡課程及教學中存在的問題

計算機網(wǎng)絡是計算機及相關(guān)專業(yè)的一門必修課程，與實際應用聯(lián)系緊密，知識更新較快。計算機網(wǎng)絡課程的教學對教師的理論水平與實踐能力都有較高的要求。從收集到教學反饋上看，部分學生反應此課程學習難度較大，學習積極性不高。在新工科理念指導下，對現(xiàn)行的計算機網(wǎng)絡的教學進行深入分析，發(fā)現(xiàn)以下問題：

（1）教學內(nèi)容過于偏重理論，增加了學習難度

作為地方應用型本科院校，人才培養(yǎng)目標是“立足地方，以培養(yǎng)應用型人才為主要目標，直接為經(jīng)濟建設和社會事業(yè)發(fā)展服務”。教師也都認可學校的應用型人才培養(yǎng)的教學定位，但在實際工作中，教師可能會由于先前教學的慣性，或者自身學習與研究經(jīng)歷，不自覺地向研究型大學靠近，使得在實際教學偏重理論，增加了學習難度。從教學方式來講，采用以網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議為主的教學方式，課程的內(nèi)容構(gòu)成以網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的層次為主線，以各層次的主要作用、相關(guān)協(xié)議及其工作機制為教學重點。教材采用高校使用較多的謝希仁的《計算機網(wǎng)絡》，雖然理論體系完整，但概念及原理較多，且對于網(wǎng)絡工程實踐的內(nèi)容較少。這種教學模式與內(nèi)容結(jié)構(gòu)這對于研究型大學的人才培養(yǎng)也許是合適的，但對于地方應用型本科院校的學生來說，如果此前沒有組網(wǎng)的操作體驗，就可能會覺得內(nèi)容比較抽象，難于理解。

（2）實驗內(nèi)容與網(wǎng)絡應用有距離，不利于激發(fā)學生學習興趣

由于理論教學以網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)和各層次的協(xié)議為主要內(nèi)容，所以實驗教學也主要是對協(xié)議工作機制的驗證，如協(xié)議的包結(jié)構(gòu)與交互機制分析。對于一個沒有物理網(wǎng)絡構(gòu)建體驗的初學者說，一下子進行協(xié)議的包結(jié)構(gòu)編輯與工作機制分析，會覺得學習曲線較為陡峭，不利于激發(fā)學生的學習興趣與探究網(wǎng)絡的熱情。如果在課程中添加網(wǎng)絡構(gòu)建、交換機配置、路由器配置等實驗，又會發(fā)現(xiàn)課程內(nèi)容與實驗內(nèi)容相互脫節(jié)。這樣會給教師的教學與學生的學習，都會帶來一定的困難。

（3）與新工科對人才培養(yǎng)的要求有一定差距

計算機網(wǎng)絡技術(shù)已為成當前信息社會的基石，市場對于網(wǎng)絡工程人才是需求不斷提高。現(xiàn)有的教學內(nèi)容與人才培養(yǎng)，與新工科建設的具有較強的工程實踐能力、自主學習能力與交叉學科整合能力、自主創(chuàng)新能力，具有工匠精神的高素質(zhì)復合型人才的要求，還有一定距離。

3“新工科”理念指引下的計算機網(wǎng)絡課程建設探索

根據(jù)新工科建設的深化工程教育改革，培養(yǎng)高素質(zhì)復合型人才為新經(jīng)濟發(fā)展服務的理念，針對計算機網(wǎng)絡課程教學中存在的問題，我們進行了以下探索。

3.1重構(gòu)教學內(nèi)容，實現(xiàn)網(wǎng)絡應用和體系結(jié)構(gòu)并重

為更好地適合應用型本科的教學，我們以網(wǎng)絡應用為契入點，以能力培養(yǎng)為目標，將網(wǎng)絡原理與工程應用相結(jié)合，對計算機網(wǎng)絡的課程內(nèi)容進行重構(gòu)。重構(gòu)之后的課程內(nèi)容，除了計算機網(wǎng)絡的發(fā)展與網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)介紹之外，主要由三大部分組成：網(wǎng)絡構(gòu)建與數(shù)據(jù)傳輸部分：主要包括傳輸介質(zhì)、交換機與路由器原理與簡要配置、VLAN、無線網(wǎng)絡、IP協(xié)議與IP地址、ARP協(xié)議、ICMP協(xié)議、路由及路由選擇協(xié)議等，通過這部分的內(nèi)容的學習，掌握計算機網(wǎng)絡的構(gòu)建方法，理解IP地址與MAC地址，以及計算機之間數(shù)據(jù)包的傳輸機制，增強學生對網(wǎng)絡的感性認知。網(wǎng)絡通信部分：主要包括TCP、UDP協(xié)議的基本工作機制，掌握基本的進程間通信的的編程實現(xiàn)。可采用Python來實現(xiàn)TCP、UDP的最基本的Socket通信。網(wǎng)絡服務部分：主要包括DNS、FTP、Telnet、WWW、電子郵件、DHCP等，通過這部分的內(nèi)容讓學生理解網(wǎng)絡服務的工作機制，掌握網(wǎng)絡服務的配置與實現(xiàn)。

3.2探究式的計算機網(wǎng)絡教學方法

當前由于智能手機的影響，課堂上如何聚集學生的注意力，激發(fā)學生的學習興趣與熱情，對教師提出了更高的要求。為此，我們在教學中采用開放探究式教學模式。探究式教學模式是指在教學過程中，教師根據(jù)教學目標，通過問題、任務等多種形式，使用適宜的教學手段來創(chuàng)設與此學習對象相關(guān)的學習情境，教師向全班學生提出若干富有啟發(fā)性、能引起學生深入思考、并與當前學習對象密切相關(guān)的問題，讓全班學生帶著這些問題去探究。經(jīng)過學生認真的自主探究、積極思考后，進入?yún)f(xié)作交流階段。在教師的組織、協(xié)調(diào)和引導下，讓學生進行思路交流、觀點碰撞、成果分享。最后，教師引導學生對問題進行回答與總結(jié)，對學習成果進行分析歸納，并可聯(lián)系實際，對當前知識點進行深化、遷移與提高。如何根據(jù)教學目標設計情境，科學地設計問題，是探究式教學的重點。以域名服務為例，首先，給出一個訪問網(wǎng)絡的情境，根據(jù)已學習知識可知，網(wǎng)絡訪問中是通過IP地址定位要訪問的計算機的，此時可以提問：大家記得哪些網(wǎng)站的IP地址？很明顯一般情況下，沒有人能夠記得多少知名網(wǎng)站的IP地址。我們一般是如何定位到要訪問網(wǎng)站的？通過IP地址難以記憶的問題，引出域名的概念與域名結(jié)構(gòu)；其次，通過大家都熟悉的手機中的聯(lián)系人姓名與電話號碼，以及打電話的流程，說明聯(lián)系人到電話號碼的轉(zhuǎn)換，即聯(lián)系人到電話號碼的解析，引導出域名解析的概念。每個人的手機中的通信錄最小，是本地解析。域名可以用一個服務器來完成所有的域名解析嗎？由此引出分布式的域名解析的概念，以及域名服務器的各類、功能及域名解析的流程。我們可以進一步地擴展，是不是每次通過域名訪問網(wǎng)絡，都要去訪問本地域名服務器或者根域名服務器呢？由此引出域名緩存。如果本地域名服務器出現(xiàn)故障不能工作了，我們還可以訪問網(wǎng)絡嗎？這樣引導學生進一步地思考與探究。在設定的情境中，通過層次遞進式提出問題，引導學生進行主動地進行思考與探究。充分體現(xiàn)學生的主體地位，有力激發(fā)學生的自主動能性。通過探究式教學模式不僅可以較深入地達到對知識技能的理解與掌握，更有利于創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力的形成與發(fā)展，有利于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

3.3以工程應用為中心，以能力培養(yǎng)目標，進行實驗教學改革

實驗教學是計算機網(wǎng)絡課程教學的重要組成部分，是學生工程實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。在新工科建設理念的指導下，從以下兩方面進行實驗教學改革。首先，實驗項目的設置。將以協(xié)議工作機制為主要內(nèi)容的實驗，改變?yōu)橐耘囵B(yǎng)工程實踐能力為中心。調(diào)整后的實驗主要包括組網(wǎng)實驗（包含小型局域網(wǎng)構(gòu)建與VLAN配置、中型局域網(wǎng)與路由配置、局域網(wǎng)冗余策略、NAT配置等）、網(wǎng)絡通信（包括UDP、TCP的Socket通信實現(xiàn)）、網(wǎng)絡服務（主要包括DNS、WWW、DHCP等網(wǎng)絡服務器配置與實現(xiàn)）。第二，問題引導、層次遞進式的實驗內(nèi)容設計。對于一個實驗項目可以包含理解知識點的基本內(nèi)容、包含多個已學知識點的綜合任務和針對實際工程場景的設計性擴展任務，通過階梯層次式遞進設計與問題引導，讓學生在解決問題過程，自主思考，理解與掌握的理論知識，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的工程思維與創(chuàng)新能力。

3.4通過多種形式，培養(yǎng)學生實踐能力與科技創(chuàng)新意識

通過校企合作，讓學生深入到工程第一線，體驗崗位職責；聘請行業(yè)或企業(yè)的資深專家就當前的網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展趨勢、研究熱點、應用熱點等，對學生專題講座，讓學生近距離地了解行業(yè)發(fā)展的最前沿的狀態(tài)。通過開放實驗室，為培養(yǎng)學生實踐能力提供場所；鼓勵學生進行華為或銳捷的網(wǎng)絡工程師認證學習；鼓勵學生結(jié)合自已的興趣愛好，自主進行創(chuàng)新設計與訓練，培養(yǎng)學生的知識交叉融合能力和科技創(chuàng)意意識。

4結(jié)束語

在“新工科”建設的理念指導下，分析了計算機網(wǎng)絡教學中存在的問題，以網(wǎng)絡工程應用為契入點，重構(gòu)教學內(nèi)容，使之更適合于地方院校應用型本科的教學。引入探究式教學方法，增加學生的參與度，激發(fā)學習興趣；以工程應用為中心，能力培養(yǎng)為目標進行實驗教學改革，通過多種形式提供學生提升實踐能力和科技創(chuàng)新意識。經(jīng)過一個學期的教學實踐，這種教學改革有利于提高學生課堂注意力和學習的積極性，有利于工程實踐能力與創(chuàng)新能力的提升。