实践教学体系 [CDIO理念下《计算机网络》课程实践教学体系的构建]

CDIO理念下《计算机网络》课程实践教学体系的构建

摘 要：
CDIO模式；
计算机网络；
实践教学 目前，在通信工程和计算机等ICT技术类专业课程体系 中占据日益重要位置的《计算机网络》课程，其开设情况往 往存在理论性强，实践教学环节薄弱，与实际应用脱节等问 题，而这一问题在以注重实践性教学环节的工程应用型本科 教育中显得尤为突出。学生在掌握了本门课程相应的理论知 识之后，迫切需要通过一个完善的实践教学体系强化实际动 手能力的锻炼和培养，以尽快缩小学生自身实际能力与社会 需求之间的矛盾和差距。

而CDIO作为国际工程教育和人才培养的创新模式[1]， 紧密围绕“构思-设计-实现-运作”思路展开，强调学生通 过项目驱动的方式实现工程能力和综合创新能力的培养，是 “做中学”和“基于项目教育和学习”的集中概括和表达。

将CDIO基于项目教学的理念有机地引入《计算机网络》课程 实践教学体系的设计中，经过合理科学的实施，不但能够有效激发学生学习的主观能动性，而且有利于他们独立分析和 解决实际问题能力的培养。同时，实践教学的开放性特点也 给学生依据自身兴趣和能力水平进行发挥提供了充足的空 间，是大学生工程素质和创造性思维培养的动力源头。

一、课程实践教学存在的问题和改革的思路 结合本校实际，我们列出了目前许多地方普通高校《计 算机网络》课程实践教学环节普遍存在的一些共性问题：
（1）网络技术类实验课程的基础部分大同小异，存在 许多交叉点和重复性内容，缺少基于项目驱动的综合、全面 的实验教学体系。

（2）在实验内容的整体架构上，存在演示和验证性实 验、单项训练实验偏多，综合性、设计性实验偏少，对实训 和课程设计不够重视。

（3）学时的限制导致难以组成专题实验或实践，不利 于学生工程能力的提高和创新意识的培养。

（4）网络技术和产品的发展更新非常快，产品种类繁 多。而普通地方高校由于经费投入有限和专业发展的各种内 外环境条件参差不齐，网络实验所需的软硬件条件难以跟上 应用的发展。另外，网络产品的封装性好，使用相对简单， 对网络产品的介绍分析缺乏深度，使学生缺乏能动性，难以 培养学生的创新能力。

针对以上现状和不足，我们认为《计算机网络》课程实 践教学的改革应着眼于互动、实用、开放和创新。其中创新包含两个层面：一是在教学中要体现出对学生内在创新冲动 及创新思维的充分调动和激发；
二是实验内容的设计要从新 思维、新观念的角度出发，同飞速发展的信息时代一起与时 俱进、有所创新，给学生提供在完整真实的问题情境中学习 创新、强化工程能力的驱动条件。通过设计开放式实践课程 架构，打破学科界限，消除跨学科教育的障碍，打破课程实 践场所的封闭性，增加实验室的开放时间，设立学生创新实 验室和实验基地，为学生提供更加便利的学习环境，从而增 强学生自主学习的热情[2]。此外，在实践教学组织中要提 倡互动作用的团队文化，充分发挥在教师主导作用下充分发 挥学生的主体作用，在教师与学生、学生与学生之间的互动 中学习和传播知识。

考虑到《计算机网络》课程实践性较强的突出特点，因 此在实验和实训环节内容的设计和选取上应该各有侧重。实 验以TCP/IP协议的原理性验证内容为主线，实训则围绕网络 工程技术这个核心展开，注重实用性，从各种网络工程实际 项目中提炼出一些经典案例，从项目规划、设计、实施到运 行维护全过程环节，按照CDIO项目驱动的理念去组织和落实， 突出对学生工程能力和创新能力的综合培养。整个课程实践 体系架构于对网络技术发展趋势的动态理解和把握之上，教 学内容可以根据需要适时灵活优化和调整。

二、构建基于CDIO的课程实践教学体系 我们对照专业培养要求和《计算机网络》课程所要达到的能力目标，在CDIO大纲指导下，以学生职业能力和工程师 综合素质的培养为基本设计导向，自顶向下遵循“系统-模 块-单元”这条主线逐层展开课程实践教学体系的架构，有 序进行各项能力的分解和配置，并按照“学网”、“用网”、 “建网”和“管网”的顺序将其细化后的能力落实到各个实 践环节。另外，我们不可能也没有必要将所有内容都安排进 行课内教学，为此我们按照本科教学培养目标把课程实践体 系的内容进行划分，一部分内容与其它相关课程教学合并， 一部分内容在加强督导检查的情况下由学生课外自主完成。

在实践内容的选择上，我们遵循以下原则：一是注重实 用，也即所开出的实验和实训内容密切跟踪网络技术的发展 趋势，能够切实巩固提高学生的网络技术技能水平，适应社 会的需求；
二是可操作性。新颖的实验内容能够激发学生学 习的兴趣，但前提是排除实验设备和实验环境条件的限制， 保证实验可操作；
三是开拓性，实践内容不但能够强化学生 对计算机网络知识体系的理解，帮助学生掌握基本技能，而 且还可以开发学生的创新意识，逐步培养其创新能力；
四是 层次性，通过合理组织和设计实践的环节、内容，进行多层 次的实践教学[3]。

在实践内容的组织和安排上，如图1所示，我们将实践 划分为实验、实训两个主要环节，并将所有实验和实训均分 为必修和选修两种层次。选修内容一般由学生课外自主实施， 属扩展延伸及提高部分，具有探索性，适合有需要和有能力深入拓展的学生；
必修内容则以课内教师主导教学的模式为 主。其中，必修实验又细分为基础性和综合性实验两个层次。

基础性实验主要围绕TCP/IP协议体系这个核心，以掌握计算 机网络基本知识和技能为主；
综合性实验则主要强化学生计 算机网络动手操作能力与综合分析能力的培养。而实训环节 内容侧重培养学生网络工程综合素质及团队协作和开拓创 新精神，以来源于企业、提炼于工程实际的典型计算机网络 工程项目案例为设计背景。实训部分的必修内容参照CDIO能 力大纲要求将设计指标分解，使学生获得真实工程背景下网 络工程项目从规划、设计、实施到运行维护全过程的系统的 基本综合训练；
选修提高部分采取“走出去、请进来”的方 式，通过校企合作单位的网络系统集成合作培养项目实施， 不受课程教学进度安排限制，可以一直贯穿到学生毕业阶段， 对于职业兴趣志向在此方向的学生，可以深度参与到企业的 各种实际网络工程项目的锻炼，向网络工程师方向塑造和培 养，以利于就业时与市场需求实现无缝衔接。

通过上述实践内容的设计、组织，以及实践教学环节的 安排，构建起层次丰富的立体化《计算机网络》课程实践教 学体系，改变了过去该门课程实践相对零散、在形成技术应 用能力方面缺少整体性、学生难以将所学知识与技能形成整 体知识建构、无法顺利形成技术应用能力的尴尬状况。

三、实践教学的组织与管理我们在课程实践教学过程中，特别是在综合性实验和实 训环节，采用全新的“互动式场景教学法”，以实际应用场 景为核心，通过师生互动、团队协作的生动模式，利用任务 和项目导向的角色模拟，逐步深入展开整个实践的教学，巩 固强化学生计算机网络基础知识和实战技能。我们根据计算 机网络工程项目实施过程中的实际工作流程进行工作场景 的构建，同时结合具体的工程项目，进行项目分析和任务分 解，模拟和重现在企业中进行网络工程实施的真实任务环境。

所有计算机网络的知识点和技能通过一个或几个项目及其 相关任务进行组织和安排，以项目和任务为主导进行实践教 学的驱动。学生通过可扩展的案例系统化学习计算机网络知 识和技能。

在实训环节中，我们采用来源于合作企业的真实项目和 真实工作流程及工具，让学生在实训中轮流模拟工程项目中 各种角色，协同完成项目。通过将一个完整的实训项目划分 为多个子任务，再分析每个任务所需要的知识、技能和素质 要求，以完成任务的形式来组织内容学习和实训体系设计。

课程知识体系和实战技能的传授按照问题的提出、分析、解 决、总结、扩展以及解决更高级的类似问题这六个步骤来进 行有序组织。通过对企业实际工作场景的模拟和实际项目的 系统化训练，使学生逐步积累实际网络工程项目经验。通过 上机操作、项目实践、技术研讨以及职业综合素质训练，从 任务目标设定、团队协作和沟通等方面培养学生从事网络技术工程开发所需要的职业素质。

此外，为了保证计算机网络实践教学案例的有效性和可 操作性，我们在与广西盛源行、软通动力等省内外知名信息 技术企业密切合作的基础上，明确了从企业采集案例的原 则：一是有针对性，所选项目案例必须针对某一实验主题或 技能的训练；
二是具有典型性，所选择的项目案例是当前业 界网络技术的典型应用，且项目开发实施文档齐全；
三是具 有时效性，所选案例必须符合网络技术的发展趋势，摒弃过 时的技术和内容；
四是保证完整性，所选项目案例应至少包 含一个完整的项目或实验过程。

四、课程实践教学效果 遵循CDIO大纲理念，以培养学生工程实践能力和创新意 识为核心的《计算机网络》课程实践教学体系自实践三年多 来，成效显著，极大活跃了实践课堂的教学气氛，激发出了 学生探索计算机网络知识的兴趣和热情，同时为学生创造能 力、组织能力和表达能力的综合培养创造了良好条件，符合 工科院校培养具有创新能力的工程应用型人才的目标，可以 为信息与通信技术相关的各类专业开展课程实践教学改革 提供值得借鉴的样本。

基金项目：2012年新世纪广西高等教育教改工程项目 “CDIO 工程教育模式在地方高校通信工程专业中的应用与 实践”；
2010年广西教改项目（2010JGB058）参考文献：
[1] 王硕旺等．CDIO：美国麻省理工学院工程教育的经 典模式—基于对CDIO课程大纲的解读[J]．高等工程教育研 究，2009，28(4)：116-119． [2] 刘泉，吕锋等．构建信息类专业实践教学体系的思 考[J]．理工高教研究，2007，27（3）：115-117． [3] 李利，焦智等．应用型本科通信工程专业实验实践 教学体系构建［J］，实验室研究与探索，2008，27（12）， 163-164． - 1 -