“新工科”教育视角下计算机网络课程教学改革研究.pdf

369“新工科”教育视角下计算机网络课程教学改革研究“新工科”教育视角下计算机网络课程教学改革研究塔 娜（呼伦贝尔学院 计算机学院，内蒙古 呼伦贝尔021008）摘要：“新工科”指明了我国工科教育改革的方向，对计算机网络课程的教学提出了新的要求和挑战。在“新工科”背景下，计算机网络课程旨在培养工程实践和创新能力强的复合型人才。本文基于计算机网络课程现存的问题，分别从优化教学方法、提升教师技能、激发学生主动性、创新实验设计、完善考核方式以及开展课程思政等六个角度提出改进策略，为“新工科”人才培养实践起到积极的推动作用。关键词：新工科；计算机网络；工程能力；教学改革中图分类号：G642文献识别码：A文章编号：2095-3771(2023)03-0036-04国际DOI编码：10.3969/j.issn.2095-3771.2023.03.0091 引言随着工业技术的发展，很多学者都认为新的科技革命即将开始，在此背景下教育部提出了“新工科”的概念，要求教师在新形势下，探索工科教育的革新思路，确立符合新工科发展需求的培养目标和培养方式，努力培养工程实践能力强、创新能力较高的复合型、创新型“新工科”人才1。而计算机网络课程是计算机科学与技术专业的一门专业课程，也是计算机发展的重要方向之一。本课程的教学目标要求学生通过本课程的学习，能够掌握计算机网络的基本概念、原理和方法，以及计算机网络的体系结构、典型网络协议和网络互连和因特网的有关概念、协议及其应用，了解常用网络设备的组成、特点、工作原理和网络安全方面的知识，为进一步学习和研究以及在工作中应用和维护网络打下良好的基础。在“新工科”背景下，计算机网络课程教学如何才能满足“新工科”需求，我们在分析计算机网络课程教学现状的基础上，探索“新工科”建设理念下的计算机网络课程教学改革思路及方法，以期促进计算机网络课程教学发展，培养具备实践和创新能力的复合型人才。2 计算机网络课程教学现状分析计算机网络课程主要讲授网络的体系结构以及网络体系结构中每一层的主要任务、基本概念和协议。该课程具有概念多、知识散、理论与实践结合紧密、前沿性强、知识更新快等特点。根据目前的教学现状，并结合“新工科”理念要求，笔者认为计算机网络课程的教学中存在以下问题。2.1 内容理论性强，学习难度大课程的教学内容包括网络原理、体系结构、网络层次和网络协议，以OSI模型为基础讲解，而我们实际应用以IP协议集为主，理论与实际使用脱离。此外，随着新技术的出现，现有的计算机网络课程中部分内容明显存在滞后性的缺点，由于课时限制，教师也无法全面介绍网络最新前沿技术，从而导致课程教学内容和学生实际生活实践之间存在着差距。塔娜（1985），女，讲师，工学硕士，研究方向：图像处理与模式识别、计算机网络课程教学研究。基金项目：2020 年呼伦贝尔学院校级项目“基于深度学习的呼伦贝尔地区牧道提取方法研究”（2020FDZC01）。集宁师范学院学报/May.2023/No.3372.2 教学方式传统单一，不利于激发学生主动性部分高校教师只注重理论知识的学习与讲授，而缺乏大型网络设计与管理的经验和能力，以及部分高校存在资金和设备不足的困难，从而形成以教师为主体、理论知识为主要教学内容的教学模式。这种教学方式缺乏师生，以及学生之间的有效互动与深入探讨，不利于激发学生主动性，从而对理论知识理解不够深入，对实践操作应用不够熟练，难以理解计算机网络课程内容。2.3 实验教学设计不合理，培养学生工程能力不足在计算机网络课程教学中，理论课时占比多，实验课时占比少。学生大多按照书本实验步骤操作，验证理论教学内容，很少思考在实验中体现的网络基本原理和技术的应用。设计和综合类的实验内容相对较少，从而导致学生很难系统地理解网络基础原理和对知识进行拓展，更难进一步去创新实验。简言之，实验教学设计的不合理限制了学生创新及独立思考能力的发展，制约学生网络工程能力的提高。2.4 教学考核机制不健全，不利于学生全面掌握教学内容计算机网络课程的考核方式分为理论考核、平时考核和实验考核。理论知识考查主要采用传统的试卷考试，这种考试会造成部分学生出现死记硬背概念和原理的现象，无法客观评价学生是否具备运用知识解决工程实践问题的能力，也无法界定课程是否达到“新工科”培养目标。平时考核也倾向于课本习题及作业等理论知识的掌握程度，无法考查学生的真实学习状态，且更不利于培养学生独立思考、发现问题和解决问题能力。虽然有实验考核，但是实验考核机制还不健全，体现在对实验动手能力的评价不完善。实验往往以实验报告形式呈现，只占据平时成绩，缺乏对学生动手工程实践能力的动态把握。3 计算机网络课程教学改革探析相对于传统的工科人才，未来新兴产业和新经济需要的是实践能力强、创新能力强，具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才。目前计算机网络课程教学模式并不符合学生的实际学习情况，其课时设置也不够合理，这就需要教师对计算机网络技术课程教学进行改革和创新，使网络技术教学内容更加符合学生的实际学习情况和学习水平，对提高教学效率和教学质量具有一定促进作用，也是适应当代教育发展趋势的必然选择，也才能有效培养符合时代发展趋势的高素质人才。3.1 创新教学方法，实现最优组合在教学中，教师要不断更新自身的教学理念，创新教学方法，尝试采用以学生为主体的教学模式，以大单元教学、项目式教学、翻转课堂等多种教学方法开展教学，学生不仅获取了知识，也培养了能力。此外，在新工科背景下，积极探索项目式教学法，同时开展课堂交流研讨，既要注重理论知识的讲授，也要时刻与工程实际应用紧密结合，使学生能够解决实际工程问题。教学中也可采用直观法、模拟演示等教学方法，先讲授复杂原理，再通过虚拟平台演示操作，加深学生的理解。以校园网的构建为例，给学生讲解IP配置和端口划分，分析网络连通情况，从而逐步理解IP和端口的作用，进一步理解协议的重要性。另外，可以探索VR、AR、仿真平台技术的体验式教学，有助于学生理解和掌握枯燥的概念和协议。总之，通过教学方法的有机组合，实现课堂效果的有效提升。3.2 提高教师专业技能，教师向双师型发展部分高校网络课程教师缺乏企业项目实战经验，实际讲授课程中，更偏重于理论知识的传授。而在“新工科”建设的理念指导下，要求从理论到实践，从教育到应用。专任教师应深入企业学习，积累实战经验，提升工程实践能力，才能在实际教学中提供丰富的真实工程实例，提升学生实践能力。鼓励教师参加网络工程师、大数据以及云计算相关资格认证考试，夯实自己的理论基础与工程实践能力，成功转型为“双师型”教师。此外，教师需转变自身教学理念，充分意识到提高学生创新能力和工程实践能力的重要性，并以身作则提高个人创新能力，探索契合于学生能力结构的有效38措施来激励学生养成创新能力和终身学习意识，使其符合快速发展的社会需求。3.3 以“新工科”为指导，构建“线上线下结合，学生为中心”的主动学习模式“新工科”建设思想，强调培养学生的工程意识，计算机网络课程教学体系的改革必须适应计算机网络的发展前沿和“新工科”理念下的人才需求。教学内容不应仅局限于课本，需拓展网络新技术，例如SDN网络和边缘计算等2。但教学课时的局限性，教师无法系统地在课堂上讲授前沿知识。因而，可将前沿知识的掌握着重以“线上线下结合，学生为中心”的方式开展，即在教师的引导下，学生通过线上学习，线下查阅文献资料的方式学习，引导学生主动学习，提高个人综合素质。为强化学习效果，增设课堂展示和讨论环节，进而有效提高新知识与技术的掌握，并有利于培养学生表达能力和思辨能力。此外，将前沿情况的掌握纳入平时考核中，起到督促作用。3.4 深化实验教学改革（1）优化实验教学内容建议将以协议工作原理为主的实验内容改为以实践项目为中心的实验。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)。同时要不断跟踪世界先进的网络技术，将新技术与现有内容充分融合，以使课程内容保持前沿性，也能使学生适应新技术、新概念、新应用。（2）改进实验教学大纲和充实新的教学内容计算机网络实验大纲里验证性的实验居多，其特点是缺乏创新，不利于学生创新思维和思考能力培养。为适应“新工科”的要求，应当多考虑并设计综合性实验，能够提高学生工程思维能力、实践能力以及分析能力。并且实验需要学生自己设计，自己思考和解决实验中的问题，以进一步提升实践操作能力和创新能力。（3）加强实验课的组织管理采用“项目导向、小组学习”方法，把项目实现分解为各个小项目，以此调动学生的积极性、激发他们的思维潜能。因此，实验应从解决工程问题的角度出发，例如，引入VLAN技术在某个单位网络建设的工程案例，让学生自行规划网络拓扑图，对设备进行相应配置，验证网络连通性。这种实验教学，充分让学生应用所学知识解决实际问题。引进校企合作，以工程第一线实际问题来做实验设计，促进学生理解和掌握基本原理的同时，提高了学生实际应用能力，进而增强学生的学习动力。在实验具体操作过程中，可以借助Cisco Packet Tracer解决计算机网络实验的时空限制，提高实验的实效性。3.5 形成多元化、全方位、综合性的计算机网络课程考核体系目前计算机课程考核体系中，传统的试卷考试无法考查学生解决实际问题的能力，不符合“新工科”培养新兴工科人才的要求。因此，考核方式采用理论与实验考核相结合的方式，具体建议如下，理论考核可以采用阶段性的方式，在教学过程中了解学生知识理解和掌握情况，及时改进教学进度和方法，促进理论知识课堂教学效果的提升。同样实验考核也分阶段，考核范围从小组逐步到个人，先考查实验小组整体对实验方案设计、实验过程、实验结果以及团队协作情况，再对学生个人进行实验设计原理及理论支撑的考查。团队考查可以激励学生参加实验的热情，提高学生工程实践能力和团队合作精神，同时也能互相学习，共同进步。通过考评体系的改革真正实现以评促教，以评促学。3.6 开展符合新工科学生思维的课程思政课程思政教育对于培养德才兼备的新工科人才具有重要的意义。因此，教师需结合计算机网络课程知识点，将思想政治教育融入其中，探索并开展符合新工科学生思维的课程思政设计及内容。例如，讲解IP以及域名解析内容时，可从网络安全角度切入，引导学生具备网络主权意识，增强网39络安全和防范素养。此外，通过解读我国网络强国战略，激发学生责任担当以及爱国情怀。通过学生动手能力的提升，可从工匠精神的传承着手引导学生强化个人能力。4 总结计算机网络课程教学改革的最终目标是实现数字时代学生的学习与发展。“新工科”建设的目标是培养符合时代要求的实践型、创新型、复合型人才。专业是高校人才培养的基本单元，计算机网络课程教学改革是以上目标实现的依据和载体。所以本文从计算机网络课程知识体系结构、时代发展、教学内容、教学方式、实验教学、考核机制等因素分析目前计算机网络课程教学现状。在此基础上，结合“新工科”建设要求，探讨计算机网络课程教学改革方法及措施。从教学方法优化和创新角度提升教师实践工程经验，构建学生主动学习模式，创新设计综合性实验教学内容，形成多元化评价体系以及培养新工科思维等六个方面探索计算机网络课程的教学改革过程。随着时代发展、技术变革，计算机网络课程教学改革是一个需要不断探索和研究的课题，也有待更多的研究者和实践者客观认识目前教学现状，进一步探索“新工科”视角下计算机网络课程教学改革，提高计算机网络课程教学效果和培养实用型工程专业人才。参考文献：1钟登华.新工科建设的内涵与行动J.高等工程教育研究,2017,(3):1-6.2赵开新,吕书波,马同伟.金课背景下计算机网络课程教学改革与探索J.无线互联科技,2020,(20):131-133.3付海波.计算机网络基础课程的教学改革与实践J.电脑迷,2018,(8):107-108.4余飞,蔡烁,李利香,等.“新工科”背景下非计算机类专业计算机网络课程教学探索J.计算机时代,2018,(7):89-91.5康梅娟.互联网+背景下计算机网络课程教学改革J.教育现代化,2019,(96):134-135,138.6杨胜利,彭玲,王浩亮.多维协同视角下计算机网络课程教学改革研究J.大学,2022,(5):153-156.7梅芳,马东辉,冯铁,等.移动互联网络环境下的计算机网络课程混合教学模式研究J.计算机教育,2021,(4):116-120.8孙伟峰,张丽君,姚琳.新时代下计算机网络课程“三新”探索及实施J.软件导刊.2022,(7):27-32.9罗玉川,柳林,徐明.基于问题导向和深度学习的计算机网络课堂教学实践研究J.计算机技术与教育学报,2021，(9):70-74.Research on the Teaching Reform of Computer Network Course from the Perspective of NewEngineering EducationTA Na(College of Computer,Hulunbuir University,Hulunbuir,Inner Mongolia,021008)Abstract:New Engineering points out the direction of engineering education reform in China and puts forward newrequirements and challenges for the teaching of computer network courses.Under the background of new engineering,itaims to cultivate compound talents with strong engineering practice and innovation ability.Based on the existing problemsof computer network course,this paper puts forward improvement strategies from six aspects,namely,optimizing teachingmethods,improving teachers skills,stimulating students initiative,innovating experimental design,perfecting assessmentmethods and carrying out curriculum ideological and political education,which plays a positive role in the practice of newengineering talent training.Key words:new engineering;computer network;engineering ability;teaching reform