計算機網(wǎng)絡實驗教學模式探索

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【摘要】實驗教學是高校工程教育的重要部分，高校實驗教學還不滿足新工科建設的要求。結(jié)合工程認證和新工科建設，提出了全天候、體系化、交叉融合的實驗教學模式，并進行了計算機網(wǎng)絡實驗教學實踐，取得了一定成效。

【關鍵詞】新工科；實驗教學；工程教育認證；計算機網(wǎng)絡

1引言

第四次工業(yè)革命和以新技術、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)、新模式為特點的新經(jīng)濟對工程人才的培養(yǎng)提出了更高的要求。世界各國都在推動高等工程教育的變革，國際工程聯(lián)盟發(fā)起了國際本科工程教育認證的“華盛頓協(xié)議”得到大多數(shù)工業(yè)強國的認可[1]，中國業(yè)已成為華盛頓協(xié)議的成員國。2010年，中國啟動了“卓越工程師計劃”，雖然取得了一些成績，但是還遠沒有達到計劃目標[2]。為了改革工程教育的現(xiàn)狀，取得先發(fā)優(yōu)勢，為經(jīng)濟發(fā)展提供新動能，2017年，多所高校達成了“復旦共識”、倡議了“天大行動”，教育部制定了“北京指南”。這三個綱領性文件闡述了新工程教育的內(nèi)涵、特征，指出了新工科建設的路徑，制定了新工科建設項目指南[3-5]?！叭A盛頓協(xié)議”、“卓越工程師計劃”、“新工科”建設分別從不同角度、不同方面描述了新的工程教育培養(yǎng)目標，其本質(zhì)是一致的，就是要以學生為中心，工程教育回歸工程本質(zhì)，工程畢業(yè)生應該能夠借助數(shù)學、工程、自然科學、人文等多學科知識，研究、表述、驗證復雜工程問題的相關文獻，通過現(xiàn)象觀察、實驗設計、數(shù)據(jù)分析等進行復雜工程問題調(diào)研，提出滿足多種約束的復雜問題解決方案并進行評價，應該通過交叉融合提高創(chuàng)新能力、應該具有溝通、協(xié)作、組織能力，應該具有自主學習能力[6，7]。趙繼等從當前工程教育實踐出發(fā)，提出了新工科的內(nèi)在特質(zhì)并探討了推進工程教育創(chuàng)新需要解決的當前和長遠問題[8]?；谄髽I(yè)視角，楊毅剛等提出了工程教育改革的新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系[9]。戴亞虹等提出了依托政府產(chǎn)業(yè)學科優(yōu)勢開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)工程人才培養(yǎng)的多層次、模塊化、研究性實踐教學體系[10]。呂小艷分析和總結(jié)了地方高校工科學生實踐能力培養(yǎng)的現(xiàn)狀和影響因素，提出了培養(yǎng)工科學生實踐能力的對策[11]。陳萬通基于新工科建設理念，探索了移動通信實驗教學和實踐教學模式[12]。結(jié)合工程認證和新工科建設，我們進行了計算網(wǎng)絡實驗教學模式探索，提出了全天候、體系化、交叉融合的實驗教學模式，并進行了教學實踐，取得一定成效。

2實驗教學存在的問題

實驗教學在培養(yǎng)工科學生工程實踐能力方面發(fā)揮著關鍵的作用，雖然高等學校重視實驗實踐教學，但是我國高校的工程教育仍然沒有采用工程范式，導致實驗教學存在很多問題，遠遠沒有到達工程認證的標準，也不符合新工科建設的目標和要求。2.1教學模式僵化（1）項目固定：很多高校存在“唯課程”“唯大綱”的傳統(tǒng)觀念，教師必須嚴格按照計劃進行教學活動，學生只能在教學計劃指定的時間、到規(guī)定的實驗室做指定的實驗；學生不能自主進行探索性實驗，不能根據(jù)學習中碰到的問題設計實驗；實驗項目之間關聯(lián)性不強，實驗教學不能形成體系，不能訓練學生的創(chuàng)新能力、自主學習能力和解決復雜工程問題的能力。（2）過程固化：教師為了提高教學效率，避免在實驗教學中忙中出錯，經(jīng)常編寫實驗指導手冊，在指導手冊上詳細列出所有的實驗步驟以及每一步實驗出現(xiàn)的結(jié)果，學生對照實驗指導手冊按圖索驥進行實驗，不能培養(yǎng)學生觀察實驗現(xiàn)象、進行實驗分析的能力。多數(shù)學生認為看指導手冊就已經(jīng)知道實驗的過程和結(jié)果，再進行實驗操作，沒有任何意義，經(jīng)常有學生在實驗室干與實驗無關的事情。（3）考核重結(jié)果輕過程：一方面學生只是照葫蘆畫瓢做實驗，過程考核已經(jīng)沒有意義，所以教師往往只關注實驗報告的完整性、公正性、整潔程度；另一方面，實驗成功才認為完成實驗，實驗失敗就認為沒有完成實驗，忽視學生的實驗操作過程扼殺了學生的創(chuàng)新意識和動力。（4）脫離工程背景：實驗項目多是理論結(jié)果的驗證，沒有結(jié)合工程場景的實驗項目，不能訓練學生的觀察能力和分析能力，不能激發(fā)學生的探索興趣和意識，不能培養(yǎng)學生的工程思維。2.2理論教學與實驗教學隔閡高校的績效評價體系使得教師把主要精力放在科研上，教師不重視工程知識的學習和積累。理論授課時喜歡用于語言、動畫、板書闡述復雜的理論，說一千，道一萬，無論語言多么翔實、動畫多么生動也不如做一個實驗。上實驗課時，只關注學生是否在做與實驗無關的事情，只要求學生按照指導手冊完成實驗任務，一般考核學生分析出現(xiàn)某種實驗現(xiàn)象的原因。

3新實驗教學模式

針對實驗教學的問題，對照工程認證的“華盛頓協(xié)議”和新工科建設的目標，在計算機網(wǎng)絡的實驗教學中進行了以學生為中心新模式的探索。（1）全天候?qū)嶒灲虒W：除了網(wǎng)絡設備相關實驗，其他實驗全部基于網(wǎng)絡仿真軟件，在教學時間段內(nèi)，學生可以在任何時間、任何地點進行實驗；每個實驗設置若干考核點，實施過程考核。（2）個性化實驗教學：培養(yǎng)學生有疑問不僅問老師、問網(wǎng)絡，還要問實驗的意識，鼓勵學生針對學習中碰到的問題，設計實驗并進行驗證分析，如果自己不能設計完成實驗，學還可以發(fā)起實驗眾籌，組成實驗小組，設計實驗并進行驗證分析。（3）理論與實驗交叉融合教學：理論課上用仿真實驗取代動畫進行演示，實驗課上，基于理論分析實驗現(xiàn)象。（4）實驗體系化：基于計算機網(wǎng)絡的層次化特點，設計了以太網(wǎng)組網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)搭建與配置，在搭建的互聯(lián)網(wǎng)上部署Web服務器、DHCP服務器、DNS服務器。這些實驗涉及從鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層直到應用層的內(nèi)容，使學生能夠深入領會解決復雜問題的層次化策略。（5）融合工程背景通過工程背景的敘述引出實驗的要求和目的，利用協(xié)議分析軟件抓取不同應用的數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)分析，基于應用背景，設計通信協(xié)議，并通過Socket編程實現(xiàn)。

4結(jié)束語

在我校計算機科學與技術專業(yè)的兩個班進行了新實驗教學模式的實踐，學生反映比較熱烈，手機不離手的現(xiàn)象沒了，如果在實驗室沒有完成實驗，在課余仍然持續(xù)進行，有問題首先設計實驗驗證，也不問網(wǎng)絡了。在實施過程中也出現(xiàn)一些問題，如教師進行過程考核費時、費心、費力；學生看重考試分數(shù)，自選實驗往往比較簡單，不能到達課程培養(yǎng)要求。新實驗模式的實施要學生、教師、學校多方聯(lián)動綜合考慮，學生的評優(yōu)評先不能只看分數(shù)、學校的績效考核要做到分類分型，增加實驗教學的考核比重。我們正在探索把人工智能技術引入到實驗教學，基于機器進行自動過程考核來減少教師的教學壓力，基于機器鑒別實驗難度，以實驗難度做實驗考核的權重來增加實驗考核的合理性。

參考文獻：

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［10］戴亞虹,李宏,鄔楊波,陳芬.新工科背景下“學踐研創(chuàng)”四位一體實踐教學體系改革［J］.實驗技術與管理,2017,34(12):189-195+225.

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［12］陳萬通,馮青,王續(xù)喬.新工科理念下移動通信實驗教學模式探索［J］.教育教學論壇,2018(28):268-269

作者:楊茂云 王改革 單位:江蘇師范大學智慧教育學院