吳岳洲，傅 強，何止戈

（中國民用航空飛行學院 計算機學院，四川 廣漢 618307）

0 引言

隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用，計算機網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，在此平臺基礎(chǔ)上，我們的生活、工作、學習、娛樂等各行各業(yè)發(fā)生著翻天覆地的變化。因此，對計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的掌握和應(yīng)用已成為基于產(chǎn)出的教育（Outcomes-based Education，OBE）模式理念的重要內(nèi)容，出現(xiàn)了基于互聯(lián)網(wǎng)平臺資源的線上教學、線上線下混合式教學、虛擬教研室、云課堂等多種教育模式。在互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)快速發(fā)展背景下，大學計算機網(wǎng)絡(luò)教學需主動適應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的新型教學模式，充分利用和整合網(wǎng)絡(luò)教學資源，提升課程教學質(zhì)量，為師生賦能[1-2]。

在傳統(tǒng)教學模式下，盡管教師充分備課和授課，但受計算機網(wǎng)絡(luò)課程概念多、原理抽象等特點，教學效果不理想。本文以中國民用航空飛行學院計算機網(wǎng)絡(luò)教學為例，針對民航院校的應(yīng)用型新工科人才培養(yǎng)目標，結(jié)合計算機科學與技術(shù)專業(yè)工程教育認證要求，為強化工程應(yīng)用和成果導向，強調(diào)學生能力產(chǎn)出和民航業(yè)對于應(yīng)用型人才需求的一致性，教學過程中不單單講解概念、理論以及原理，提出理論教學多元化、前沿化，實驗教學工程化、案例化，支撐新工科背景下培養(yǎng)符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的高質(zhì)量科技人才[3-4]。

1 民航新工科背景下知識體系選擇

民航新工科背景對大學計算機網(wǎng)絡(luò)教育提出全新挑戰(zhàn)，民航行業(yè)軟件網(wǎng)絡(luò)化程度高，為打造民航網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新人才高地，依托民航類院校新工科發(fā)展建設(shè)契機，通過多主體、多學科協(xié)同理論指導、教學創(chuàng)新、內(nèi)容優(yōu)化等途徑，培養(yǎng)學生解決行業(yè)網(wǎng)絡(luò)工程問題的能力。中國民用航空飛行學院計算機學院為適應(yīng)OBE 理念需求，選擇“十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材的計算機網(wǎng)絡(luò)經(jīng)典教材系列，謝希仁編著的《計算機網(wǎng)絡(luò)》（第8 版），該教材教學內(nèi)容具有相應(yīng)的廣度和深度，內(nèi)容深入淺出、新穎實用，不僅為學生提供專業(yè)所必需的知識結(jié)構(gòu)，也對大學生綜合能力提升具有較強促進作用，比較滿足工程教育的個性化培養(yǎng)需求和學生自身發(fā)展需要。

所選計算機網(wǎng)絡(luò)教材知識體系包括9 個章節(jié)：概述、物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運輸層、應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)安全、互聯(lián)網(wǎng)上的音頻/視頻服務(wù)。由于理論課知識覆蓋面廣，若學生不能很好理解理論課程內(nèi)容，將會導致理論課枯燥、實驗課效果不佳的情況。本文以中國民用航空飛行學院計算機學院為例，基于OBE 理念，創(chuàng)新和改革教學方法，對理論和實驗的知識體系進行了優(yōu)化設(shè)計。

2 知識體系升級與教育

知識體系的升級與教育需充分發(fā)揮教師的積極性、創(chuàng)造性、主動性，教學過程中合理設(shè)計民航行業(yè)知識或案例，有效激發(fā)學生學習興趣，促進專業(yè)應(yīng)用與創(chuàng)新能力形成。傳統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)課的理論課和實驗課學時比接近4∶1，理論教學配比較重，學時分配難以滿足OBE 理念需求，因此，中國民用航空飛行學院計算機學院對整個計算機網(wǎng)絡(luò)教學體系教學升級，針對實驗項目偏少，優(yōu)化了“理論教學”和“實驗教學”兩大方面的學時分配和知識體系[5]，理論教學32 學時，實驗教學24 學時，教學評價將綜合重點考慮平時實驗成績和期末考試成績，平時成績占比40%，期末成績占比60%。整體上強化了實驗課內(nèi)容，教學內(nèi)容和教學形式都進行了升級優(yōu)化。

2.1 理論教學多元化、前沿化

通過理論教學，使學生掌握計算機網(wǎng)絡(luò)的基本理論、基本原理和典型應(yīng)用，是繼續(xù)學習網(wǎng)絡(luò)編程、信息安全類課程的基礎(chǔ)。由于計算機網(wǎng)絡(luò)知識體系面廣，傳統(tǒng)理論教學知識體系存在一定的局限性，學生在理論知識學習過程中缺乏積極主動性。為適應(yīng)OBE 理念需求，結(jié)合民航行業(yè)工程應(yīng)用為主的實際需求，根據(jù)教材知識體系框架，找準教育切入點和側(cè)重點，對理論教學知識體系進行提煉增刪，規(guī)劃前6 章作為教學重點，設(shè)計理論教學學時32 學時，實現(xiàn)有限時間內(nèi)學習更有用且面向產(chǎn)出教育目標的知識點，教學內(nèi)容如表1 所示。

表1 計算機網(wǎng)絡(luò)理論教學

2.1.1 理論教學知識體系提煉

針對配套教材知識面廣、知識點多的特點，結(jié)合OBE 要求，對各章知識點從掌握、理解、了解三個層級進行梳理，支撐理論教學的講解學時合理分布。第1 章概述，掌握計算機網(wǎng)絡(luò)定義與體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)交換方式、計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標；理解因特網(wǎng)各部分工作方式、OSI 與TCP/IP 結(jié)構(gòu)；了解計算機網(wǎng)絡(luò)作用與發(fā)展。第2 章物理層，掌握信道概念、雙絞線制作、頻分復用、時分復用、統(tǒng)計時分復用和碼分復用；理解信道極限信息傳輸速率計算、波分復用原理、常見寬帶接入技術(shù)等；了解物理層的基本概念、數(shù)字傳輸系統(tǒng)等。第3 章數(shù)據(jù)鏈路層，掌握數(shù)據(jù)鏈路層點對點信道和廣播信道特點、以太網(wǎng)MAC 層硬件地址、CSMA/CD 協(xié)議；理解PPP 協(xié)議幀格式、以太網(wǎng)在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的擴展方式、以太網(wǎng)交換機作用、VLAN 技術(shù)；了解數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念、PPP 協(xié)議特點、以太網(wǎng)信道利用率、高速以太網(wǎng)技術(shù)等。第4 章網(wǎng)絡(luò)層，掌握傳統(tǒng)IP 地址分類及無類域間路由選擇CIDR、IP 分組交互與路由選擇、路由器與三層交換機、IP 協(xié)議基本內(nèi)容、地址解析協(xié)議、路由選擇協(xié)議；理解Internet 控制報文協(xié)議的報文類型與相關(guān)網(wǎng)絡(luò)命令、IP 地址配置方法、路由器基本配置方法；了解虛電路服務(wù)和數(shù)據(jù)包服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)層與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的基本概念等。第5 章運輸層，掌握停止等待協(xié)議、連續(xù)ARQ 協(xié)議、TCP 流量控制與擁塞控制、TCP 運輸連接管理；理解UDP 用戶數(shù)據(jù)報首部格式；了解TCP 的有限狀態(tài)機。第6 章應(yīng)用層，掌握域名解析、FTP 工作原理、統(tǒng)一資源定位符URL、電子郵件協(xié)議SMTP 和POP3、動態(tài)主機配置協(xié)議DHCP、簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議SNMP；理解域名系統(tǒng)基本概念、因特網(wǎng)域名結(jié)構(gòu)、域名服務(wù)器分類、超文本傳送協(xié)議HTTP 工作過程；了解簡單文件傳送協(xié)議TFTP、TELNET、超文本標記語言HTML、搜索引擎等。

2.1.2 理論教學多元化

引入教材配套官方線上教學視頻，對難以理解或抽象的概念或原理，除了在教學過程中細致講解，課后還可以根據(jù)個人知識點掌握情況，通過網(wǎng)絡(luò)教學視頻進行鞏固、深化理解或預習，鍛煉了學生溫故知新、自主學習能力，利于知識查漏補缺，體現(xiàn)了線上線下教育結(jié)合的優(yōu)勢。同時，考慮學生整體課程安排和師生交流時間有限等情況，教師和學生難以開展充分的面對面交流，利用超星學習通網(wǎng)絡(luò)教學平臺開展提問、課后答疑、一對一交流等，實現(xiàn)課堂教學與網(wǎng)絡(luò)教學的互聯(lián)互通，暢通師生交流渠道。

理論教學過程中引入思維可視化（Thinking visualization）支撐教學內(nèi)容可視化的理念，教師在課堂上結(jié)合精心準備的動畫、視頻等知識點展現(xiàn)方式，講解部分重要或抽象知識點，主要包括：碼分多址CDMA 的相關(guān)計算、CSMA/CD 協(xié)議、IP 數(shù)據(jù)報分片、距離向量路由算法、路由信息協(xié)議RIP、TCP 的連接建立與釋放、TCP 擁塞控制、TCP 的滑動窗口等內(nèi)容，通過動畫視頻，配上適當?shù)谋尘耙魳罚寣W生以輕松的心態(tài)去學習，聽課注意力明顯比靜態(tài)的PPT 或純口述講解效果好。

2.1.3 理論教學前沿化

為進一步培養(yǎng)學生的綜合應(yīng)用創(chuàng)新能力，在原有理論教學知識體系中，根據(jù)學時知識結(jié)構(gòu)，滲透引入相關(guān)前沿知識，通過微專題講解模式啟發(fā)學生思維，拓展學生的知識面，主要包括引入邊緣計算、EPON 網(wǎng)、電磁傳播原理、家庭智能網(wǎng)關(guān)、GPU并行計算等，增加學生學習興趣和創(chuàng)新能力，探究相關(guān)技術(shù)結(jié)合點和發(fā)展趨勢，進一步體現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的平臺性和綜合性。

2.2 實驗教學工程化、案例化

鑒于各個行業(yè)對計算機網(wǎng)絡(luò)人才的技術(shù)需求不一致、工程能力要求不斷提升，考慮民航信息技術(shù)發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)自動化程度高等特點，若采用完全與理論教學章節(jié)同步的實驗教學模式，圍繞網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)路基礎(chǔ)原理開展印證性教學，難以獲得理想的學生實際動手操作和網(wǎng)絡(luò)實踐鍛煉效果，創(chuàng)新性和知識體系整體性不強，難以滿足新工科發(fā)展需求。因此，本文在理論教學基礎(chǔ)上，為實現(xiàn)OBE 理念，重視學生實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，遵循學生對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)認知發(fā)展規(guī)律，設(shè)計多階段、不同層次的多維協(xié)同計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學，通過小組綜合案例實驗方式，一定程度上解決實驗環(huán)境資源不足的問題，使學生更好地理解和掌握理論教學的知識體系內(nèi)容；通過小組內(nèi)部研討和教師指導，引導學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題。整體實現(xiàn)了理論知識點的統(tǒng)一理解和工程問題的合理分解，促進學生實踐能力產(chǎn)出導向[6-8]。實驗內(nèi)容如表2 所示。

表2 計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學

實驗教學采用循序漸進的案例驅(qū)動方式，具有典型工程應(yīng)用代表性。實驗1 至實驗8，主要是通過在實驗室環(huán)境學生自行練習網(wǎng)絡(luò)命令使用和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析，要求學生獨立完成。實驗9 至實驗11，由于實驗用路由器、交換機等設(shè)備數(shù)量有限，通過引入的網(wǎng)絡(luò)實驗教學綜合平臺開展，該類實驗具有一定的綜合性，采取小組形式開展，評價采用小組項目微答辯形式開展，鍛煉了學生的團隊協(xié)作精神。實驗12，考慮計算機網(wǎng)絡(luò)教育中新工科學生的軟件開發(fā)實踐能力鍛煉，設(shè)計基于Python 編程語言的Web 自動化—瀏覽器高級操作實驗，提升學生在Web 自動化應(yīng)用方面對相關(guān)軟件技術(shù)的了解和應(yīng)用，該部分具有一定的深度和難度，要求學生自己收集資料、下載和配置三方庫，但是趣味性強，有效開發(fā)學生創(chuàng)新思維和動手能力。

為支撐實驗開展，需要不斷優(yōu)化教學客戶端硬件和更新相關(guān)現(xiàn)代化教學軟件環(huán)境，并簡化學生實驗教學系統(tǒng)操作流程，提升實驗交互友好性，使學生將實驗重點盡量集中在關(guān)鍵知識點上，而不是耗費在實驗系統(tǒng)響應(yīng)時間或煩瑣的實驗環(huán)境配置方面。和其他很多高校一樣，考慮計算機網(wǎng)絡(luò)實驗過程中部分硬件資源有限，通過真實和虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗環(huán)境相結(jié)合，有效解決資源使用瓶頸。針對難度較大的實驗將采用示范教學法進行現(xiàn)場演示，學生同步開展實驗。同時，每次實驗會下發(fā)實驗任務(wù)，包括實驗?zāi)繕恕嶒灜h(huán)境、實驗步驟等內(nèi)容，通過任務(wù)驅(qū)動法，要求學生提交統(tǒng)一模板格式的實驗報告，便于教師直觀有效掌握學生的實驗情況，積累的教學過程材料也有利于支撐工程認證所需的課程評價。

3 結(jié)束語

本文基于高?！靶鹿た啤比瞬排囵B(yǎng)要求，通過研究民航類院校OBE 理念發(fā)展和需求，針對民航院校計算機網(wǎng)絡(luò)知識體系進行理論和實驗教學內(nèi)容進行升級優(yōu)化。通過對計算機科學與技術(shù)專業(yè)的6 個班級授課，相對于傳統(tǒng)教學模式，升級后的多元化理論教學和案例化實驗教學，強調(diào)工程認證教育理念引領(lǐng)下的以學生為中心和成果導向，拓展理論與實驗教學寬度的同時，有效提高了該專業(yè)課程的教學質(zhì)量，提升了學生分析解決復雜工程問題和綜合創(chuàng)新能力。