鄭瑞娟 孫士保 朱軍龍 劉銘 劉牧華

摘要：依據(jù)計算機網(wǎng)絡(luò)課程人才培養(yǎng)目標，重構(gòu)教學內(nèi)容并形成多維知識地圖，構(gòu)建“Ⅵ級迭代”研究性教學模式，基于課程設(shè)定的“點-線-面”式研討任務(wù)脈絡(luò)和開放式的教學資源體系，發(fā)布揭榜掛帥任務(wù)，逐層設(shè)定實驗實戰(zhàn)，自主科研成果融入等多種方式層層遞進，培養(yǎng)學生科研思維和創(chuàng)新能力，發(fā)揮課程在研究性教學育人中的引領(lǐng)示范作用。

關(guān)鍵詞：計算機網(wǎng)絡(luò)；教學改革；科研融入；課程思政；研究性教學

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）34-0088-03

開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）

1 課程建設(shè)基礎(chǔ)

計算機網(wǎng)絡(luò)課程總64學時，其中理論學時56，實驗學時8，是計算機科學與技術(shù)/物聯(lián)網(wǎng)工程全日制本科二年級學生、軟件工程專業(yè)全日制本科三年級學生的專業(yè)核心基礎(chǔ)課程。計算機網(wǎng)絡(luò)課程現(xiàn)為第二批國家級一流本科課程、河南省線上線下混合式一流本科課程，河南省線上一流本科課程、河南省課程思政樣板課程、河南省精品在線開放課程。

2019年3月，計算機網(wǎng)絡(luò)課程上線超星泛雅在線開放課程平臺（https：//mooc1.chaoxing.com/course/205895648.html） ，目前在超星平臺選課2 688人，頁面瀏覽量5 583 014次；2019年4月，課程上線嗶哩嗶哩（https：//www.bilibili.com/ video/BV1K4411t7jp/） ，目前播放15.4萬次、收藏4814次、轉(zhuǎn)發(fā)883次、彈幕數(shù)2 469個；2019年底，課程上線學堂在線（https：//www.xuetangx.com/course/haust08091001998/4231347） ，課程的整體質(zhì)量受到廣泛認可，目前社會選課人數(shù)達到8 790人，課程活躍度超過96.35%的課程，學員遍布全國所有省（自治區(qū)），此外，美國、日本、韓國、英國、葡萄牙、烏克蘭具有學員選課，中原工學院、河北建筑工程學院和甘肅省理工中等專業(yè)學校3所學校共493人采用本課程作為線上資源開展了SPOC教學；2021年9月，課程上線中國大學慕課網(wǎng)（https：//www.icourse163.org/course/HAUST-1462095177） ，目前選課人數(shù)3 774人；2022年初，課程被推薦登錄國家高等教育智慧教育平臺（https：//higher.smartedu.cn/course/62f2e0ea1fdc0303f43a8195） 。

基于學堂在線、中國大學慕課網(wǎng)、超星泛雅、雨課堂等平臺，計算機網(wǎng)絡(luò)課程依據(jù)“先進性、綜合性、開放性、研究性”的建設(shè)要求，在課程體系、教學資源、課程思政和教學方法上進行了改革創(chuàng)新。課程內(nèi)容曾獲第二屆全國高校教育教學創(chuàng)新大賽三等獎、河南省課堂創(chuàng)新大賽特等獎、全國教師教育教學信息化交流二等獎、河南省線上教學優(yōu)秀課程一等獎、河南省教學技能競賽一等獎、河南省教育教學信息化交流一等獎。

2 研究性建設(shè)內(nèi)容與措施

2.1 建設(shè)目標

在網(wǎng)絡(luò)強國[1-2]的戰(zhàn)略指引下，計算機網(wǎng)絡(luò)課程依托河南科技大學工科特色突出的優(yōu)勢，秉承本專業(yè)“厚基礎(chǔ)、寬口徑、重實踐、求創(chuàng)新”的人才培養(yǎng)目標，針對新時代大學生“個性化學習、我的課堂我做主”的學習需求，課程以Internet體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議原理為知識載體，有機融合家國情懷和科學實踐精神，以知識傳授與培養(yǎng)社會主義核心價值觀相結(jié)合的原則，構(gòu)建系統(tǒng)的課程思政體系，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)知識、科學實踐、價值素養(yǎng)三位一體的課程目標[3-4] 。

1） 知識：領(lǐng)會網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)工作機制、各類協(xié)議的本質(zhì)內(nèi)涵及未來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)原理知識。

2） 能力：應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)設(shè)計手段，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓撲、開發(fā)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及應(yīng)用軟件；運用科學方法分析協(xié)議內(nèi)涵，評價協(xié)議性能，評判網(wǎng)絡(luò)設(shè)計過程中可能遇到的問題并給出解決思路。

3） 素養(yǎng)：培養(yǎng)學思結(jié)合，知行統(tǒng)一，具備踏實嚴謹、耐心專注、吃苦耐勞等優(yōu)秀品質(zhì)，具有計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)技能、職業(yè)道德、職業(yè)意識，具備“精益求精，追求卓越”的工匠精神[5]、有溫度有情懷有技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)人才。

2.2 基本要求

本課程是計算機科學與技術(shù)、軟件工程、物聯(lián)網(wǎng)工程學科平臺必修課和主干課，在專業(yè)教學計劃中占有重要地位，可以作為其他相關(guān)專業(yè)的選修課。本課程旨在繼高級語言程序設(shè)計等課程后，引導學生認識網(wǎng)絡(luò)體系及其協(xié)議，培養(yǎng)其工程知識應(yīng)用、問題分析、解決方案、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究等專業(yè)基本能力[6-7]。給學生提供參與設(shè)計復雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的機會，培養(yǎng)其工程意識和科研能力。

挖掘思政要素，將中原文化[8]“兼容眾善、合而成體”的特征應(yīng)用于課程思政實踐，形成“融中原文武國風古韻，育德智雙修網(wǎng)絡(luò)新才”的課程思政脈絡(luò)。

2.3 研討內(nèi)容設(shè)計

1） 重構(gòu)教學內(nèi)容，形成多維知識地圖

針對課程知識點多、雜、散等特點，梳理了知識體系的脈絡(luò)及知識點之間的內(nèi)部耦合關(guān)系，重點圍繞互聯(lián)網(wǎng)的核心知識點，從概念、原理、應(yīng)用、安全四個維度重構(gòu)課程內(nèi)容，形成“網(wǎng)絡(luò)概述-網(wǎng)絡(luò)體系-新型網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)安全”計算機網(wǎng)絡(luò)知識地圖，體系脈絡(luò)更加清晰、組織結(jié)構(gòu)更加合理，如圖1所示。

2） 圍繞知識地圖，搭建“點-線-面”式研討任務(wù)脈絡(luò)

以網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)為核心，緊緊圍繞“網(wǎng)絡(luò)概述-網(wǎng)絡(luò)體系-新型網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)安全”知識地圖，將網(wǎng)絡(luò)概述、新型網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)安全內(nèi)容融入網(wǎng)絡(luò)體系的內(nèi)容和研討任務(wù)體系，按照“基礎(chǔ)-指導-衍生-反饋-優(yōu)化-推動”的內(nèi)容耦合關(guān)系重組計算機網(wǎng)絡(luò)的“大網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)”研討任務(wù)，從門派討論話題、揭榜掛帥任務(wù)、個性探究展示、科研前沿技術(shù)、實驗實戰(zhàn)練兵、課程綜合設(shè)計6個層面設(shè)定了涵蓋核心網(wǎng)絡(luò)原理知識點的原理驗證（點）、特定工作層次傳輸方式的模式探究（線）、新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)化辨析和綜合網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的仿真?zhèn)鬏敚妫┰趦?nèi)的研討任務(wù)脈絡(luò)。如圖2所示。

2.4 教學方法與策略

基于課程設(shè)定的“點-線-面”式研討任務(wù)脈絡(luò)和開放式的教學資源體系，計算機網(wǎng)絡(luò)課程在教學實踐中，形成了課程教師、出師學長、企業(yè)導師、競賽教練組建形成的“網(wǎng)絡(luò)武林盟主團”。通過“盟主”引領(lǐng)，注重引導學生面向?qū)嶋H應(yīng)用需求和新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展趨勢，將課程組的科研研究成果引入教學過程，在原理課堂、PBL話題、揭榜掛帥、實驗實戰(zhàn)、個性化展示、科研成果融入等多個教學環(huán)節(jié)中，通過“門派”協(xié)作、探究、PK的方式去發(fā)現(xiàn)問題、辨析原理、制定方案、實現(xiàn)算法或完成設(shè)計，在部分章節(jié)中嘗試教學與科研的深度融合，據(jù)此形成“Ⅵ級迭代”研究性教學模式，如圖3所示。

1） 發(fā)布揭榜掛帥任務(wù)，碰撞網(wǎng)絡(luò)科研火花

計算機網(wǎng)絡(luò)課程要求學生在領(lǐng)會各類協(xié)議的本質(zhì)內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，能夠運用科學方法分析協(xié)議內(nèi)涵、評價協(xié)議性能。在相關(guān)協(xié)議工作原理的基礎(chǔ)上，鼓勵學生嘗試通過編程實現(xiàn)協(xié)議的核心工作過程，或抓取網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)中的各層數(shù)據(jù)單元，對其首部控制、地址字段進行分析和解釋。據(jù)此，課程組發(fā)布了7個揭榜掛帥任務(wù)，學生以門派為單位自愿揭榜，完成對應(yīng)的編程、抓包、分析和解釋過程，并能夠?qū)Σ煌瑢崿F(xiàn)方法帶來的不同性能、可能存在的邊界問題以及改進的必要性在門派之內(nèi)進行探討、在門派之間進行分享，碰撞出網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及其改進方向的科研火花。

2） 逐層設(shè)定實驗實戰(zhàn)，增強行業(yè)應(yīng)用能力

計算機網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運輸層和應(yīng)用層設(shè)置了4個具有較強綜合性和設(shè)計性的實驗項目。內(nèi)容基于具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，可使用華為公司的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)仿真平臺eNSP完成，也可以在真實的華為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上完成，具有較高的靈活性。虛擬局域網(wǎng)配置實驗使學生能夠領(lǐng)會當前流行的局域網(wǎng)連接方式及工作模式，并完成配置和分析；靜態(tài)路由配置實驗使學生理解路由器的工作原理的同時，能夠根據(jù)應(yīng)用場景進行路由表生成方式的對比與選擇；TCP協(xié)議分析實驗使學生對所學的協(xié)議理論進行直觀的對比分析，能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)協(xié)議的工作過程給出可能的改進思路；Web服務(wù)器配置與HTTP分析實驗使學生能夠面對網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，對應(yīng)用過程中存在的協(xié)議問題進行分析、實現(xiàn)，并能夠利用保留字段嘗試優(yōu)化應(yīng)用。實驗中采用國產(chǎn)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備——華為企業(yè)網(wǎng)絡(luò)仿真平臺eNSP，培養(yǎng)學生的自主知識產(chǎn)權(quán)意識，增強學生的技術(shù)自信和民族文化自信。

3） 自主科研成果融入，聚合科研與教學良性互動

課程組負責人鄭瑞娟教授為河南省高?？萍紕?chuàng)新團隊——未來互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的團隊帶頭人，課程組多數(shù)教師為該團隊成員。團隊在移動云與物聯(lián)網(wǎng)、下一代互聯(lián)網(wǎng)方向上，形成了鮮明的研究特色和技術(shù)優(yōu)勢，并在學術(shù)理論和應(yīng)用技術(shù)上取得了一系列突破性進展。將團隊研究成果中的理論創(chuàng)新和技術(shù)突破與對應(yīng)的課程內(nèi)容有機融合，如網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)引入ICN和NDN、碼分復用技術(shù)延展到5G技術(shù)、分組轉(zhuǎn)發(fā)算法拓展了SDN和移動自組網(wǎng)進展、路由算法結(jié)合生物啟發(fā)原理引出智慧路由思想、網(wǎng)絡(luò)安全補充了多網(wǎng)并行的網(wǎng)絡(luò)安全模型、新型網(wǎng)絡(luò)則從云平臺可信管理/物聯(lián)網(wǎng)綜合安全/邊緣計算多維協(xié)同機制幾個方面引導學生的科研思維和創(chuàng)新能力。

3 特色創(chuàng)新

3.1 重構(gòu)知識地圖，構(gòu)建“點-線-面”式研討任務(wù)脈絡(luò)

將網(wǎng)絡(luò)概述、新型網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)安全內(nèi)容融入網(wǎng)絡(luò)體系的內(nèi)容和研討任務(wù)體系，按照“基礎(chǔ)-指導-衍生-反饋-優(yōu)化-推動”的內(nèi)容耦合關(guān)系重組計算機網(wǎng)絡(luò)的“大網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)”研討任務(wù)，從門派討論話題、揭榜掛帥任務(wù)、個性探究展示、科研前沿技術(shù)、實驗實戰(zhàn)練兵、課程綜合設(shè)計6個層面設(shè)定了涵蓋核心網(wǎng)絡(luò)原理知識點的原理驗證（點）、特定工作層次傳輸方式的模式探究（線）、新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)化辨析和綜合網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的仿真?zhèn)鬏敚妫┰趦?nèi)的研討任務(wù)脈絡(luò)。

3.2 依托網(wǎng)絡(luò)武林盟主團，形成“Ⅵ級迭代”研究性教學模式

形成課程教師、出師學長、企業(yè)導師、競賽教練組建形成的“網(wǎng)絡(luò)武林盟主團”。通過“盟主”引領(lǐng)，注重引導學生面向?qū)嶋H應(yīng)用需求和新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展趨勢，將課程組的科研研究成果引入教學過程，在原理課堂、PBL話題、揭榜掛帥、實驗實戰(zhàn)、個性化展示、科研成果融入等多個教學環(huán)節(jié)中，通過“門派”協(xié)作、探究、PK的方式去發(fā)現(xiàn)問題、辨析原理、制定方案、實現(xiàn)算法或完成設(shè)計，在部分章節(jié)中嘗試教學與科研的深度融合，形成“Ⅵ級迭代”研究性教學模式。

3.3 發(fā)布揭榜掛帥任務(wù)，碰撞網(wǎng)絡(luò)技術(shù)科研火花

鼓勵學生嘗試通過編程實現(xiàn)協(xié)議的核心工作過程，或抓取網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)中的各層數(shù)據(jù)單元，對其首部控制、地址字段進行分析和解釋。據(jù)此，課程組發(fā)布了7個揭榜掛帥任務(wù)，學生以門派為單位自愿揭榜，完成對應(yīng)的編程、抓包、分析和解釋過程，并能夠?qū)Σ煌瑢崿F(xiàn)方法帶來的不同性能、可能存在的邊界問題等在門派之內(nèi)進行探討、在門派之間進行分享，碰撞網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及改進方向的科研火花。

3.4 自主科研成果融入，聚合科研與教學良性互動

依托課程組在移動云與物聯(lián)網(wǎng)、下一代互聯(lián)網(wǎng)方向上所形成的鮮明研究特色和技術(shù)優(yōu)勢，將學術(shù)理論和應(yīng)用技術(shù)的一系列突破性進展與對應(yīng)的課程內(nèi)容有機融合，如網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)引入ICN和NDN、碼分復用技術(shù)延展到5G技術(shù)、分組轉(zhuǎn)發(fā)算法拓展了SDN和移動自組網(wǎng)進展、路由算法結(jié)合生物啟發(fā)原理引出智慧路由思想、網(wǎng)絡(luò)安全補充了體系多網(wǎng)并行的網(wǎng)絡(luò)安全模型、新型網(wǎng)絡(luò)從云平臺可信管理/物聯(lián)網(wǎng)綜合安全/邊緣計算多維協(xié)同機制方面引導學生的科研思維和創(chuàng)新能力。

4 結(jié)論

計算機網(wǎng)絡(luò)課程通過研究性教學改革與創(chuàng)新，打造一支教學與科研深度融合的教學團隊，形成較完備的計算機網(wǎng)絡(luò)研究性教學資源庫和應(yīng)用案例庫，為培養(yǎng)學生批判性思維、科研創(chuàng)新和實踐能力提供有力的知識、工程和科研經(jīng)驗支撐，發(fā)揮課程在研究性教學育人中的引領(lǐng)示范作用。

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【通聯(lián)編輯：王力】