面向“金課”建設的計算機網(wǎng)絡課程教學體系改革研究

趙璠 孫永科 張宏偉 王曉林 熊飛

摘要：信息技術(shù)作為我國目前及未來一段時間內(nèi)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級的主要支撐技術(shù)，相關專業(yè)合格人才的培養(yǎng)顯得尤為重要。計算機網(wǎng)絡作為信息技術(shù)專業(yè)的專業(yè)核心課程之一，由于課程內(nèi)容具有較強的理論性、邏輯性、抽象性和實踐性，通過傳統(tǒng)教學過程無法保證大多數(shù)學生達到應有的學習效果。因此，依托教育部提出的“金課”建設工程，比對所提出的相關標準，結(jié)合課程內(nèi)容特點和長期教學實踐經(jīng)驗，分別從理論教學體系、實驗教學手段和教學方式等角度提出了全方位教學改革方案。經(jīng)實際教學實踐驗證，這樣調(diào)整后能明顯提高學生學習效果、自主學習能力和依托理論知識獨立解決問題能力。

關鍵詞：金課;計算機網(wǎng)絡;理論教學;實驗手段;混合教學手段

21世紀以來，隨著以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，以及“互聯(lián)網(wǎng)+”被明確作為國家產(chǎn)業(yè)升級的戰(zhàn)略方向，整個經(jīng)濟社會發(fā)展的數(shù)字化進程加快，計算機技術(shù)成為推動經(jīng)濟社會發(fā)展的最具有創(chuàng)新活力的手段。同時，為貫徹落實在新時代下的全國高等學校本科教改要求，教育部于2018年印發(fā)《關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》（教高函〔2018〕8號）[1]，明確提出各高校要把教學改革成果落實到課程建設上，全面梳理各門課程的教學內(nèi)容，淘汰“水課”、打造“金課”，合理提升大學生的學業(yè)挑戰(zhàn)度、增加課程難度、拓展課程深度，切實提高課程教學質(zhì)量。

“計算機網(wǎng)絡”課程作為計算機和信息化類專業(yè)的核心課程之一，同時也是現(xiàn)代信息技術(shù)體系中的關鍵技術(shù)之一，該課程教學效果的好壞將關系到信息技術(shù)類畢業(yè)生適應現(xiàn)代社會的能力。因此，對照教育部“金課”建設工程的相關要求，根據(jù)計算機網(wǎng)絡課程的內(nèi)容特點和長期教學實踐的經(jīng)驗總結(jié)，分別從理論教學體系、實驗教學手段和教學方式等角度提出了全方位的教學改革方案，以期為提高學生的學習效果和創(chuàng)新能力奠定基礎，使他們在進入社會后能更好適應社會新的人才需求，并為我國如火如荼的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供人才保證。

1“金課”的基本內(nèi)涵和外延

從教育部文件給出的“金課”概念不難看出，只包含有“挑戰(zhàn)度、難度、深度”等幾個判斷標準，未給出明確定義和其內(nèi)涵、外延，因此許多高等教育研究工作者就其進行了廣泛的討論。湯曉蒙等[2]從與傳統(tǒng)精品課程建設對比的角度認為，“金課”從字面上就可以看出是含金量高的課程，其具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的特點，凡是符合教育教學規(guī)律，為專業(yè)人才培養(yǎng)目標和規(guī)格所必須，能夠較好地完成課程教學目標，促進學生全面發(fā)展的課，都是“金課”;吳銀銀[3]從“金課”建設的理論基礎分析中，提出建設“金課”就要改變以往輕松教學路線，通過有難度、挑戰(zhàn)度的教學豐滿課程內(nèi)容，以提升教學效果;劉斯文等[4]認為“金課”是指課程質(zhì)量高的課程，但這個“高”不是一成不變的，而是要隨著教育目標、培養(yǎng)方案的不斷變化而不斷分化才能實現(xiàn);湯智等[5]從學生學習效果的角度出發(fā)，認為“以學為中心”是“金課”范式的基本特征，使教學從“教”到“學”的轉(zhuǎn)變是其重要本質(zhì);真正把“水課”轉(zhuǎn)變成有深度、有難度、有挑戰(zhàn)度的“金課”。

從上述討論中不難看出，“金課”概念具有寬泛的定義，其中包含了多維的要求，究其核心從“教”的角度就是要重整教學內(nèi)容，突出教學重點、拔高教學深度，同時還要創(chuàng)新教學手段以服務于教學質(zhì)量的提升。因此，圍繞“金課”建設的要求，將其運用至計算機網(wǎng)絡課程教學中，具體從理論教學、實驗教學、教學手段等方面進行相關教學改革。

2 基于科學發(fā)展史的理論教學體系改革

在我國本科階段的培養(yǎng)方案中，計算機網(wǎng)絡課程是計算機和信息化類的專業(yè)核心課和其他相關專業(yè)的專業(yè)選修課，教學內(nèi)容以計算機網(wǎng)絡的體系層次結(jié)構(gòu)為邏輯展開，主要講述物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層和應用層的主要工作邏輯和相關協(xié)議設計思路。計算機網(wǎng)絡課程的難點知識點主要包括：分組交換技術(shù)、局域網(wǎng)工作原理、TCP/IP協(xié)議工作原理和應用層各協(xié)議工作機制等。這些知識點都具有共性學習特點，一是研究對象是抽象的計算機通信過程、二是無其他相類似課程幫助理解和記憶。

從計算機網(wǎng)絡知識體系中的重要理論來看，其產(chǎn)生和發(fā)展都經(jīng)歷了“發(fā)現(xiàn)問題—〉思考問題—〉解決問題—〉升華理論”的誕生過程，例如CSMA/CD協(xié)議就是為了克服利用公共線路進行點對點通信時極易出現(xiàn)的沖突問題而研究產(chǎn)生的。然而，目前可查到的計算機網(wǎng)絡課程教材，其內(nèi)容幾乎都是圍繞計算機網(wǎng)絡體系層次結(jié)構(gòu)的邏輯層次進行編寫，圍繞這一內(nèi)容結(jié)構(gòu)組織的教學主要介紹各層所涉及的知識點，這樣學生通過面授后只了解了每個知識點的內(nèi)容，以及和同層其他知識點之間的聯(lián)系，無法深入掌握各知識點特別是重要知識點的內(nèi)涵，就容易導致學生在考核時不會變通而丟分、在實際應用時知識儲備不足。因此，要解決這一問題，就需要在理論教學階段，從傳統(tǒng)按照邏輯體系組織的結(jié)構(gòu)，調(diào)整為在講解重點知識點時著重強調(diào)其產(chǎn)生背景及演化過程，幫助學生更好地理解該知識點的技術(shù)細節(jié)，這便是基于科學發(fā)展史的理論教學體系改革。

有相關研究[6]也表明，將科學的歷史和科學的本質(zhì)聯(lián)系在一起，這樣能進一步有助于學生：理解所有的科學定理都不是最終真理，在原則上還有變革和改進的空間，但一些基本概念已經(jīng)過大量實驗和觀察的證實，在未來不可能有大的變化;了解當通過實驗、模擬對研究對象的解釋時，若遇到與已有結(jié)論不一致的新證據(jù)時，就需要更新相關概念;認識到由于缺乏大量全面的實驗結(jié)果，不同研究者對同一對象得出不同解釋是正常的，這種分歧會隨著研究的深入而逐漸消除;意識到對已有科研成果還需加以包括審查、檢驗、找錯在內(nèi)的評價分析。

3基于虛擬仿真的實驗教學手段改革

計算機網(wǎng)絡課程的知識體系抽象性和實踐性較強，學生單純依靠理論教學所掌握的點狀知識體系，是無法深入地理解整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的實際運行過程，這就需要配合實驗教學進行彌補。傳統(tǒng)計算機網(wǎng)絡實驗教學需根據(jù)上課學生數(shù)量配備一定規(guī)模的路由器、交換機以配合網(wǎng)絡通信過程的分析，而隨著高校擴展和實驗室建設經(jīng)費緊張等因素，很難做到一人一機的實驗環(huán)境，此外，網(wǎng)絡技術(shù)的迅速發(fā)展，也使得高校計算機網(wǎng)絡實體實驗室的建設無法持續(xù)滿足課程實驗內(nèi)容的要求。因此，利用虛擬仿真技術(shù)支撐計算機網(wǎng)絡課程的實驗教學就成為最佳方案。