洪　飛

計算機學科教學改革:北航式的奮斗(四)

文章編號:1672-5913(2009)17-0045-03

摘要:實驗教學是整個教學系統(tǒng)中一個不可忽視的重要內容,如何能夠利用本科階段有限的課時培養(yǎng)出合格的計算機網(wǎng)絡人才是許多高校教師努力探索的課題。本文根據(jù)計算機網(wǎng)絡課程的特點,結合學生的實際情況,介紹了我們在這一過程中所實踐的方法:構建一種多層次實驗教學體系,以及具體的實施過程和體會。

關鍵詞:計算機網(wǎng)絡實驗;分層次教學;實踐;教學體系

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

國家教育部從20世紀80年代后期開始,對大學的專業(yè)設置進行了一系列的調整,由原來的800多個減少為200多個,主要目的是使得培養(yǎng)的學生成為厚基礎、寬理論、強創(chuàng)新技能、高素質的新一代人才,重點強調創(chuàng)新與實踐教學在培養(yǎng)學生技能方面的重要地位和作用。實踐證明,創(chuàng)新與實踐性教學在培養(yǎng)學生技能的同時,具有培養(yǎng)學生綜合素質的重要作用,是培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力的重要手段和措施。

隨著我國IT產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,IT人才短缺正成為日益突出的社會問題。據(jù)有關專家預測,在今后的十幾年內,我國對IT人才的需求每年至少40萬。其中網(wǎng)絡系統(tǒng)工程師和網(wǎng)絡應用工程師是IT業(yè)最急需的人才。但一方面是IT技術人才的匱乏,另一方面是計算機專業(yè)畢業(yè)生由于缺乏計算機技術應用的實際技能和創(chuàng)新能力而就業(yè)困難的尷尬局面。雖然造成這種局面的原因是多方面的,但其中的主要原因就是長期以來計算機專業(yè)教學受傳統(tǒng)教育思想的影響和支配,強調知識的基礎、理論的基礎學習,忽視學生計算機實際技能、協(xié)作能力和創(chuàng)新能力和主動參與與實踐意識的培養(yǎng),使學生的主觀能動性和對計算機網(wǎng)絡技術應用的實際技能的掌握受到較大程度地限制。我校以先進的計算機網(wǎng)絡實驗基地為基礎,采用集教學、訓練和創(chuàng)新活動為一體的新型分層次教學模式,對計算機專業(yè)人才創(chuàng)新與實踐教學模式進行了探索,并取得初步成效。

1分層次教學的必要性和合理性

“分層次教學”思想源于孔子提出的“因材施教”?！胺謱哟谓虒W”是指按學生實際學習程度,把學生分成不同層次的班級,并在班級授課制下進行施教的一種新型的教學組織形式。原蘇聯(lián)教育家贊可夫在《教學與發(fā)展》中提出“使包括后進生在內的全體學生都得到一般發(fā)展”的原則。“分層次教學”是尊重學生的個性,促進包括后進生在內所有學生發(fā)展的有效措施,是一種適合全體學生的教育教學方式。目前,已有很多高校開設了計算機網(wǎng)絡實驗課程,這些學生中有計算機專業(yè)的學生也有非計算機專業(yè)的學生,有本科生也有研究生,他們的基礎不相同,傳統(tǒng)的教學模式很難把握住學生的實際水平,常常是優(yōu)等生“吃不飽”,而后進生卻“吃不了”。

隨著時間的推移,學生就會對這樣的教學模式失去興趣,教師很難兼顧周全。實際情況是,部分教師以較高水平學生為基礎,結果多數(shù)水平不夠好的學生似懂非懂,無法掌握教學內容,失去提高機會。若照顧基礎較差的學生,較好水平的學生又會失去許多交際機會。處于兩難境地的教師往往難以取舍,教學重點很難兼顧兩極的學生,因而,兩極分化便會日益嚴重。這就要求我們必須尊重學生的個性差異,本著“人人發(fā)展,人人成才”的目標,從實際出發(fā),因材施教,實施分層次、分類別教學,這就使得分層次教學顯得尤為必要。另外,計算機網(wǎng)絡實驗課程的“分層次教學”有其心理學依據(jù)。教育心理學家維果斯基認為學習內容主體應在學習者的經(jīng)驗范圍之內,新知識只能以“最近發(fā)展區(qū)”(zone of proximal development),即原有知識的邊沿上逐漸擴大外延。因此對于不同層次的學生來說,學習內容主體應該是不同的。而傳統(tǒng)的課堂教學是無法適應學生的學習要求的。由此,我們可以認為“分層次教學”是適合學生的一種教學組織形式?！胺謱哟谓虒W”是依據(jù)素質教育的要求,面向全體學生,承認學生差異,改變“大一統(tǒng)”的教學模式,因材施教,為培養(yǎng)多規(guī)格、多層次的人才打基礎而采取的必要措施。

2分層次教學模式的實施

一直以來,人們印象中的計算機課程實驗主要是驗證性實驗,驗證性實驗難度較低,以現(xiàn)有的實驗設備為主,主要使初學者通過實驗過程獲得一些感性的認識和體驗,來理解復雜的計算機網(wǎng)絡工作原理。例如通過網(wǎng)絡協(xié)議分析軟件對網(wǎng)絡協(xié)議樹的驗證,組建特定的網(wǎng)絡拓撲,搭建環(huán)境和網(wǎng)絡設備配置,來驗證RIP路由協(xié)議的工作原理等。這種教學模式一般是學生用機,老師輔導,實驗內容不明確,隨意性大,形式松散,嚴格地說,這種實驗只能稱為“上機”,說不上實驗教學。改革實驗教學方法,規(guī)范管理,提高教學水平,就是要注重“學生是教育主體”的作用。通過對學生的引導、幫助和促進,充分調動他們獲取知識的積極性和主動性,增強能力,提高素質。實驗是教學過程中的一個重要環(huán)節(jié),因此,實驗教學方法的好壞直接影響著學生對實驗的態(tài)度,影響著他們的動手能力、創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。計算機網(wǎng)絡這門課程既有一般計算機課程的普遍性,又有其自身特性,計算機網(wǎng)絡實驗不僅是理論的驗證,更重要的是通過網(wǎng)絡的實驗操作,培養(yǎng)學生對網(wǎng)絡的分析、設計、管理與應用的實驗技能,加深對網(wǎng)絡理論知識的理解與應用,以達到懂、建、管、用的目的。

2.1分層次組織教學內容

目前,計算機網(wǎng)絡實驗教學主要有三部分內容:網(wǎng)絡協(xié)議分析實驗、網(wǎng)絡設計實驗、高級網(wǎng)絡應用以及研究型實驗。計算機網(wǎng)絡分層次教學首先改變過去按部就班的教學模式,改變過去所有的學生進行同樣的教學內容,打破以原始的班級為教學單位組織教學的形式,教師可以根據(jù)學生所學專業(yè)、學生的興趣愛好,重新組織教學班。

實驗根據(jù)學生程度的不同,設計了三個層次。第一層次面向網(wǎng)絡基礎知識相當較弱的學生,如本科專業(yè)為非電類專業(yè),沒有系統(tǒng)學習過計算機網(wǎng)絡,實驗課程以網(wǎng)絡協(xié)議分析和基本網(wǎng)絡設計為主要教學內容,包括組網(wǎng)實驗,鏈路層實驗,網(wǎng)絡層實驗,RIP協(xié)議分析,OSPF協(xié)議分析,復雜組網(wǎng)實驗,傳輸層實驗,應用層實驗,網(wǎng)絡應用編程,單獨上機考試。第二層次面向大多數(shù)研究生,重點在網(wǎng)絡設計和高級網(wǎng)絡應用,包括組網(wǎng)實驗,鏈路層網(wǎng)絡層實驗,OSPF協(xié)議實驗,BGP協(xié)議實驗,網(wǎng)絡管理實驗,復雜組網(wǎng)實驗,傳輸層實驗。第三層次面向網(wǎng)絡基礎較好能力較強的學生,學生根據(jù)自己的情況可以自主選擇,主要在網(wǎng)絡設計和高級應用的基礎上,進行研究型實驗,包括BGP協(xié)議實驗,MPLS/組播實驗,網(wǎng)絡測試實驗,網(wǎng)絡性能評價實驗并撰寫報告,參加答辯。

另外,上面的實驗內容有難有易,可以根據(jù)每個學生的實際情況為其安排相應的內容。這種分層次教學能較好地解決上、中、下不同層次學生間的教學矛盾,最終達到:既可最大限度地避免中、下等學生學不懂而“消化不良”,又可以滿足優(yōu)等生需要不斷學習新知識而不至于“吃不飽”,因而分層次教學是合理的。

2.2分層次檢查學習效果

每個單元結束后都要進行檢查和考核。如果只出一些基礎性題目,優(yōu)等生會感到乏味簡單,易產(chǎn)生滿足的心理,失去學習的動力;而差等生會感到吃力,久而久之產(chǎn)生厭學情緒。因此,在單元考核或隨機練習時,實行了分層次考核。考核優(yōu)等生時,主要出一些靈活多變的題目,讓他們在所學知識基礎上加以分析,經(jīng)過思考得出答案;對差等生多出客觀題目,主要考查學生的基本知識。有時根據(jù)學習內容不同,采用不同考核方式,如:口答題、上機操作題。例如對于IP層實驗,對差等生,主要提出對IP協(xié)議數(shù)據(jù)段,基于IP的主要協(xié)議的考察,對優(yōu)等生則從IP層所在網(wǎng)絡層出發(fā),考察學生這些協(xié)議位于IP層優(yōu)勢和原理,并提出一些IP層協(xié)議的設計,加深對計算機網(wǎng)絡分層體系結構的認識。

3分層次教學應注意的問題

分層次教學在計算機網(wǎng)絡教學實驗基地經(jīng)過了近一年多的運行,實現(xiàn)了預期建設目標,成效顯著,取得如下初步成果。

(1) 在計算機網(wǎng)絡教學實驗基地建設的促進下,為適應計算機專業(yè)創(chuàng)新人才的實驗教學,我們調整了教材的選用范圍。計算機網(wǎng)絡主干課教材立足選用國內外的優(yōu)秀教材,特別是國外能反映計算機網(wǎng)絡技術發(fā)展現(xiàn)狀及方向的先進教材,我們編撰能反映學生實際技能、協(xié)作能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的計算機網(wǎng)絡教材——《計算機網(wǎng)絡實驗教程》,力圖使實驗教材能配合實驗教學培養(yǎng)目標,啟發(fā)學生的想象力和創(chuàng)造力,尤其是誘發(fā)學生的原發(fā)性創(chuàng)新能力乃至創(chuàng)新沖動。該教材已經(jīng)被評為“2007年度北京市精品教材”。

(2) 我們對本科計算機網(wǎng)絡系列課程的教學計劃、教學大綱和教材進行了深入研究和調整,并充分考慮了實驗課與理論課的有機結合。通過對實驗課及其內容進行整合更新,使實驗更具綜合性。使學生在獨立設計出企業(yè)網(wǎng)絡方案的同時,能對企業(yè)網(wǎng)絡進行實際組網(wǎng)、實時網(wǎng)絡流量和安全的綜合分析和基本的網(wǎng)絡應用編程,高層次的同學可以開展網(wǎng)絡新技術方面的研究工作,如無線傳感器網(wǎng)絡,自組織網(wǎng)絡,P2P網(wǎng)絡等。

(3) 所有的實驗根據(jù)專業(yè)基礎課的進度分段對各年級學生隨時開放。學生根據(jù)已掌握的專業(yè)理論知識和實驗指導書選擇實驗項目,提出實驗路線;鼓勵學生對可提供的實驗設施作自擬的整合,促進學生對實驗課程的全身心的投入;在實驗成績的評定上,不簡單地看實驗結果的正確與否,同時注重實驗方案的合理性和創(chuàng)造性,注重是否能對實驗現(xiàn)象有較敏銳的觀察、分析和處理能力。

(4) 將計算機網(wǎng)絡實驗室建設成為計算機專業(yè)本科生的網(wǎng)絡技術實習基地。為此,我們和華為3COM網(wǎng)絡公司合作成立了華為3COM網(wǎng)絡學院,并針對高校教師師資舉辦了多期華為3COM網(wǎng)絡學院講師認證培訓班,取得了良好的效果。此外,我們還和國際著名網(wǎng)絡測試廠商Fluke成立了Fluke網(wǎng)絡測試實驗室,展開對互聯(lián)網(wǎng)絡的測試和性能評價的研究和實驗。同時也為項目中計算機專業(yè)校企聯(lián)合模式探索打下了堅實的基礎和實施的經(jīng)驗。

分層次教學法教學效果極佳,但是它對教師的教學能力要求較高,課堂教學要以精彩的內容來吸引學生。教師在備課時,對每次實驗重點和難點、實驗中可能出現(xiàn)的問題、實驗的數(shù)據(jù)和結果做到心中有數(shù)。實驗過程中,教師加強巡視,出現(xiàn)問題,一般由學生自主研究解決,教師作啟發(fā)提示、釋疑和引導,這樣的實驗不光是學生動手做,教師還要在整個實驗中起著主導作用。在學生主體方面,由于實驗報告是培養(yǎng)學生寫作能力、表達能力、分析能力和總結能力的一種較好方式,因此,要求學生每一個實驗都要提交實驗報告。在報告中注重分析、總結實驗中的收獲、體會,使學生從實驗中不斷積累經(jīng)驗,獲得更多的實驗技能。在實驗課結束時,組織實驗技能考核,最后根據(jù)學生實驗情況、實驗報告、考核及平時成績,客觀評定學生的實驗成績。通過以上措施,提高了學生對實驗課的重視程度,同時對指導老師也提出了更高的要求?？梢?把教師的主導作用和學生的主體作用結合起來,有利于提高實驗教學水平。

同時在教學中,不應一味運用分層次教學方法,而偏廢傳統(tǒng)的教學模式。分層次教學需要占用大量的課時,因此,在有限的教學課時內,不必堂堂課、門門課都用分層次教學法。比如,大部分同學都生疏的章節(jié),我們完全可以按照傳統(tǒng)模式去講授,而沒有必要去實行分層次教學。所以,某節(jié)課是否應用分層次教學應根據(jù)教學的具體內容和學生整體掌握情況去決定。

4結束語

計算機網(wǎng)絡實驗是高校計算機網(wǎng)絡課程的重要組成部分,進行實驗教學改革與探索的目的是提高實驗教學質量,使實驗教學在人才培養(yǎng)中發(fā)揮更大的作用。對計算機網(wǎng)絡實驗教學內容進行優(yōu)化、組合,探索計算機網(wǎng)絡實驗教學的有效方法,培養(yǎng)學生構建和開發(fā)網(wǎng)絡應用系統(tǒng)的能力,是計算機網(wǎng)絡實驗教學改革的主題。

實踐證明,基于計算機網(wǎng)絡教學實驗基地的計算機專業(yè)人才創(chuàng)新與實踐教學模式培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力。面對計算機科學技術的迅猛發(fā)展和大學就業(yè)競爭的加劇,在以后的工作實踐中,我們還需要不斷努力,不斷探索,不斷完善,充分發(fā)揮實驗教學基地在培養(yǎng)大學生創(chuàng)新精神和實踐能力中的作用。

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