陳建國(guó),李四海
(甘肅中醫(yī)藥大學(xué) 信息工程學(xué)院,甘肅 蘭州 730000)
教育部從2017 年2 月提出新工科[1]研究與實(shí)踐的理念,開(kāi)啟深化我國(guó)工程教育改革,建設(shè)工程教育強(qiáng)國(guó),從而推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和轉(zhuǎn)型的新模式、新結(jié)構(gòu)和新體系。學(xué)科專業(yè)建設(shè)要求面向新經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要、面向未來(lái)、面向世界,不僅開(kāi)展新興工科專業(yè)的研究與探索,更要對(duì)傳統(tǒng)工科專業(yè)進(jìn)行更新升級(jí)。在組織方式上,要求地方高校組在充分利用地方資源的基礎(chǔ)上,對(duì)接地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要和企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新要求,不斷深化產(chǎn)教融合、校企合作、協(xié)同育人,推動(dòng)傳統(tǒng)工科專業(yè)改造升級(jí),開(kāi)展地方高校新工科研究和實(shí)踐。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程作為信息化高速公路上的基礎(chǔ)專業(yè)學(xué)科,要主動(dòng)適應(yīng)“新工科”建設(shè)的需要,在人才培養(yǎng)上不僅要針對(duì)學(xué)生建立寬綽的理論知識(shí)體系,更要不斷加強(qiáng)并培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力,培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人員。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為網(wǎng)絡(luò)理論課程的補(bǔ)充教學(xué),在現(xiàn)階段是各高校提高學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。但隨著互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)的逐步成熟以及社會(huì)的不斷轉(zhuǎn)型發(fā)展,原有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式[2]已不能滿足現(xiàn)階段公司對(duì)人才的高校準(zhǔn)要求。因此,積極探索網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)模式的新方法、新舉措,主動(dòng)對(duì)接“新工科”背景引領(lǐng)下新的實(shí)驗(yàn)課程改革迫在眉睫。
作者所在學(xué)校針對(duì)醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程課程屬于專業(yè)核心課程,隨著通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展,對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和維護(hù)能力提出了更高的要求。作者通過(guò)多年的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程教學(xué),發(fā)現(xiàn)“以理論講授為主、實(shí)驗(yàn)教學(xué)為輔”的傳統(tǒng)課堂教學(xué)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人才的需要。作者在完成每學(xué)期的課堂教學(xué)后,通過(guò)期末考試試卷分析及反饋,再次和學(xué)生就已經(jīng)實(shí)施的課堂教學(xué)進(jìn)行探討,讓學(xué)生提出自己的意見(jiàn)和建議,總結(jié)發(fā)現(xiàn),主要問(wèn)題還是集中在理論知識(shí)點(diǎn)繁雜枯燥,內(nèi)容較抽象,不容易消化;另外,由于參考教材更新變化較快,如果不能及時(shí)掌握學(xué)科前沿發(fā)展動(dòng)態(tài),很難在教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上設(shè)計(jì)新穎。通過(guò)5 屆學(xué)生的培養(yǎng),總結(jié)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)上述問(wèn)題的根源在于教師對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的要求定位不精準(zhǔn),教學(xué)方法單一,缺少能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)性、積極性的有效機(jī)制及課程設(shè)計(jì)。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)路實(shí)驗(yàn)是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和管理技能的重要教學(xué)環(huán)節(jié),在高校中也是實(shí)驗(yàn)課程體系設(shè)計(jì)中較難規(guī)劃并解決的問(wèn)題[3]。其不同于一般的算法或程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),只需要提供一個(gè)軟件平臺(tái)就能編寫代碼,通過(guò)測(cè)試程序有無(wú)BUG 從而驗(yàn)證自己的設(shè)計(jì)、編寫語(yǔ)法等有無(wú)問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不僅涉及工程規(guī)劃、介質(zhì)訪問(wèn)測(cè)試、設(shè)備配置、安全策略設(shè)置等,還包括網(wǎng)絡(luò)的搭建及互聯(lián)調(diào)試、網(wǎng)絡(luò)安全測(cè)試、網(wǎng)絡(luò)軟件的安裝與測(cè)試、網(wǎng)絡(luò)硬件的配置、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的集成、網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)化等[4]。即使準(zhǔn)備了可行、完整的教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),而沒(méi)有可實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境,或者實(shí)驗(yàn)條件單一、脫離實(shí)際或者不能深度結(jié)合理論知識(shí)點(diǎn),都會(huì)制約計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果,從而無(wú)法提高學(xué)生的工科實(shí)踐能力。
在給學(xué)生建立寬綽的理論知識(shí)體系的同時(shí),進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力,網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)是關(guān)鍵。如果缺少或者沒(méi)有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所及實(shí)驗(yàn)設(shè)備,網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐教學(xué)無(wú)從談起。根據(jù)作者調(diào)研學(xué)習(xí),大部分工科院校開(kāi)設(shè)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程基本都建立了網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室,部分非工科院校開(kāi)設(shè)的計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè),由于條件限制,暫時(shí)還沒(méi)有獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室,實(shí)驗(yàn)教學(xué)多數(shù)利用公共計(jì)算機(jī)機(jī)房,通過(guò)搭建模擬軟件(如:Packet tracer、Ensp、Gns3 等)來(lái)完成。由于采用模擬軟件來(lái)完成實(shí)驗(yàn),因此實(shí)驗(yàn)過(guò)程較為簡(jiǎn)單,一般為教師演示并講授原理、學(xué)生動(dòng)手搭建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潋?yàn)證測(cè)試、老師實(shí)驗(yàn)總結(jié)并提出問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)教學(xué)沒(méi)有取得應(yīng)用的效果,學(xué)生對(duì)理論內(nèi)容的理解還是建立在書本或概念階段,距離“新工科”培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力的專業(yè)技術(shù)人才很遠(yuǎn)。
由于條件限制,實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容安排僅僅停留在驗(yàn)證階段。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多數(shù)按照理論教材的順序,內(nèi)容隨機(jī)性大,缺乏實(shí)用性、新穎性、可操作性和可拓展性。部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容僅僅停留在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的安裝和配置上,設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)涉獵較少或沒(méi)有。不能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性,而且在一定程度上限制了學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)新性,難以激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)激情。
伴隨著當(dāng)前世界新一輪科技和產(chǎn)業(yè)變革迅速推進(jìn),大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)以席卷狂飆之勢(shì)推動(dòng)第四次工業(yè)革命蓬勃發(fā)展。新的科技革命對(duì)工程實(shí)踐動(dòng)手能力提出了更高的要求,為適應(yīng)科技革命的不斷發(fā)展對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)人才的高層次需求,高校應(yīng)以市場(chǎng)需求為基本導(dǎo)向,適時(shí)調(diào)整計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程的課程教學(xué)大綱,結(jié)合理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué),外加學(xué)生自主學(xué)習(xí)內(nèi)容[5]。作者通過(guò)多年的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程課程教學(xué)工作,提出以下幾個(gè)方面的推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的措施。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)非常重要,許多理論的內(nèi)容只有在動(dòng)手實(shí)踐中才能讓學(xué)生完全消化。因此,網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程要有效開(kāi)展,搭建網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室是關(guān)鍵[6]。通過(guò)組建網(wǎng)絡(luò)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室,給學(xué)生提供理解并鍛煉工程實(shí)踐能力的平臺(tái),專業(yè)實(shí)驗(yàn)室在給學(xué)生傳授基本的網(wǎng)絡(luò)原理的同時(shí),通過(guò)讓學(xué)生清晰地接觸網(wǎng)絡(luò)布局中各個(gè)環(huán)節(jié),從而學(xué)習(xí)各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)模塊知識(shí)的構(gòu)建,理解網(wǎng)絡(luò)通信的基本原理。
在建立了專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室后,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)不能僅僅停留在簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)安裝配置上,也不能徘徊在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)路原理的簡(jiǎn)單驗(yàn)證上。從新工科的培養(yǎng)實(shí)戰(zhàn)能力的要求,應(yīng)更多地增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在內(nèi)容的順序安排上,應(yīng)先通過(guò)基礎(chǔ)的原理實(shí)驗(yàn)、基本概念、網(wǎng)絡(luò)操作技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)管理、路由協(xié)議分析等的實(shí)踐,逐步過(guò)渡到具有一定難度的研究型和設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)應(yīng)緊扣網(wǎng)絡(luò)教學(xué)大綱,力圖覆蓋網(wǎng)絡(luò)基本原理的主要內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)[7]。通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐讓學(xué)生系統(tǒng)深入地分析和理解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及原理的工作和實(shí)現(xiàn)過(guò)程,另外,在機(jī)房開(kāi)始專業(yè)實(shí)驗(yàn)課前,讓學(xué)生先通過(guò)搭建網(wǎng)絡(luò)模擬軟件來(lái)初步實(shí)現(xiàn)和模擬真實(shí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì),熟悉相關(guān)實(shí)驗(yàn)原理、概念和內(nèi)容,通過(guò)模擬真實(shí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)來(lái)熟悉相關(guān)協(xié)議工作原理,彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)環(huán)境帶來(lái)的不足。
在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前,教師應(yīng)合理安排并提前設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織和管理,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)堅(jiān)持以學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐為主體,發(fā)揮教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的主導(dǎo)、組織和管理作用。開(kāi)展每一次實(shí)驗(yàn)前,教師利用約10~15min 的時(shí)間簡(jiǎn)要地講授本次實(shí)驗(yàn)相關(guān)的理論和知識(shí)點(diǎn),明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,并重點(diǎn)就本次實(shí)驗(yàn)要完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容予以強(qiáng)調(diào),最后就本次實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)難點(diǎn)環(huán)節(jié)予以提示,剩余時(shí)間全部交給學(xué)生進(jìn)行安排。
在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師應(yīng)加強(qiáng)巡檢,在學(xué)生提出問(wèn)題時(shí)應(yīng)先在引導(dǎo)的基礎(chǔ)上讓學(xué)生自主解決,教師通過(guò)啟發(fā)提示、釋疑引導(dǎo)、逐點(diǎn)分析的方式,讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得分析并解決問(wèn)題的方式和方法。
實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,要求學(xué)生在總結(jié)本次實(shí)驗(yàn)過(guò)程、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上,有質(zhì)量地完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。并就本次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,提出拓展性的問(wèn)題供學(xué)生思考解答,并在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中予以反饋。最終教師可根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告的完成情況進(jìn)行總結(jié),使得學(xué)生能從實(shí)驗(yàn)中不斷積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和鍛煉,獲得更多更寬泛的實(shí)驗(yàn)技能,進(jìn)一步加深對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握。
根據(jù)以上基于新工科背景下網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)改革措施以及作者多年來(lái)的教學(xué)總結(jié),考慮學(xué)生的專業(yè)需求以及對(duì)本課程的專業(yè)興趣,在充分考慮實(shí)驗(yàn)條件保證實(shí)驗(yàn)的可操作性下,根據(jù)作者所帶班級(jí)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)情況,結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo),對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了分級(jí)設(shè)計(jì),從而告別傳統(tǒng)的以驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為主的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。見(jiàn)表1。
表1 分級(jí)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)
實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高校教學(xué)大綱中具有十分重要的地位和作用,伴隨著“新工科”對(duì)部分專業(yè)發(fā)展的要求,為主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革,支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、“中國(guó)制造2025”等一系列國(guó)家戰(zhàn)略,相對(duì)于傳統(tǒng)的工科人才,未來(lái)新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)更需要實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng),并具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才。不斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索,讓學(xué)生在熟悉理論原理的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)培養(yǎng)其綜合分析以及設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐動(dòng)手能力和開(kāi)拓創(chuàng)新能力,使得學(xué)生不僅能夠從整體上把握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)的框架設(shè)計(jì),還能系統(tǒng)的熟悉并掌握各個(gè)環(huán)節(jié)及模塊[8]的內(nèi)容,從而進(jìn)一步對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行安全設(shè)置、系統(tǒng)優(yōu)化和管理,從而適應(yīng)社會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理人員工作的需求。