新工科理念下的計算機網絡教學

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1引言

2017年2月，教育部《關于開展新工科研究與實踐的通知》，在通知中要求高校根據國家發展戰略的人才需要，對工程教育的新理念、新模式、新結構、新質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，教育部辦公廳關于印發《高等學校人工智能創新行動計劃》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點，以培養能夠面向未來、適應和引領新經濟的理論與實踐能力并重，具備創新能力的網絡技術人才為目標，對計算機網絡課程教學改革與建設進行探討。

2計算機網絡課程及教學中存在的問題

計算機網絡是計算機及相關專業的一門必修課程，與實際應用聯系緊密，知識更新較快。計算機網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，對現行的計算機網絡的教學進行深入分析，發現以下問題：

（1）教學內容過于偏重理論，增加了學習難度

作為地方應用型本科院校，人才培養目標是“立足地方，以培養應用型人才為主要目標，直接為經濟建設和社會事業發展服務”。教師也都認可學校的應用型人才培養的教學定位，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，采用以網絡體系結構和協議為主的教學方式，課程的內容構成以網絡體系結構的層次為主線，以各層次的主要作用、相關協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《計算機網絡》，雖然理論體系完整，但概念及原理較多，且對于網絡工程實踐的內容較少。這種教學模式與內容結構這對于研究型大學的人才培養也許是合適的，但對于地方應用型本科院校的學生來說，如果此前沒有組網的操作體驗，就可能會覺得內容比較抽象，難于理解。

（2）實驗內容與網絡應用有距離，不利于激發學生學習興趣

由于理論教學以網絡體系結構和各層次的協議為主要內容，所以實驗教學也主要是對協議工作機制的驗證，如協議的包結構與交互機制分析。對于一個沒有物理網絡構建體驗的初學者說，一下子進行協議的包結構編輯與工作機制分析，會覺得學習曲線較為陡峭，不利于激發學生的學習興趣與探究網絡的熱情。如果在課程中添加網絡構建、交換機配置、路由器配置等實驗，又會發現課程內容與實驗內容相互脫節。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的要求有一定差距

計算機網絡技術已為成當前信息社會的基石，市場對于網絡工程人才是需求不斷提高。現有的教學內容與人才培養，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、自主創新能力，具有工匠精神的高素質復合型人才的要求，還有一定距離。

3“新工科”理念指引下的計算機網絡課程建設探索

根據新工科建設的深化工程教育改革，培養高素質復合型人才為新經濟發展服務的理念，針對計算機網絡課程教學中存在的問題，我們進行了以下探索。

3.1重構教學內容，實現網絡應用和體系結構并重

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

3.2探究式的計算機網絡教學方法

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設與此學習對象相關的學習情境，教師向全班學生提出若干富有啟發性、能引起學生深入思考、并與當前學習對象密切相關的問題，讓全班學生帶著這些問題去探究。經過學生認真的自主探究、積極思考后，進入協作交流階段。在教師的組織、協調和引導下，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，對學習成果進行分析歸納，并可聯系實際，對當前知識點進行深化、遷移與提高。如何根據教學目標設計情境，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，給出一個訪問網絡的情境，根據已學習知識可知，網絡訪問中是通過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站的IP地址。我們一般是如何定位到要訪問網站的？通過IP地址難以記憶的問題，引出域名的概念與域名結構；其次，通過大家都熟悉的手機中的聯系人姓名與電話號碼，以及打電話的流程，說明聯系人到電話號碼的轉換，即聯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故障不能工作了，我們還可以訪問網絡嗎？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。充分體現學生的主體地位，有力激發學生的自主動能性。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，更有利于創新思維與創新能力的形成與發展，有利于創新人才的培養。

3.3以工程應用為中心，以能力培養目標，進行實驗教學改革

實驗教學是計算機網絡課程教學的重要組成部分，是學生工程實踐和創新能力培養的重要環節。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。將以協議工作機制為主要內容的實驗，改變為以培養工程實踐能力為中心。調整后的實驗主要包括組網實驗（包含小型局域網構建與VLAN配置、中型局域網與路由配置、局域網冗余策略、NAT配置等）、網絡通信（包括UDP、TCP的Socket通信實現）、網絡服務（主要包括DNS、WWW、DHCP等網絡服務器配置與實現）。第二，問題引導、層次遞進式的實驗內容設計。對于一個實驗項目可以包含理解知識點的基本內容、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，激發學生的學習興趣，培養學生的工程思維與創新能力。

3.4通過多種形式，培養學生實踐能力與科技創新意識

通過校企合作，讓學生深入到工程第一線，體驗崗位職責；聘請行業或企業的資深專家就當前的網絡技術的發展趨勢、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發展的最前沿的狀態。通過開放實驗室，為培養學生實踐能力提供場所；鼓勵學生進行華為或銳捷的網絡工程師認證學習；鼓勵學生結合自已的興趣愛好，自主進行創新設計與訓練，培養學生的知識交叉融合能力和科技創意意識。

4結束語

在“新工科”建設的理念指導下，分析了計算機網絡教學中存在的問題，以網絡工程應用為契入點，重構教學內容，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，激發學習興趣；以工程應用為中心，能力培養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新意識。經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新能力的提升。