劉婷婷 王志明 李小平 劉化君

南京工程學(xué)院信息與通信工程學(xué)院 江蘇南京 211167

人們一直以來都很重視教育對(duì)下一代、對(duì)民族和對(duì)國(guó)家的重要影響。19世紀(jì)之后，教育經(jīng)歷了不斷變革，使得人類的文化得以保留和傳承。而如今，教育已不再是對(duì)以往文化的繼承，更多的是對(duì)文化的延伸和創(chuàng)新。這對(duì)教育者在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力提出了新的要求。19世紀(jì)初，柏林大學(xué)在創(chuàng)立之初，洪堡就創(chuàng)造性地提出了教育和科研相融合的理念[1]。洪堡認(rèn)為：大學(xué)教師必須堅(jiān)持科學(xué)研究，只有投入科學(xué)研究中，才能找出教學(xué)的方向和切入點(diǎn)；只有堅(jiān)持科學(xué)研究，教師才能時(shí)刻保持求知的狀態(tài)，提高教學(xué)水平；只有讓學(xué)生參與科學(xué)研究，才能促進(jìn)他們進(jìn)行有效的學(xué)習(xí)[2-5]。在洪堡提出這一觀點(diǎn)后，高等教育界就掀起了教學(xué)與科研相結(jié)合的討論熱潮，伯頓·克拉克、紐曼、博耶等著名高等教育專家都對(duì)教學(xué)和科研相結(jié)合闡述了各自獨(dú)特的觀點(diǎn)，有效推動(dòng)了這一理念的繼續(xù)發(fā)展。

1 我國(guó)現(xiàn)有的科研教學(xué)相融合的方式

當(dāng)今社會(huì)，競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈，對(duì)創(chuàng)新型人才的需求也日益增加，對(duì)高校而言，人才培養(yǎng)的主要目的也轉(zhuǎn)變成培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的人才。為此，高校陸續(xù)開始探索科研和教學(xué)相融合的培養(yǎng)模式，通過改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，以教學(xué)促進(jìn)科研，用科研帶動(dòng)教學(xué)，讓學(xué)生參與科研中，用科研啟迪學(xué)生的思想，激發(fā)他們的創(chuàng)造性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。在實(shí)踐過程中，我國(guó)部分高校借鑒國(guó)外高校的模式，進(jìn)行了初步探索，主要有以下幾種方式實(shí)現(xiàn)科研和教學(xué)的融合。

1.1 培養(yǎng)體系中增加科研訓(xùn)練模塊

2007年，教育部發(fā)布了《關(guān)于實(shí)施高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程的意見》，促進(jìn)了大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃的實(shí)施，研究型大學(xué)普遍設(shè)立了大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目，設(shè)立專門經(jīng)費(fèi)和展示平臺(tái)，讓學(xué)生參與到教師的科研項(xiàng)目中，使學(xué)生在早期就能夠接觸到科研，以傳、幫、帶的方式跟隨高年級(jí)學(xué)生初步接觸科研，這種方式在研究型大學(xué)比較常見。

1.2 教學(xué)方法上實(shí)現(xiàn)研究型教學(xué)

在教學(xué)方法上實(shí)現(xiàn)研究型教學(xué)并沒有一套穩(wěn)定的模式，本質(zhì)都是以學(xué)生為中心、以問題為導(dǎo)向、以求證為手段，進(jìn)而獲取知識(shí)的一種方式。這種方式可以使用在課堂教學(xué)中，以“提出問題—討論問題—解決問題”為主要形式；還可以應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師從科研中提煉出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，設(shè)置問題場(chǎng)景，通過特色實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)對(duì)某一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的探究性驗(yàn)證，加深學(xué)生對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握。

1.3 高水平科研型教師走入課堂

高水平科研型教師一般都承擔(dān)過較多的高水平、高質(zhì)量科研項(xiàng)目，擁有大量?jī)?yōu)秀的科研成果，且涉及學(xué)科較為廣泛，對(duì)知識(shí)融會(huì)貫通，且有獨(dú)特的見解。這類人才走入課堂，有助于發(fā)揮他們?cè)诮虒W(xué)中的創(chuàng)新作用。此外，科研型教師還可通過多種形式參與教學(xué)，除了課堂講授之外，還可采用課外指導(dǎo)、講座、討論會(huì)等多種形式，提高學(xué)生的參與度，讓學(xué)生近距離的接觸科研型教師。

1.4 教師的激勵(lì)機(jī)制中突出教學(xué)科研融合

學(xué)校的激勵(lì)機(jī)制對(duì)教師的工作具有較強(qiáng)的導(dǎo)向性。通過對(duì)教學(xué)和科研融合的相關(guān)工作加強(qiáng)激勵(lì)，可以有效地提高教師科研與教學(xué)融合的積極性，例如，可以采用崗位分類設(shè)置的方式，設(shè)置純教學(xué)崗位、純科研崗位以及教學(xué)科研并重的崗位；在職稱評(píng)審中，加大對(duì)科研教學(xué)融合的權(quán)重，要求參與職稱評(píng)審的教師指導(dǎo)過學(xué)生的科技創(chuàng)新活動(dòng)并獲得獎(jiǎng)項(xiàng)等；設(shè)置教學(xué)獎(jiǎng)勵(lì)，通過增加經(jīng)費(fèi)投入等方式對(duì)指導(dǎo)學(xué)生獲得各類獎(jiǎng)項(xiàng)的指導(dǎo)教師進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)。

2 計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)問題剖析

計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)是本科院校信息類專業(yè)的基礎(chǔ)課程，在培養(yǎng)方案中占用重要的地位。在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，這門課具有很強(qiáng)的邏輯性，主要圍繞著五層參考模型進(jìn)行教學(xué)，從最低的物理層到最高的應(yīng)用層，層層遞進(jìn)地講解了網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議與數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)等，內(nèi)容比較龐雜。授課過程主要采用課堂講授和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式，較為抽象。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，容易對(duì)一些知識(shí)點(diǎn)認(rèn)識(shí)不深，產(chǎn)生錯(cuò)誤的理解[6,7]。目前這門課程教學(xué)中存在的問題，有以下幾個(gè)方面。

2.1 重理論 輕實(shí)踐

計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)課程具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，理想的授課方式應(yīng)該是由教師帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)際操作，同時(shí)配合講解。而大多數(shù)高校采用的教學(xué)形式是大部分教學(xué)時(shí)間在教室中完成，少部分時(shí)間讓學(xué)生做一些簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。課程的考核也比較注重概念和計(jì)算，很少涉及實(shí)際操作方面的內(nèi)容。這種方式無法讓學(xué)生深刻理解計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)涵，更無法將所學(xué)用于實(shí)踐中。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)施短缺

部分高校經(jīng)費(fèi)有限，計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)課程所需的實(shí)驗(yàn)設(shè)施不能滿足每一位學(xué)生的需要。有一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目甚至達(dá)到8～10人一組，例如“路由器的配置”和“DHCP服務(wù)器的配置”等實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中，因?yàn)橥M的學(xué)生較多，產(chǎn)生了依賴心理，參與實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性大大降低。有的學(xué)生因?yàn)闆]有進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，有一些實(shí)驗(yàn)步驟并不清楚，最終導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)不成功。

2.3 學(xué)生認(rèn)知能力有差別

教師在計(jì)算機(jī)通信和網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)同一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度有很大差別。有的學(xué)生第一次講解就可以理解了，有的學(xué)生則需要舉一反三，從多個(gè)角度解讀，才能理解這個(gè)知識(shí)點(diǎn)。而所有的學(xué)生都接受同樣的教育，沒有差別對(duì)待。接受能力較強(qiáng)的學(xué)生在學(xué)習(xí)中會(huì)產(chǎn)生很多的疑問，他們很希望教師能解惑，但由于跟其他學(xué)生在同一個(gè)教室，從眾的心理使他們不愿意提出問題，逐漸也喪失了對(duì)問題追根問底的動(dòng)力。

3 計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中引入科研能力培養(yǎng)的措施

筆者在實(shí)際教學(xué)過程中嘗試使用多種培養(yǎng)措施，將科研與教學(xué)相融合，解決計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中存在的問題。

3.1 問題導(dǎo)向型教學(xué)

學(xué)會(huì)質(zhì)疑、學(xué)會(huì)提問是科研人員具備的基本素質(zhì)，為了提高學(xué)生的科研能力，教師需要啟發(fā)學(xué)生去質(zhì)疑、去提問。例如在學(xué)習(xí)基帶調(diào)制部分的曼徹斯特編碼時(shí)，可以設(shè)置問題：為何曼徹斯特編碼在每個(gè)比特的中心處會(huì)產(chǎn)生跳變？這個(gè)跳變有什么作用？讓學(xué)生帶著問題聽課。接著，教師畫出一串連續(xù)的1，用不歸零制和曼徹斯特編碼兩種方式分別畫出編碼后的圖形，如圖1所示。從圖1中可以看出，當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)的1時(shí)，若接收方?jīng)]有準(zhǔn)確的時(shí)鐘，則無法識(shí)別出到底有多少個(gè)1，然而曼徹斯特編碼卻因?yàn)樵诿總€(gè)比特周期中心位置存在一個(gè)跳變，使接收方容易識(shí)別出1的個(gè)數(shù)，由此讓學(xué)生自主總結(jié)出曼徹斯特編碼的優(yōu)點(diǎn)。問題導(dǎo)向型教學(xué)方式，可以激發(fā)學(xué)生的探索能力，但是對(duì)教師提出了更高的要求，需要教師在上課前充分準(zhǔn)備，不僅要準(zhǔn)備好問題，還需要對(duì)提出問題的時(shí)機(jī)精心設(shè)計(jì)。

圖1 用不歸零制和曼徹斯特編碼分別畫出連續(xù)的1

3.2 引入模擬仿真型實(shí)驗(yàn)

模擬仿真是科研人員必須具備的基本素質(zhì)之一。此外，模擬仿真還可以有效彌補(bǔ)因資金有限帶來的實(shí)驗(yàn)設(shè)施短缺問題。在講授計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)這門課程中，教師可以考慮在教學(xué)中結(jié)合模擬仿真，加深學(xué)生對(duì)某知識(shí)點(diǎn)的理解，也可以鍛煉學(xué)生模擬仿真等科研的基礎(chǔ)技能。

在實(shí)驗(yàn)“路由器的配置”中，使用了華為的仿真平臺(tái)，讓學(xué)生配置出如圖2所示的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，設(shè)置每個(gè)網(wǎng)口的IP值。通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生了解路由器的作用，熟悉路由器的配置方法、路由器靜態(tài)路由協(xié)議以及動(dòng)態(tài)路由協(xié)議的工作過程。同時(shí)，也讓學(xué)生初步掌握模擬仿真的方法，鍛煉模擬仿真技能。

圖2 路由器的配置實(shí)驗(yàn)拓?fù)鋱D

3.3 以科研項(xiàng)目為依托

教學(xué)和科研不是相互矛盾的，而是不可分割的整體。要培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)的大學(xué)生，僅依靠講授書本的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還要將教師的科研項(xiàng)目與教學(xué)相關(guān)內(nèi)容結(jié)合起來。

3.3.1 授課中結(jié)合科研項(xiàng)目

教師的授課內(nèi)容，從過去的傳授理論知識(shí)，轉(zhuǎn)變成既要傳授專業(yè)知識(shí)，又要引導(dǎo)科研實(shí)踐。例如在講授計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層中關(guān)于無線局域網(wǎng)知識(shí)時(shí)，可以結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“無線內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)中基于邊緣存儲(chǔ)技術(shù)的激勵(lì)機(jī)制與優(yōu)化方法的研究”的研究?jī)?nèi)容，講解在無線局域網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳輸通道的概念、牽涉的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及設(shè)備參與數(shù)據(jù)傳輸需要消耗的網(wǎng)絡(luò)資源、網(wǎng)絡(luò)資源分屬的利益方及利益方存在的利益沖突。通過對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過程的詳細(xì)剖析，一方面可以加深學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)通信的理解；另一方面又可以吸引接受能力較強(qiáng)的學(xué)生參與科學(xué)研究，提高學(xué)生的探索能力和創(chuàng)新能力。

3.3.2 科創(chuàng)結(jié)合科研項(xiàng)目

科技創(chuàng)新活動(dòng)是學(xué)校加強(qiáng)本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的一項(xiàng)重要舉措。其主要針對(duì)低年級(jí)的學(xué)生，從剛?cè)胄ｉ_始，可以根據(jù)個(gè)人興趣，跟隨教師進(jìn)行初步科研探索。教師也可以從低年級(jí)開始，長(zhǎng)期培養(yǎng)學(xué)生的科研能力。例如筆者指導(dǎo)通信工程學(xué)院2014級(jí)學(xué)生做了一個(gè)二維雙向受控磁懸浮系統(tǒng)，制作這個(gè)系統(tǒng)，需要學(xué)生從最基礎(chǔ)的使用電壓表、電流表和示波器開始，了解每個(gè)元器件的性質(zhì)，掌握磁場(chǎng)和電場(chǎng)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，進(jìn)而手動(dòng)完成繞圈、焊接等精細(xì)工作。在制作過程中，可以啟發(fā)學(xué)生去探索不同參數(shù)下系統(tǒng)的性能，讓學(xué)生深刻理解磁懸浮的關(guān)鍵技術(shù)。

3.3.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)合科研項(xiàng)目

畢業(yè)設(shè)計(jì)一般從前一年的11月左右開始，到第二年的6月完成，期間有7個(gè)月左右的時(shí)間，可以充分鍛煉學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。教師可以在科研項(xiàng)目的背景下，選取一小部分，由學(xué)生嘗試完成。例如在南京工程學(xué)院校級(jí)科研基金項(xiàng)目“基于隨機(jī)幾何理論的蜂窩網(wǎng)絡(luò)干擾建模與能效優(yōu)化研究”中，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)進(jìn)行隨機(jī)幾何布局，并獲得網(wǎng)絡(luò)覆蓋概率。這部分工作難度不高，可以由教師指導(dǎo)學(xué)生完成，當(dāng)學(xué)生有問題或者產(chǎn)生其他靈感時(shí)，及時(shí)與教師進(jìn)行溝通和討論，在教師的引導(dǎo)下，完成科研工作。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)完成短期高強(qiáng)度的訓(xùn)練，讓學(xué)生了解隨機(jī)幾何理論建模的方法，也讓學(xué)生初步體會(huì)到科研工作是如何進(jìn)行的，激發(fā)了學(xué)生科研的熱情。

4 結(jié)語

科研與教學(xué)相融合是未來教學(xué)改革的主要方向。本文介紹了我國(guó)現(xiàn)有的科研與教學(xué)融合的方式，包括培養(yǎng)體系中增加科研訓(xùn)練模塊、教學(xué)方法上實(shí)現(xiàn)研究型教學(xué)、高水平科研型教師走入課堂以及教師的激勵(lì)機(jī)制中突出科研教學(xué)融合等方式；剖析了計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中存在的問題，即存在重理論、輕實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)設(shè)施短缺，學(xué)生認(rèn)知能力有差別等問題；提出了應(yīng)用于實(shí)際教學(xué)三種方式，重點(diǎn)探討了以科研項(xiàng)目為依托，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的方式。通過本文提出的教學(xué)方式，不僅為解決計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中存在的問題提出了建議，也有意識(shí)地培養(yǎng)了學(xué)生的科研素質(zhì)，有助于提高學(xué)生的探索能力和培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)。