基于工程实践能力培养的计算机网络课程教学改革
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摘要：随着新工科建设、工程教育认证等质量工程的实施，计算机网络课程以实际应用为导向，积极探索符合工科类学生的计算机网络教学体系，在实验环境、在线教学模式、创新创业等方面做了一体化的改革，在实践中培养学生解决工程实际问题的能力。
关键词：翻转课堂;虚拟技术;实践应用能力
中图分类号：G64 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2020）16-0106-03
Abstract： With the implementation of quality engineering such as new engineering construction and engineering education certification， the computer network course is guided by practical application， actively explores the computer network teaching system that conforms to the engineering students， makes integrated reform in the experimental environment， online teaching mode， innovation and entrepreneurship， and cultivates the students' ability to solve practical engineering problems in practice.
Key words： flipped Classroom; virtual technology;practical application ability
计算机网络是一门创新十分活跃的课程，是电子、自动化等工科专业的专业基础课。为满足国家对应用型人才的需求，计算机网络课程应以工程实践应用能力为核心进行一系列教学改革，积极应对地方本科院校向应用型转型的挑战。随着新工科建设、工程教育认证、虚拟仿真实验项目建设等一系列人才培养质量工程的实施，有必要从教学内容、教学手段、实践教学、教学资源、考核体系等多个角度出发，对计算机网络的教学体系进行梳理，以贴近实际应用为导向，探索符合工科类学生的计算机网络教学体系。电子、自动化等工科专业学生，应该以“会不会用”“会不会解决实际工程问题”作为检查网络技术学习好坏的标准，在学习中强化工程实践应用能力的培养与训练，不断提升解决复杂工程问题的能力[1]。
1计算机网络教学中存在的问题
计算机网络涉及了计算机、数学、物理、机械、电气等诸多学科，知识点纷繁复杂，离散性很强，确实难教，学好计算机网络不是一件容易的事情，只有充分将理论与实践相结合，教学质量才能产生质的飞跃。学生在理解基本理论的基础上，需要一些实践训练才能具备工程能力，系统掌握网络施工布线、操作系统、局域网的组建等工程技术[2]。在教学向应用型转变过程中，我们发现了以下一些问题：（1）传统的填鸭式教学不能唤起学生的学习兴趣，理论与实践相脱节;（2）硬件设备参差不齐，不能满足工程实践能力培养的需要;（3）多操作系统网络实验环境较难构建;（4）实践教学内容与企事业岗位实际需求联系不紧密。
2计算機网络教学的改革与探索
2.1探索线上线下的混合模式，将实践实验环节融入翻转课堂
传统教学模式就是理论知识的简单灌输，学生没有办法在工程实践中获得成就感，从而迷失在枯燥的理论中，失去学习兴趣。教学实践中，将实践实验环节融入翻转课堂，利用线上资源完成实验内容的讲授，充分发挥线上教学的优势。表1是我们将实践环节融入翻转课堂的一个典型应用，教学效果还是很好的。视频的播放时间一般不超过15分钟，教师要对内容进行循序渐进的设计。
VLAN技术在网络中的运用相当广泛[3]，预习环节，为了完成VLAN的知识点的讲授，教师应用一个由单个交换机搭建而成的简单网络拓扑，并将基于端口的VLAN划分相关知识和操作录制成视频供学生观看。上课环节，教师通过一个由两个交换机搭建而成的网络拓扑结构进行讲述，学生在掌握单交机划分VLAN基础上完成跨交换机划分VLAN。复习阶段，通常以微设计作为能力提升过程，给定学生真实的网络环境，如宿舍、教学办公区域等，来设计网络拓扑结构，完成VLAN划分方案的设计。
2.2按照工程逻辑，重构课程模块化体系
教学实践中，我们屏蔽了过于理论和抽象的内容，不再受限于OSI模型，以工程逻辑的思维重构课程模块体系。首先对计算机网络相关的基本概念、网络体系结构进行简单的介绍;接着对局域网和互联网关键技术——交换机和路由器进行系统的介绍;最后，考虑到学生毕业后可能会从事企事业信息系统的建设，网页设计、网站管理等内容，辅以一定实例加以普及和训练。
蒙台梭利认为，我听到了，但随后就忘了;我看到了，也就记得了;我做到了，我就理解了！因此，在课程体系重构中，我们融入“做中学”的理念，讲述计算机网络的基本原理、建网技术、信息服务平台的建设应用和管理等知识模块，强调理论与实践的紧密结合。
2.3使用虚拟技术搭建网络实验环境，依托校园网，利用网络技术上网络课
学习网络技术，最重要的是要有网络环境，没有网络环境，一切工程实践无从谈起。计算机网络的发展十分迅速，一个网络实验室的投入少则几十万，多则上百万，实验室设备跟不上这种发展潮流。如何使学生勇于动手，运用所学的知识设计一个中小型的计算机网络，在实践提高他们的能力是我们急需解决的问题，虚拟网络实验技术的发展为网络实践教学改革提供了新的思路。实践中，我们使用思科的Packet trace开出局域网的建立、虚拟局域网的划分、路由协议等实验。至于WWW、FTP、DNS、E-MAIL等服务器的架设，甚至Linux操作系统则使用vmware虚拟机解决。只要有PC，就可开出计算机网络实验，学生即使离开实验室，仍然有实践的条件[4-5]。 计算机网络是一门理论和实践结合紧密的技术，为了说明网络中的原理，相关应用在实际中的应用，现场演示就显得非常重要。我们的通常做法是在计算机实验室上网络课，在讲述Web应用，FTP、电子邮件、远程控制、DNS等常见应用时，借助校园网的环境加以演示，演示完学生立即可以练习感知，教学效果特别好。
2.4强化Web信息平台的建设、网络运维等项目，满足用人单位的需要
近几年，以互联网为核心的产业形态蓬勃发展，“互联网+”的创新方式，对传统行业产生了颠覆性的影响，也催生了很多岗位。很多学生毕业后到企事业单位工作，常常会参与企业信息系统的建设，内容涉及网页设计、网站管理等知识，尽管不能一一细述，也应该通过一定的模型和工程实例来加以普及和训练。
针对用人单位的需要，整理Web和FTP、DNS服务器架设等实验项目，以任务驱动的形式，突出职业能力素养的训练，为学生走出校门，进入职场，做好充分的准备。这类实验项目最麻烦的就是实验环境涉及多操作系统，我们通常的做法应是利用Vmware搭建桥接关系[6]，如图1所示，这样学生只要有PC，单机就可以轻松构建C/S的环境，随时随地进行练习。
2.5融入创新创业教育的内容，注重学生实践能力的培养
在教学的课后阶段，教师可将创新创业类项目或竞赛类项目布置给学生，为选拔学生参加竞赛做准备。实践教学中，我们使用2019年电赛E题来训练和发现学生：
设计并制作一个基于互联网的信号传输系统。如图2所示，A和 B两个终端用于信号的采集， C终端用于信号的输出。网络IP 地址自定。 A和 B两个终端可以独立实时采集两路不相关的周期性任意波信号，其采样率不低于 10MS/s ，采样位数不低于 8位。在 C终端可以通过手动设置选择，A或 B终端采集的信号， C终端输出电阻和负载均为 50 欧姆。
该题目阐明了电子信息类的计算机网络课程与传统计算机专业的网络课的不同，很好地拓展了学生的视野，将电子技术与网络技术结合到一起，具有非常典型的意义。学生选择性完成，不做硬性要求，一般能完成的学生都是综合实力优秀，工程实践能力较强。
3教学改革效果
表2是2019年度开始实施实验教学改革，将实践实验环节融入翻转课堂（spoc）之后的一些教学效果，由于刚刚执行了一学期，效果还有待观察，但明显看出学生还是进步了。虽然学期成绩平均分只提高了2分，但80分人数增加了15人，说明对这门课感兴趣的同学增加了，相信经过努力，强化工程实践能力的培养，一定能顺利完成向应用型教学体系的转型。
2018-2019年，通过计算机网络课程的学习，学生申报校级大学生创新创业训练计划6项，省级大学生创新创业训练计划一项，省级攀登计划一项，参加“挑战杯”获校级一等奖一项。2019年学生参加校级“互联网+”大赛，获金奖一项，银奖三项，铜奖三项。学生通过参加这些比赛，锻炼了工程实践能力，不断增强就业能力，获取创新创业的经验，启发创新创业思维。
4总结
在教学实践中，我们以实际应用为导向，探索符合工科类学生的计算机网络教学体系，在《计算机网络》课程的线上教学融入实践内容、利用虚拟技术搭建实验环境，“做中学”的理念强调理论与实践紧密结合，我们在课程中融入融入创新创业教育内容，以任务驱动的形式，强化企事业岗位需求，在实践中培养学生解決工程实际问题的能力。这些改革措施有利于增强学生就业竞争力，解决学用脱节的问题，助力地方经济的转型升级。
参考文献：
[1] 张望，白英，梁丽芳.面向新工科的高校创新型人才培养路径探究[J].高教学刊，2019（7）：4-7.
[2] 刘兵.计算机网络实验教程[M].北京：中国水利水电出版社，2005.
[3] 杨姝.VLAN技术实验的设计与仿真实现研究[J].实验技术与管理，2014，31（3）：114-117.
[4] 黄镇建，蔡群英.计算机网络实验教学的创新[J].实验技术与管理，2013，30（7）：109-111，115.
[5] 胡元闯，谭晓东，王凤领.地方本科院校计算机网络实验教学改革探索与实践[J].计算机教育，2018（6）：21-23.
[6] 蔡群英，黄镇建.搭建网络实验环境的探索与实践[J].计算机与数字工程，2009，37（6）：195-197.
【通联编辑：王力】
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