“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術(shù)”課程教學(xué)改革實踐

摘要：本文就改進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術(shù)”課程教學(xué)提出了一系列措施，并結(jié)合新工科人才培養(yǎng)理念進(jìn)行了探討。首先，通過思政教育與課程內(nèi)容的融合，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注科技發(fā)展對社會和個人的影響，并培養(yǎng)正確的價值觀和工程倫理觀。其次，緊密關(guān)聯(lián)理論知識與實踐，提升學(xué)生的實踐和動手能力。此外，及時補(bǔ)充產(chǎn)業(yè)動態(tài)和前沿技術(shù)，更新教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的前瞻性思維和創(chuàng)新意識。最后，采用多樣化的教學(xué)形式和方法，創(chuàng)造積極互動的學(xué)習(xí)環(huán)境。通過這些措施，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)理論與實踐的銜接，培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力和創(chuàng)新能力，使其成為適應(yīng)現(xiàn)代科技發(fā)展需求的新工科人才。這些改革措施對于提高“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術(shù)”課程教學(xué)的質(zhì)量和效果具有積極的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術(shù)；教學(xué)改革；思政教育；工程思維為導(dǎo)向；新工科建設(shè)

一、引言

為應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革所帶來的重大挑戰(zhàn)，教育部于2017年積極推進(jìn)“新工科”的建設(shè)和持續(xù)深化，旨在超前布局相關(guān)新興、新型、新生核心領(lǐng)域的專業(yè)建設(shè)與高素質(zhì)復(fù)合型工程科技人才的培養(yǎng)，以為我國未來科技創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)升級、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國際競爭力提升等提供不竭動力^[1-2]。其中，教育部也明確了“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術(shù)”課程是面向“互聯(lián)網(wǎng)+”課程體系下的重要組成部分^[3-4]。

然而，現(xiàn)有的“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術(shù)”課程主要采用以知識講授為主的教學(xué)方式，存在一些問題，包括思政元素與課程內(nèi)容契合度不高、理論學(xué)習(xí)與動手實踐結(jié)合度不夠、產(chǎn)業(yè)動態(tài)與前沿技術(shù)介紹不足等，難以滿足“新工科”教育理念下的人才培養(yǎng)目標(biāo)。許多學(xué)生由于缺乏工程實踐經(jīng)驗，難以準(zhǔn)確理解互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)及其各層處理機(jī)制，對于各類復(fù)雜協(xié)議的問題、應(yīng)用場景、具體操作以及流程等方面缺乏清晰的認(rèn)識，導(dǎo)致“學(xué)以致用”的效果不佳。

為解決這些問題，本文從“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術(shù)”課程的知識特點出發(fā)，結(jié)合“新工科”教育理念^[5]，提出了一套教學(xué)改革方案。該方案主要包括優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、增加實際案例分析以及強(qiáng)化模擬系統(tǒng)調(diào)試等措施。通過將立德樹人和知識理論與具體實踐緊密結(jié)合，旨在引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的價值觀與良好的職業(yè)素養(yǎng)，加深學(xué)生對相關(guān)協(xié)議體制和細(xì)節(jié)的理解，并提升其分析和解決復(fù)雜工程問題的能力。同時，該方案也旨在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術(shù)”課程的教學(xué)質(zhì)量和效果。

二、現(xiàn)有不足分析

“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術(shù)”是一門與其他理論課程不同的課程，它主要圍繞TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）協(xié)議體系開展教學(xué)。這門課程的核心內(nèi)容是講解一個復(fù)雜工程系統(tǒng)的體系架構(gòu)和運行機(jī)理，涉及不同層次上多個實體之間的交互關(guān)系和約定操作，具有鮮明的工程實踐特點。在學(xué)習(xí)這門課程時，學(xué)生需要首先了解所學(xué)協(xié)議的提出背景和設(shè)計初衷，才能對其技術(shù)細(xì)節(jié)和處理流程進(jìn)行深入理解。然而，目前該課程的教學(xué)方式存在一些問題：

（一）思政元素與課程內(nèi)容契合度不高

工科類專業(yè)課往往更注重專業(yè)知識的傳授，而在思政元素方面存在一定不足。在課程設(shè)計中，需要更加重視思政元素的引入，并合理安排示例的比重、融合度和多樣性。同時，還應(yīng)根據(jù)具體課程內(nèi)容，全程貫穿立德樹人理念，有針對性地引導(dǎo)學(xué)生形成正確的價值觀，增強(qiáng)工程倫理意識，養(yǎng)成職業(yè)道德規(guī)范，培養(yǎng)科學(xué)研究精神。只有這樣，才能使思政元素在教學(xué)中恰當(dāng)?shù)匕l(fā)揮作用，促進(jìn)學(xué)生成長和全面發(fā)展。

（二）理論學(xué)習(xí)與動手實踐結(jié)合度不夠

當(dāng)前的教學(xué)內(nèi)容按照TCP/IP協(xié)議棧的分層模型進(jìn)行組織，整體邏輯清晰且內(nèi)容豐富。然而，有一些問題仍需要解決。首先，工程背景介紹較少，這使學(xué)生很難將抽象的協(xié)議工作流程與實際運行情況聯(lián)系起來。其次，應(yīng)用案例對應(yīng)的實例較少，缺乏實際場景的示范，難以幫助學(xué)生理解復(fù)雜步驟背后的設(shè)計動機(jī)和操作邏輯。另外，課程實驗部分主要集中在相關(guān)協(xié)議的操作過程上，缺乏基于協(xié)議知識推理的具體實踐，導(dǎo)致學(xué)生在機(jī)械地完成任務(wù)后并沒有深入理解協(xié)議原理。

（三）產(chǎn)業(yè)動態(tài)與前沿技術(shù)介紹不多

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”新業(yè)態(tài)的不斷涌現(xiàn)，新型網(wǎng)絡(luò)范式不斷推陳出新。例如，軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）和軟件功能虛擬化（NFV）等新興網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)在商業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。然而，當(dāng)前的課程內(nèi)容主要集中在相對基礎(chǔ)且成熟度較高的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議上，對于產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的痛點問題和相關(guān)前沿技術(shù)的原理介紹過于簡略。這不利于學(xué)生創(chuàng)新意識和能力的培養(yǎng)，也不利于學(xué)生對相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展動態(tài)和趨勢的了解。

（四）教學(xué)形式有限課堂吸引力不強(qiáng)

當(dāng)前課程的教學(xué)形式主要以教師的講解為主。盡管使用生動的幻燈片可以幫助學(xué)生形象地理解相關(guān)知識點，但由于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議涉及的概念較多且處理流程復(fù)雜，學(xué)生對課程的接受度和參與度相對較低。隨著時間的推移，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性也逐漸減弱，導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量不如人意。

雖然在課程中設(shè)置實驗環(huán)節(jié)可以部分地促使學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，并提高他們的實際動手能力，但由于學(xué)生對相關(guān)知識的理解不夠充分，再加上協(xié)議配置的繁瑣性，學(xué)生多半是按部就班地完成既定任務(wù)，缺乏對相關(guān)流程的必要思考和反推。因此，實際效果并不理想。

三、教學(xué)改革措施

為了彌補(bǔ)上述不足，基于“新工科”背景來進(jìn)行“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術(shù)”的教學(xué)改革。這一改革的核心是將價值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)三個方面有機(jī)地結(jié)合起來^[6]。具體措施有：

（一）思政教育與課程內(nèi)容的深度融合

立德樹人是大學(xué)教育工作的核心任務(wù)，它將思政教育與專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合起來，旨在塑造學(xué)生正確的價值觀，培養(yǎng)良好的專業(yè)素養(yǎng)與創(chuàng)新精神。在“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術(shù)”課程中，采用了逐步細(xì)化的知識講授體系，在合適的時間點引入相關(guān)行業(yè)發(fā)展歷程、標(biāo)志性事件解讀、代表性人物介紹和科研創(chuàng)新案例說明等思政教育元素。通過這種多元化的教學(xué)方式，成功地將品德修養(yǎng)、愛國情懷、工程倫理和職業(yè)規(guī)范等核心價值觀與該課程的各章節(jié)內(nèi)容有效銜接，貫穿于教學(xué)的整個過程中。這樣，在潛移默化中激發(fā)學(xué)生的認(rèn)同感和歸屬感，以及對科技報國責(zé)任感和使命感的培養(yǎng)。同時，通過循循善誘的方式，培養(yǎng)學(xué)生良好的職業(yè)道德與操守，并以務(wù)實、踏實、精益求精的態(tài)度以及鍥而不舍的奮斗精神，不斷追求創(chuàng)新。

在介紹相關(guān)技術(shù)發(fā)展歷程與趨勢時，可以著重講述我國在一些關(guān)鍵領(lǐng)域取得的重大突破，以激發(fā)學(xué)生的愛國熱情和民族自豪感。例如，可以提到我國在通信領(lǐng)域取得的突破，比如5G技術(shù)的研發(fā)和部署，以及我國企業(yè)如華為、中興在全球市場上的競爭力。此外，可以通過一系列標(biāo)志性事件，如華為、中興被美國惡意打壓，以及相關(guān)企業(yè)近年來在逆境中生存并穩(wěn)步前行的事例，來喚起學(xué)生的憂患意識和培養(yǎng)他們踏實肯干、勇于創(chuàng)新的精神。當(dāng)介紹到具體協(xié)議技術(shù)細(xì)節(jié)時，應(yīng)當(dāng)著重強(qiáng)調(diào)背后所對應(yīng)的行為準(zhǔn)則。這意味著所有參與方不僅要遵守約定和規(guī)則，以實現(xiàn)復(fù)雜的互動和協(xié)同，而且要保持開放、包容的態(tài)度，在平等相待的基礎(chǔ)上共同進(jìn)步和發(fā)展。這樣可以為學(xué)生樹立正確的工程倫理觀，并增強(qiáng)他們的團(tuán)隊協(xié)作意識和能力。

（二）理論知識與具體實踐的緊密關(guān)聯(lián)

互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議體制的設(shè)計與演變由實際需求驅(qū)動并具有明確的工程實踐背景。因此，在講述相關(guān)知識點時，需要重視理論和實際應(yīng)用之間的對應(yīng)關(guān)系。

首先，可以對原有教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹貥?gòu)和補(bǔ)充，通過引入工程思維來介紹和講解相關(guān)技術(shù)的概況、流程和細(xì)節(jié)?？梢詮陌l(fā)現(xiàn)問題、分解問題和解決問題的角度來展開，將復(fù)雜的處理邏輯由淺入深、循序漸進(jìn)地呈現(xiàn)。同時，通過示例說明和操作演示來幫助學(xué)生理解和應(yīng)用。其次，在相關(guān)知識點講解完畢后，可以設(shè)計實驗題目，以現(xiàn)實場景或日常事例為背景。要求學(xué)生使用Wireshark、華為eNSP（Enterprise Network Simulation Platform）等軟件工具及時完成對所學(xué)協(xié)議的相關(guān)配置和測試驗證。通過動手實踐，將所學(xué)知識與具體應(yīng)用相關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)認(rèn)知盲區(qū)，并通過觀察實驗現(xiàn)象進(jìn)行推理和反思。通過這樣的過程，加深對課上所學(xué)內(nèi)容的理解，提升動手實踐和學(xué)以致用的能力。

例如，在講述分布式路由協(xié)議OSPF（Open Shortest Path First）時，可以首先介紹其提出的背景，即RIP（Routing Information Protocol）協(xié)議的局限性。然后，介紹OSPF協(xié)議的基本特點，并重點分析其整體設(shè)計思路，即通過路由器之間的協(xié)作來獲取全網(wǎng)的拓?fù)潢P(guān)系，并使用最短路徑算法（SPF，Shortest Path First）求得節(jié)點之間的最短路徑。接下來，具體介紹協(xié)議的交互流程和操作細(xì)節(jié)，包括鄰居關(guān)系的建立和鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫的同步，以及本地節(jié)點的Dijkstra算法和路由表的添加。最后，在課堂上使用eNSP演示單域OSPF協(xié)議的運行過程，并要求學(xué)生完成相關(guān)實驗作業(yè)，以鞏固所學(xué)知識和提高動手能力。

（三）產(chǎn)業(yè)動態(tài)與前沿技術(shù)的合理補(bǔ)充

隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大和領(lǐng)域的延伸，原始設(shè)計思想已難以滿足當(dāng)今用戶日益復(fù)雜和多元化的通信需求。各種新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷涌現(xiàn)并投入大量商用。為了讓學(xué)生更好地了解和把握當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)趨勢和業(yè)內(nèi)發(fā)展動態(tài)，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情和興趣，可以采用研究性教學(xué)的方式。

基于“以教為學(xué)”的理念，可以采用“翻轉(zhuǎn)課堂”的形式。教師適當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)和啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和知識拓展，鼓勵他們主動探索特定議題。學(xué)生可以通過團(tuán)隊合作進(jìn)行調(diào)研，并根據(jù)自己感興趣的議題進(jìn)行深入研究。他們可以閱讀大量文獻(xiàn)，整理相關(guān)技術(shù)的產(chǎn)生背景、提出動機(jī)、基本原理、協(xié)議流程、技術(shù)優(yōu)勢和未來前景等內(nèi)容。

在課堂上，學(xué)生可以利用演示幻燈片的方式呈現(xiàn)他們的研究成果，并回答其他同學(xué)提出的問題。通過這種方式，可以鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、歸納總結(jié)、團(tuán)隊協(xié)作和語言表達(dá)能力。同時，教師可以根據(jù)學(xué)生的匯報內(nèi)容，重點講解學(xué)生對相關(guān)技術(shù)的理解誤區(qū)和遺漏的問題，并指導(dǎo)學(xué)生完成相關(guān)報告的撰寫。

通過這樣的研究性教學(xué)方式，可以更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和科研能力。學(xué)生不僅能夠了解當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢和各行業(yè)對通信網(wǎng)絡(luò)的需求，還能夠深入研究特定議題并形成自己的理解和觀點。這種綜合能力的培養(yǎng)將使他們更好地適應(yīng)今后的工作和研究。

（四）教學(xué)形式與方法的多樣化開展

在OBE（Outcomes-based Education）理念下，重新構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術(shù)”課程內(nèi)容，可以通過理論與實踐相結(jié)合的方式，將理論講授、實驗指導(dǎo)和研究性教學(xué)有機(jī)融合起來，重視實踐元素，激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)其工程思維能力、實際動手能力和觸類旁通的能力。

在理論講授階段，可以通過線上和線下相結(jié)合的方式進(jìn)行。課前可以提供一些基礎(chǔ)知識、科普視頻等資料供學(xué)生預(yù)習(xí)。課堂上可以通過多媒體手段對難點問題進(jìn)行詳細(xì)講解、操作演示和案例說明，引導(dǎo)學(xué)生理解協(xié)議機(jī)制、應(yīng)用場景和處理邏輯。在實驗指導(dǎo)階段，注重培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和動手能力，鞏固課堂上所學(xué)的知識。要求學(xué)生通過協(xié)議配置了解所需的輸入?yún)?shù)，通過抓包分析明確實體間的交互流程和攜帶的信息，通過異常結(jié)果找到知識漏洞和認(rèn)知偏差，通過推理、討論和驗證形成準(zhǔn)確的理解。

在研究性教學(xué)階段，主要培養(yǎng)學(xué)生的科研能力?？梢圆捎谩胺D(zhuǎn)課堂”的方式，引導(dǎo)學(xué)生基于已學(xué)知識對當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)進(jìn)行深入調(diào)研。通過大量文獻(xiàn)閱讀、小組討論、課堂展示、問題回答和報告撰寫，培養(yǎng)學(xué)生工程思維邏輯，使他們能夠把握未來網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢和前沿技術(shù)的核心要點。如此，學(xué)生能夠在實踐中鞏固理論知識，學(xué)以致用。學(xué)生不僅能夠了解互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術(shù)的理論知識，還能夠應(yīng)用該知識解決實際問題，并具備研究和創(chuàng)新的能力。

四、結(jié)束語

“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術(shù)”作為“新工科”課程的一部分，在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代具有重要的意義。然而，目前該課程主要采用知識傳授的方式進(jìn)行教學(xué)，存在一些諸如思政元素融入不夠、理論與實踐結(jié)合度低、前沿技術(shù)補(bǔ)充不足以及教學(xué)吸引力不強(qiáng)的問題。這導(dǎo)致該課程難以滿足“新工科”教育理念下的人才培養(yǎng)目標(biāo)。為此，可以從“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術(shù)”課程的特點出發(fā)，探索并實踐出一套教學(xué)改革方案。該方案旨在培養(yǎng)學(xué)生正確的價值觀和良好的職業(yè)素養(yǎng)，同時加深學(xué)生對互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與技術(shù)的理解并提高他們解決復(fù)雜工程問題的能力。實踐表明，這個方案取得了良好的效果。

通過課堂問題回答、考試成績以及學(xué)生評價等方面的反饋，可以看出學(xué)生對所學(xué)知識更加透徹，學(xué)習(xí)熱情和積極性也有顯著提升。這個教學(xué)改革方案得到廣泛認(rèn)可和好評。

作者單位：馮博昊 北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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馮博昊（1988.09-），男，漢族，北京，博士，副教授，研究方向：新型網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)。