基于OBE的物联网工程专业《计算机网络》教学改革

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　　摘 要
　　为贯彻学习产出（OBE）的教育理念，针对物联网工程专业中计算机网络的各项能力培养及提升学生学习效果的问题，提出基于OBE的教学改革实践。从学习效果出发反向推导教学目标，进而确定教学活动及考核体系的设计过程。结合课堂内容设计和课堂模式改革，提升OBE在计算机网络教学改革中的作用。
　　关键词
　　反向设计; 教学改革; 计算机网络;物联网工程
　　中图分类号： TP368.1-4;G642                文献标识码： A
　　DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.16.024
　　教育部在2010年3月，发布了《关于战略性新兴产业相关专业申报和审批工作的通知》，各高校积极申报物联网相关专业，并于当年获批了33所不同层次高校的物联网工程相关专业。江苏科技大学作为首批开设物联网专业的高校之一，于2011年开始招生，如今已经培养了5批优秀的物联网工程专业毕业生[1]。物联网工程专业是被各高校申请最多的专业，反映出国家对物联网经济的重视和人才培养的迫切性。物联网工程是新一代信息技术的重要组成部分，其核心和基础仍是互联网，其用户端延伸到了物品与物品之间，可以实现物理系统的实时跟踪[2]。
　　物联网工程专业不同于其他专业的特点有如下3个[3]：
　　（1）物联网工程专业是一门交叉学科，涉及计算机、通信技术、电子技术等专业基础知识，以及管理学、软件开发等多方面知识。
　　（2）物联网是一个专业，而非学科。如果专业定位不清，课程设置不合理，或针对性不强，则培养出的学生可能懂得多但不精。
　　（3）物联网产业链长，涉及多个产业群，其应用范围几乎涵盖了各个行业。因此，物联网专业的学生可以从事不同岗位的工作。
　　成果导向教育（Outcome-Based Education，OBE）是一种以学生的学习成果为导向的教育理念，该理念认为教学设计和教学实施的目标是学生在整个教育过程中取得的学习成果。它由Spady等人于1981年首次提出[4]，迅速得到了人们的认可与重视。OBE教育模式是工程教育的核心理念，也是工程教育专业认证的重要标准。OBE以“实现学生特定学习产出的教育过程”推动了传统的内容驱动、学科导向的教育模式改革。为了适应OBE理念达到工程教育的认证标准，许多高校积极开展了计算机基础应用理论教学改革，但仅仅依靠课堂教学改革的方法来促进学生理解計算思维并解决工程问题的能力，效果有限。因此，基于OBE理念梳理计算机课程的教学重难点，借助多种手段重构课堂教学环节，成为目前公认的较为成功的教学改革方案之一[5，6]。
　　计算机网络是进一步学习各类有线网络和无线网络协议、技术、模型和算法的基础，是计算机专业的基础理论课[7]。因此，对于把计算机技术作为核心技术之一的物联网工程来说，计算机网络也是物联网工程专业的重要专业基础课程[6]，在课程体系中占据着非常重要的地位。使用OBE理念对计算机网络课程进行改革，也有利于促进物联网工程专业教学的正常稳定进行。
　　1 基于OBE的计算机网络课程大纲修订
　　OBE理念强调反向设计，首先要综合分析国家、社会和职场等对人才的需求，然后确定培养目标，再根据培养目标确定毕业要求，并将毕业要求逐一分解为可测量的指标点，最后根据指标点确定课程体系。要把培养方案的制（修）订与专业认证结合起来，就要在专业培养与毕业要求的基础上，根据课程知识结构与先后修课程知识体系的关联，对基于OBE的计算机网络课程教学大纲进行修订。对计算机网络课程大纲的修订，对于促进教师深入理解“以学生为中心的教与学”的OBE核心内涵，起到非常积极的作用。
　　1.1 课程目标对毕业要求的支撑
　　教学目标是学生想要达到的水平，确定好了教学目标之后，可以反向设计出实现教学目标所需要的教学活动。OBE强调以学生为中心，教师不是课程的主宰者，而是课程的指导者。计算机网络对学生能力培养的具体要求是在掌握计算机网络基本内容的基础上，结合实际问题选择合理的网络系统。根据该能力培养的要求，物联网工程专业中的计算机网络课程目标设计如下。
　　课程目标1：掌握计算机网络的基本概念， 计算机网络体系结构的形成和协议分层方法，理解OSI/RM七层模型和TCP/IP体系结构;掌握物理层数字链路层的功能及特性，掌握网络互联的基本概念，掌握IP协议、子网划分和无分类编址CIDR，掌握路由选择协议的基本概念、内部网关协议和外部网关协议的原理和方法;掌握运输层主要功能和运输层的两个主要协议，掌握可靠传输的工作原理及TCP的可靠数据传输与流量控制机制，通过计算思维的培养，使学生能够在计算机领域分析相关工程问题的能力，为本专业后续课程学习奠定良好的理论基础。
　　该课程目标支撑毕业要求“问题分析”：能够应用数学、自然科学和工程理论的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析物联网工程及相关领域内的复杂工程问题，以获得有效结论。
　　课程目标2：了解传输媒体的特点、宽带接入技术、高速以太网技术;了解IPv6协议及其数据包格式和编址方案;理解常用计算机网络系统（无线局域网、无线传感网、移动通信网、卫星通信网等）的基本原理以及其组网基本方法和工作过程。
　　该课程目标支撑毕业要求“设计/开发解决方案”：能够设计针对物联网工程及相关领域复杂工程问题的解决方法，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑法律、社会、文化、安全、健康以及环境等因素。
　　课程目标3：理解常用网络应用的实现方案，掌握常用网络应用服务的配置与管理方法，能够基于科学原理研究和设计各类网络应用的复杂工程问题，分析和设计网络应用系统，制定合适的实验方案，构建实验系统并开展实验研究。 　　该课程目标支撑毕业要求“研究”：能够基于科学原理并采用科学方法对物联网工程及相关领域内的复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据，并通过信息综合得到合理有效的结论。
　　1.2 课程重难点及解决方案
　　在修订教学大纲的过程中，必须明确计算机网络课程的重难点。计算机网络作为一门理论课，重点是理解和掌握计算机网络的基本概念、基本原理和基本方法，熟悉计算机网络的体系结构，理解各层的功能、工作原理和相关协议。难点在于分析网络协议的语法语义和时序，对网络协议有一个透彻的理解。由于计算机网络课程重点难点较多，很多学生难以理解和掌握，因此提出几个解决方案具体方式如下：
　　（1）为了加深学生的理解，在课堂教学要以学生为主，注重对于基础知识的讲解，让学生掌握各种计算机网络的体系结构。
　　（2）通过编程实践加强学生对计算机网络的安装、配置、调试、开发与应用，提高利用计算机解决网络通信问题的实践能力。
　　（3）为了让学生能够随时随地地进行相关方面的学习，可以通过网络教学的途径，学生可以通过网络进行各方面的学习，并且获取相应的资源，学生也可以通过网络向老师提问，这样教学方式更加便捷。将网络资源互动作为课堂教学的有效补充，通过课程QQ群或者微信群的建设，与学生在线答疑。
　　（4）在课本的基础内容上编制与课本相配套的课件等学习资料，学生可以通过这些学习资料来加深对于课本内容的理解与学习，也可以在课后的时间里进行自我检测，使学生提高自主学习能力。
　　因此对于考核的设计十分重要，考核要具有综合性，要能够对学生的各方面都考察得到。学生通过考核可以认识到自己的不足，同时也能够对自己的学习成果以及学习能力有一定的判断。同学之间也可以进行比较，来不断地拉小彼此之间的距离。老师在考核的过程中也要对同学起到一个引导作用，帮助同学们不断地成长，走向成功，让成功的学习体验激发学生的学习热情。
　　课堂的每个部分都要对学生进行考核。首先是对于课程的预习部分，在学生进行预习以后，需要登录网络平台进行相应的预习问题的解答。在课程预习完成以后，学生依旧要对本节课学过的内容进行测试，然后网络平台会对学生的解答结果做一个评测，给出正确答案，学生可以根据答案来认识到自己学习中的不足。在学期末的时候，将平时的测试成绩取平均分数作为最后成绩。在教学开始之前，应当让学生通过自主原则进行分组，老师起一个引导作用，为学生提供指导性的帮助，学生按小组完成相应的考核内容。
　　终极考核就是对学生所有成果的最终检测，是对所有学习目标的完成情况的测评。考核模式主要采用试卷方式，因此试卷内容的制定很重要，首先在知识方面考察到的知识点需要涵盖所有内容的90%，对于知识点中的重点以及难点是要完全的考察到的。对于章节的不同难易程度以及重要程度，分数的占比划分也不同。规定考题类型以及不同知识点的可用考核题型。多名教师出多套试卷，期末考试将随机抽取一套试卷作为终结性考核试卷。
　　2 课堂教学实施改革
　　翻转课堂是一种新兴的教学方式，该教学方式主要由课堂教学以及学生自学共同完成，两个方式的所用学时是一样的。学生的自学任务主要包括自己观看教学视频完成学习内容，课后作业的完成，以及学习内容的检测。在学生自学过程完成的基础上，老师根据学生检测的情况，再针对性地进行教学内容的设计。
　　2.1 课堂教学内容设计
　　在教学内容上，不应该仅仅满足于基础知识的讲解，而是要在此基础上，将重心放在攻克重点难点上，要扩宽学生的知识面，使学生的理解能力得到提升。课程教学环节主要有包括以下几个方面：
　　（1）基础知识一定要抓牢。基础知识是课程教学的基础，在教学过程中属于前期阶段。物联网工程专业的学生在大三时进行计算机网络课程的学习，由于这是学生第一次接触翻转课堂，而且学习的内容比较难以理解，所以学生可以有一个较短的适应期。学生可以通过自学的方式，对计算机网络有一个简单的了解。慢慢地培养自己的网络逻辑思维能力。
　　（2）在学生自学之后，可以对未理解的问题进行标注，将所有学生的问题进行集合，反馈给老师，这样老师就会对学生的学习情况有一定的了解，并在上课的时候针对性地对这些问题进行讲解，在讲解之后通过互动考察学生的学习情况，还可以活跃课堂气氛，促进思考的效果。
　　（3）课堂练习。利用“学习通”软件，在课堂上布置练习题，并对学生进行现场指导。练习可以加深学生对知识点的掌握，同时通过小组的交流活动可以使学生增进对自身不足的认识，同时学习到其他人身上的优点，使小组成员共同成长。
　　2.2 课堂教学模式改革
　　教学过程不是老师的独角戏，学生是教学的主体，老师只是引导者，老师跟学生是合作关系，所以在课堂教学的过程中，学生应该积极地与老师进行配合，建立良好的课堂学习氛围。因为多媒体教学的简洁方便等优点，教师要学会使用多媒体教学，提高课堂教学效率。课堂教学内容要配合一定的教学方法可以达到事半功倍的效果[9]，一般来说，可以通过启发式教学引导学生思考，講授法讲授课堂重难点，实验法加深学生对计算机网络课程的学习和理解，练习法可以巩固学生学习到的知识。
　　教师注重教学内容与实际运用相结合，除了对知识内容的讲解，老师应当鼓励学生对知识内容进行操作验证，实践是检验真理的唯一标准，学生在通过动手实验以后，不仅会加深对知识的印象，同时也会使自己的学习能力得到提升。在学生进行动手实验的时候，老师要能够及时地帮助学生解决出现的问题。将教学内容与实际相结合，不仅提高了学生对学习的积极性，也使整个教学氛围得到提升，学生的知识面也得到增加。
　　3 结语
　　计算机网络课程是物联网工程专业的重要基础课程，因此对该课程的持续教学改革具有重大意义。本文将OBE的思想引入到计算机网络的课程设计中，从课程的大纲修订和课堂教学改革两个方面进行了探讨。由于教学知识的不断改变，教学方式也要不断地改变。因此进行教学改革是十分必要的，教学改革既可以提高学生的学习能力，也可以提高教学的效率，对老师的成长也大有裨益。
　　参考文献
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　　[2]Atzori L，Iera A，Morabito G.The Internet of Things：A Survey[J].Computer Networks，2010（15）：2787-2805.
　　[3]肖加清.基于物联网工程专业特点的人才培养方案研究[J].科技视界，2017，32： 41-42.
　　[4]Spady William G.Outcome-Based Education：Critical Issues and Answers[M].American Associationof School Administrators，Arlington.1994.
　　[5]孙清闻，王红.基于OBD-TC的计算机网络课程教学改革[J].计算机教育，2019，10：90-94.
　　[6]朱洁，王海艳，黄海平.基于OBE的数据结构教学改革实践[J].计算机教育，2019，10：95-98.
　　[7]杨浩，朱立才，蔡长安，周彩根.计算机网络在物联网工程专业中的教学改革与教学资源平台建设[J].计算机教育，2015，2：56-59.
　　[8]Maureen L，Glenn P and Michael T.Inverting the Classroom：A Gateway to Create an Inclusive Learning Environment[J].Journal of Economic Education，2000，31（1）：30 -43.
　　[9]胡建华，周川.高等教育学[M].南京师范大学出版社，南京大学出版社.
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