基于OBE理念的“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)模式研究

陳振偉 李瑞霞

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)；實(shí)踐教學(xué)；OBE理念

1“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)”課程的地位

“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，如果只是講授理論，學(xué)習(xí)和練習(xí)課后習(xí)題的例子，就不足以深入理解其相關(guān)知識。而“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”是大多數(shù)信息類專業(yè)的核心專業(yè)課程，在專業(yè)培養(yǎng)方案中具有舉足輕重的地位。以理論為主的教學(xué)模式并不能夠滿足“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程的教學(xué)，使學(xué)生無法深入理解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)協(xié)議，更難以勝任工作崗位中的規(guī)劃和設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而難以實(shí)現(xiàn)對學(xué)生網(wǎng)絡(luò)思維能力和應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)知識解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)。因此，“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程在培養(yǎng)方案中一般會有一門對應(yīng)的實(shí)踐課程——“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)”，或在“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程中附加實(shí)踐學(xué)時。

“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)”課程側(cè)重于應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論知識解決實(shí)際問題，很好地彌補(bǔ)了“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程理論的不足，著重培養(yǎng)學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐能力。

2傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式分析

“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)”課程是在學(xué)習(xí)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，為深化學(xué)生對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論的理解，提高學(xué)生的動手能力而開設(shè)的，其實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為提高學(xué)生的知識應(yīng)用水平而設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括交換機(jī)的配置、路由器的配置、局域網(wǎng)的連接、網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、報文的分析、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)的配置及網(wǎng)絡(luò)安全策略的配置等。通過這一系列實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，切實(shí)提高學(xué)生的實(shí)際動手能力，深化其計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論知識的理解，培養(yǎng)更多具有網(wǎng)絡(luò)工程師水平的人才。

目前，“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)”課程的開展形式主要有兩種。

一是在實(shí)體設(shè)備（如路由器、交換機(jī)等）上進(jìn)行操作，通過一系列的網(wǎng)絡(luò)配置，實(shí)現(xiàn)某項(xiàng)功能。這種方式在一定程度上鍛煉了學(xué)生的動手能力，但大多數(shù)高校由于經(jīng)費(fèi)的限制，且擴(kuò)招、學(xué)生規(guī)模增大，無法滿足學(xué)生人手一臺設(shè)備進(jìn)行操作。因此，往往分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時，不可避免地一部分學(xué)生得到了鍛煉，另一部分學(xué)生卻沒有完全理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。而且往往這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是驗(yàn)證性項(xiàng)目，很難以O(shè)BE工程教育理念來培養(yǎng)學(xué)生綜合能力，進(jìn)而學(xué)生的能力水平也無法得到及時的反饋。

二是利用計(jì)算機(jī)機(jī)房，借助虛擬化仿真工具來完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，基本可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生人手一臺計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。目前，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)常用的仿真工具主要有兩種，一種是思科的packet tracer，另一種是華為的eNSP，報文分析常用的工具為wireshark。這種方式可以通過仿真工具設(shè)計(jì)規(guī)模較大的網(wǎng)絡(luò)，讓學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)有更宏觀的認(rèn)識，而這種設(shè)計(jì)在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行實(shí)物組建是很難實(shí)施的。授課教師往往會先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的講解，然后會演示實(shí)驗(yàn)操作步驟，這會占用一定的實(shí)驗(yàn)時間，而往往學(xué)生的實(shí)驗(yàn)時間是有限的。如果學(xué)生課下沒有預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，可能對仿真工具、網(wǎng)絡(luò)配置命名不熟悉，造成學(xué)生很難達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。這需要教師對學(xué)生進(jìn)行深入指導(dǎo)，但很難照顧到所有學(xué)生。

以上兩種形式均很難達(dá)到教師期望的實(shí)驗(yàn)效果，最后導(dǎo)致學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報告千篇一律，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容重復(fù)率較高。

3OBE工程教育理念

OBE（Outcome based education，OBE）教育理念，又稱為成果導(dǎo)向教育、能力導(dǎo)向教育、目標(biāo)導(dǎo)向教育或需求導(dǎo)向教育。OBE教育理念是一種以成果為目標(biāo)導(dǎo)向、以學(xué)生為本，采用逆向思維的方式進(jìn)行的課程體系的建設(shè)理念，是一種先進(jìn)的教育理念[2-5]。

在“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)中引入OBE工程教育理念，以學(xué)生為中心，以學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出（成果）為導(dǎo)向，強(qiáng)調(diào)過程監(jiān)控，把實(shí)驗(yàn)教學(xué)的大部分時間交給學(xué)生，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，強(qiáng)調(diào)過程評價，及時反饋，最終實(shí)現(xiàn)更好的教學(xué)效果。

4OBE理念下的實(shí)驗(yàn)過程

為了落實(shí)OBE理念，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施的過程中，切忌以教師為主導(dǎo)，要把主要實(shí)踐學(xué)時交給學(xué)生，以學(xué)生為中心，指導(dǎo)教師主要做到實(shí)踐項(xiàng)目的目標(biāo)要求、過程監(jiān)控、成果（產(chǎn)出）考核，從而提高學(xué)生的主動學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)造性思維。要切實(shí)打破傳統(tǒng)的“教師帶著學(xué)生做，學(xué)生被動接受”的實(shí)踐課堂模式。具體實(shí)施流程如圖1所示。

5實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí)施

5.1傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐模式

針對傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐模式，首先由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師講解本次實(shí)驗(yàn)的目的，然后講解實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容。接著學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師給出的本次實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書按步驟完成該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師進(jìn)行過程指導(dǎo)，最后給出本次實(shí)驗(yàn)的總結(jié)。

這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式雖然也能完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，但由于實(shí)驗(yàn)任務(wù)是固定的，項(xiàng)目的設(shè)計(jì)內(nèi)容也是固定的，學(xué)生很難發(fā)揮自己的主觀能動性來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。而且，所有學(xué)生完成的實(shí)驗(yàn)任務(wù)都是相同的，這會導(dǎo)致所有學(xué)生設(shè)計(jì)的項(xiàng)目幾乎完全一致，也會導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)報告內(nèi)容重復(fù)率過高，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維。

5.2OBE理念下的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐模式

為了達(dá)成OBE工程教育理念的目標(biāo)[6]，需要重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，可采用如下流程：（1）課前下達(dá)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，該任務(wù)不能是具體的項(xiàng)目任務(wù)，準(zhǔn)確來說應(yīng)該是項(xiàng)目的目標(biāo)。這有利于學(xué)生發(fā)揮自己的創(chuàng)造性思維來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；（2）講解實(shí)驗(yàn)過程中用到的重要知識內(nèi)容（該部分大約占10%實(shí)踐課日寸）；（3）學(xué)生自主進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)踐（該部分約占50％實(shí)踐課時）；（4）實(shí)踐結(jié)果考核，對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目完成情況及完成效果進(jìn)行反饋（該部分約占30%實(shí)踐課時）；（5）對完成情況進(jìn)行總結(jié)，反饋（該部分約占10％實(shí)踐課時）；（6）課后對學(xué)生進(jìn)行及時線上答疑。

以“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)”課程中的IPv6實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)為例，實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案如表1所列。

在該案例的實(shí)施中，具體步驟如下。

（1）提出本次實(shí)踐項(xiàng)目的達(dá)成目標(biāo)。該步驟結(jié)合OBE產(chǎn)出導(dǎo)向思想，提出本次實(shí)驗(yàn)要完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：利用IPv6技術(shù)完成一個網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)并配置該網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)其互聯(lián)互通。具體要求如下：自行構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，拓?fù)渲兄辽侔?個路由器和5個網(wǎng)絡(luò)：在構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)上啟用IPv6協(xié)議，通過配置實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的連通，IPv6網(wǎng)段自行分配：通過IPv6協(xié)議的配置，理解并掌握IPv6的地址特點(diǎn)和配置方法。

（2）強(qiáng)調(diào)本次項(xiàng)目所用的知識點(diǎn)。該步驟以回顧的形式用很短的時間強(qiáng)調(diào)IPv6的基礎(chǔ)知識。

IPv6擁有三種表示形式。標(biāo)準(zhǔn)形式，由于IPv6地址多達(dá)128位，通常是用冒分16進(jìn)制法表示，即X：X：X：X：X：X：X：X。例如，fec0：ffe0： c512：4ab0：OOOa：aa12：0000：3cc3。壓縮形式，例如，fec0：：ffOc：0：0：elcl或fec0：0：O：0：ffOc：：elcl。兼容IPv4的表示形式，例如，0：0：0：0：0：0：218. 197. 12. 101或：：218.197.12.101。IPv6地址在使用時的格式如圖2所示。

以一個實(shí)例的形式，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)IPv6地址及路由的配置方法，如圖3所示。

通過課前準(zhǔn)備好的實(shí)例，可用邊演示邊講解的方式強(qiáng)調(diào)IPv6地址和路由的配置方法。整個過程大約需10分鐘完成。

（3）學(xué)生自主開始實(shí)施實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

（4）項(xiàng)目成果驗(yàn)收。在該階段，逐個對學(xué)生的項(xiàng)目完成情況進(jìn)行驗(yàn)收。

（5）對完成情況進(jìn)行總結(jié)、反饋。該部分對學(xué)生完成情況進(jìn)行總結(jié)，對學(xué)生項(xiàng)目驗(yàn)收過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行反饋，并進(jìn)行針對性的講解。

6教學(xué)改革效果分析

將OBE教育理念貫穿于“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)過程中，自我院“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)”課程在網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)2019級和2020級實(shí)施以來，學(xué)生的整體能力得到了很大的提高，完成度越來越好，提交的報告重復(fù)率也大大降低。具體情況統(tǒng)計(jì)如表2所列。

通過表2可以看出，按照OBE理念實(shí)施教學(xué)后，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課堂上的完成情況要好很多，絕大部分學(xué)生在課堂上能夠達(dá)成實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：從最后提交的實(shí)驗(yàn)報告來看，報告的重復(fù)率大大降低，相應(yīng)學(xué)生的成績也得到了提高。不過，OBE理念的實(shí)施，要求授課教師在課下做大量的準(zhǔn)備工作。

7結(jié)束語

OBE理念是一種先進(jìn)的工程教育理念，本文針對當(dāng)前“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)中存在的問題，在“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)中引入OBE理念，更新教學(xué)內(nèi)容，重新設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，結(jié)合實(shí)際開展教學(xué)，注重教師的引導(dǎo)作用，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，以調(diào)動學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性來達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，最終在教學(xué)中取得了良好的效果。