新工科理念下的计算机网络教学

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1引言

2017年2月，教育部《关于开展新工科研究与实践的通知》，在通知中要求高校根据国家发展战略的人才需要，对工程教育的新理念、新模式、新结构、新质量与新体系等进行研究，深化工程教育改革，由此开启了新工科研究与建设之路。6月，教育部《关于推荐新工科研究与实践项目的通知》，进一步为新工科建设指出了方向与途径。2018年3月，教育部办公厅《教育部办公厅关于公布首批“新工科”研究与实践项目的通知》，4月，教育部办公厅关于印发《高等学校人工智能创新行动计划》的通知，进一步推进“新工科”建设的全面开展。本文以新工科建设思想为指导理念，以地方本科院校工程教育改革为出发点，以培养能够面向未来、适应和引领新经济的理论与实践能力并重，具备创新能力的网络技术人才为目标，对计算机网络课程教学改革与建设进行探讨。

2计算机网络课程及教学中存在的问题

计算机网络是计算机及相关专业的一门必修课程，与实际应用联系紧密，知识更新较快。计算机网络课程的教学对教师的理论水平与实践能力都有较高的要求。从收集到教学反馈上看，部分学生反应此课程学习难度较大，学习积极性不高。在新工科理念指导下，对现行的计算机网络的教学进行深入分析，发现以下问题：

（1）教学内容过于偏重理论，增加了学习难度

作为地方应用型本科院校，人才培养目标是“立足地方，以培养应用型人才为主要目标，直接为经济建设和社会事业发展服务”。教师也都认可学校的应用型人才培养的教学定位，但在实际工作中，教师可能会由于先前教学的惯性，或者自身学习与研究经历，不自觉地向研究型大学靠近，使得在实际教学偏重理论，增加了学习难度。从教学方式来讲，采用以网络体系结构和协议为主的教学方式，课程的内容构成以网络体系结构的层次为主线，以各层次的主要作用、相关协议及其工作机制为教学重点。教材采用高校使用较多的谢希仁的《计算机网络》，虽然理论体系完整，但概念及原理较多，且对于网络工程实践的内容较少。这种教学模式与内容结构这对于研究型大学的人才培养也许是合适的，但对于地方应用型本科院校的学生来说，如果此前没有组网的操作体验，就可能会觉得内容比较抽象，难于理解。

（2）实验内容与网络应用有距离，不利于激发学生学习兴趣

由于理论教学以网络体系结构和各层次的协议为主要内容，所以实验教学也主要是对协议工作机制的验证，如协议的包结构与交互机制分析。对于一个没有物理网络构建体验的初学者说，一下子进行协议的包结构编辑与工作机制分析，会觉得学习曲线较为陡峭，不利于激发学生的学习兴趣与探究网络的热情。如果在课程中添加网络构建、交换机配置、路由器配置等实验，又会发现课程内容与实验内容相互脱节。这样会给教师的教学与学生的学习，都会带来一定的困难。

（3）与新工科对人才培养的要求有一定差距

计算机网络技术已为成当前信息社会的基石，市场对于网络工程人才是需求不断提高。现有的教学内容与人才培养，与新工科建设的具有较强的工程实践能力、自主学习能力与交叉学科整合能力、自主创新能力，具有工匠精神的高素质复合型人才的要求，还有一定距离。

3“新工科”理念指引下的计算机网络课程建设探索

根据新工科建设的深化工程教育改革，培养高素质复合型人才为新经济发展服务的理念，针对计算机网络课程教学中存在的问题，我们进行了以下探索。

3.1重构教学内容，实现网络应用和体系结构并重

为更好地适合应用型本科的教学，我们以网络应用为契入点，以能力培养为目标，将网络原理与工程应用相结合，对计算机网络的课程内容进行重构。重构之后的课程内容，除了计算机网络的发展与网络体系结构介绍之外，主要由三大部分组成：网络构建与数据传输部分：主要包括传输介质、交换机与路由器原理与简要配置、VLAN、无线网络、IP协议与IP地址、ARP协议、ICMP协议、路由及路由选择协议等，通过这部分的内容的学习，掌握计算机网络的构建方法，理解IP地址与MAC地址，以及计算机之间数据包的传输机制，增强学生对网络的感性认知。网络通信部分：主要包括TCP、UDP协议的基本工作机制，掌握基本的进程间通信的的编程实现。可采用Python来实现TCP、UDP的最基本的Socket通信。网络服务部分：主要包括DNS、FTP、Telnet、WWW、电子邮件、DHCP等，通过这部分的内容让学生理解网络服务的工作机制，掌握网络服务的配置与实现。

3.2探究式的计算机网络教学方法

当前由于智能手机的影响，课堂上如何聚集学生的注意力，激发学生的学习兴趣与热情，对教师提出了更高的要求。为此，我们在教学中采用开放探究式教学模式。探究式教学模式是指在教学过程中，教师根据教学目标，通过问题、任务等多种形式，使用适宜的教学手段来创设与此学习对象相关的学习情境，教师向全班学生提出若干富有启发性、能引起学生深入思考、并与当前学习对象密切相关的问题，让全班学生带着这些问题去探究。经过学生认真的自主探究、积极思考后，进入协作交流阶段。在教师的组织、协调和引导下，让学生进行思路交流、观点碰撞、成果分享。最后，教师引导学生对问题进行回答与总结，对学习成果进行分析归纳，并可联系实际，对当前知识点进行深化、迁移与提高。如何根据教学目标设计情境，科学地设计问题，是探究式教学的重点。以域名服务为例，首先，给出一个访问网络的情境，根据已学习知识可知，网络访问中是通过IP地址定位要访问的计算机的，此时可以提问：大家记得哪些网站的IP地址？很明显一般情况下，没有人能够记得多少知名网站的IP地址。我们一般是如何定位到要访问网站的？通过IP地址难以记忆的问题，引出域名的概念与域名结构；其次，通过大家都熟悉的手机中的联系人姓名与电话号码，以及打电话的流程，说明联系人到电话号码的转换，即联系人到电话号码的解析，引导出域名解析的概念。每个人的手机中的通信录最小，是本地解析。域名可以用一个服务器来完成所有的域名解析吗？由此引出分布式的域名解析的概念，以及域名服务器的各类、功能及域名解析的流程。我们可以进一步地扩展，是不是每次通过域名访问网络，都要去访问本地域名服务器或者根域名服务器呢？由此引出域名缓存。如果本地域名服务器出现故障不能工作了，我们还可以访问网络吗？这样引导学生进一步地思考与探究。在设定的情境中，通过层次递进式提出问题，引导学生进行主动地进行思考与探究。充分体现学生的主体地位，有力激发学生的自主动能性。通过探究式教学模式不仅可以较深入地达到对知识技能的理解与掌握，更有利于创新思维与创新能力的形成与发展，有利于创新人才的培养。

3.3以工程应用为中心，以能力培养目标，进行实验教学改革

实验教学是计算机网络课程教学的重要组成部分，是学生工程实践和创新能力培养的重要环节。在新工科建设理念的指导下，从以下两方面进行实验教学改革。首先，实验项目的设置。将以协议工作机制为主要内容的实验，改变为以培养工程实践能力为中心。调整后的实验主要包括组网实验（包含小型局域网构建与VLAN配置、中型局域网与路由配置、局域网冗余策略、NAT配置等）、网络通信（包括UDP、TCP的Socket通信实现）、网络服务（主要包括DNS、WWW、DHCP等网络服务器配置与实现）。第二，问题引导、层次递进式的实验内容设计。对于一个实验项目可以包含理解知识点的基本内容、包含多个已学知识点的综合任务和针对实际工程场景的设计性扩展任务，通过阶梯层次式递进设计与问题引导，让学生在解决问题过程，自主思考，理解与掌握的理论知识，激发学生的学习兴趣，培养学生的工程思维与创新能力。

3.4通过多种形式，培养学生实践能力与科技创新意识

通过校企合作，让学生深入到工程第一线，体验岗位职责；聘请行业或企业的资深专家就当前的网络技术的发展趋势、研究热点、应用热点等，对学生专题讲座，让学生近距离地了解行业发展的最前沿的状态。通过开放实验室，为培养学生实践能力提供场所；鼓励学生进行华为或锐捷的网络工程师认证学习；鼓励学生结合自已的兴趣爱好，自主进行创新设计与训练，培养学生的知识交叉融合能力和科技创意意识。

4结束语

在“新工科”建设的理念指导下，分析了计算机网络教学中存在的问题，以网络工程应用为契入点，重构教学内容，使之更适合于地方院校应用型本科的教学。引入探究式教学方法，增加学生的参与度，激发学习兴趣；以工程应用为中心，能力培养为目标进行实验教学改革，通过多种形式提供学生提升实践能力和科技创新意识。经过一个学期的教学实践，这种教学改革有利于提高学生课堂注意力和学习的积极性，有利于工程实践能力与创新能力的提升。