“計算機網絡”課程的階梯化教學研究

李 敏 王建新 王偉平

摘要:本文從社會對“計算機網絡”技術人才的需求出發,依據“計算機網絡”課程的特點,深入討論了“計算機網絡”階梯化教學的六層階梯:理論教學、實驗教學、課程設計教學、實用技術教學、專項指導和畢業設計。六層階梯由易至難、層層遞進、步步深入,從不同的角度全面提高學生的理論基礎和實踐水平。

關鍵詞:教學實踐;階梯化教學;計算機網絡

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

1引言

目前,普遍將計算機網絡技術人才分為“組網”(系統規劃與系統集成等)、“用網”(網絡應用軟件開發等)和“管網”(網絡安全與網絡管理等)三大類人才。網絡技術的飛速發展還需要高等學府培養另一類“研網”人才,從事網絡新技術及新產品的研發與測試工作。

社會對不同層次的“計算機網絡”技術人才的迫切需求對高校的“計算機網絡”課程教學提出了新的挑戰。眾所周知,“計算機網絡”是一門理論性和實踐性都很強的課程,其內容涉及之廣泛,技術發展之迅速遠遠超過了計算機專業的其他課程。傳統的理論講授配合少量實驗的單一形式已不再適用。“計算機網絡”課程的教學改革事在必行。本文依據“計算機網絡”課程的特點,以中南大學教學改革實踐為基礎,深入探討面向不同學生的階梯化教學改革,六個階梯(理論教學、實驗教學、課程設計教學、實用技術教學、專項指導和畢業設計)層層遞進、步步深入,從不同的角度全面提升學生的網絡理論基礎和實踐水平。希望本文對“計算機網絡”階梯化教學的探討可以對其他高校“計算機網絡”課程的教學改革及其他課程的教學改革起到一定的借鑒作用。

2 “計算機網絡”課程的特點及其階梯化教學模式

“計算機網絡”課程的特點可以簡單地概括為如下幾個方面:

(1) 概念眾多、理論復雜。“計算機網絡”是一門交叉學科,它由計算機技術與通信技術相互滲透、密切結合而成。其課程的最大特點就是理論復雜、知識眾多,它不僅涉及到計算機技術方面的知識,更有通信技術方面的知識。

(2) 應用廣泛、實踐性強。隨著電腦和手機的逐漸普及,計算機網絡的范圍不斷擴大,已經滲透到了人們生活的方方面面。而計算機網絡技術的這些應用的實踐性都非常強。特別是“組網”、“用網”、“管網”所涉及的技術必須通過親自動手實踐才能掌握。

(3) 技術更新快。計算機網絡技術是當今計算機學科中發展最為迅速的技術之一, 新的技術和標準不斷問世。這就給教學帶來了很大的難度,如何恰當組織教學內容,引導學生在掌握基本原理的基礎上,掌握目前主流技術,并了解最新技術的發展動態成為教學的關鍵。

從“計算機網絡”課程的特點可以看出,該門課程對學生的要求非常高,教學難度很大。特別是學生個體之間存在較大差異性,如何在顧全大局的基礎上因材施教成為教學的關鍵。

階梯化教學模式是指對一門課程在不同的教學階段,針對不同的學生,以多種多樣的且逐階向上的形式開展起來,以達到最大限度地理論聯系實際、科研結合教學,培養學生綜合素質的一種教學方法。結合“計算機網絡”課程的特點及社會對“計算機網絡”技術人才的需求,本文提出“計算機網絡”課程教學的六層階梯,如圖1所示。

六層階梯:理論教學、實驗教學、課程設計教學、實用技術教學、專項指導和畢業設計,由淺入深,從易到難,逐階向上,就像上樓梯一樣。各個階梯針對不同的學生群體,從不同的角度提升其理論水平,培養其實踐能力和創新能力。一個學生在這幾個環節中拾階而上,猶如登山觀景,每上一個臺階即有不同的收獲,看到不同的風景,及至登到頂峰,則眼前豁然開朗,前途一片光明。這種階梯化教學避免了以往“計算機網絡”課程講授形式單一、只注重協議原理、教學過程枯燥乏味等缺陷,理論聯系實踐,極大地調動了學生的主觀能動性,激發了學生的學習興趣,增加的課程設計教學、使用技術教學、專項指導和畢業設計等多個實踐教學環節,不僅實現了教學環節的多樣化,還做到了真正地因材施教,最大限度地滿足了不同層次學生的需求。

3階梯化教學的具體實現

(1) 第一層階梯:理論教學

目前,“計算機網絡”課程已經成為計算機專業最重要的基礎課程之一。以往該課程的理論教學一般為64～72學時。在新的教學改革過程中將其理論課時壓縮至48～54課時。但學時的壓縮不代表教學內容的縮減。快速發展的多媒體技術豐富了教學手段,結合“類比”和“案例”等多種教學方法可以使學生在較短的時間內快速掌握基礎理論知識,消化理解錯綜復雜且彼此交織的概念、協議和技術,抓住課程的重點和難點。

(2) 第二層階梯:實驗教學

實驗教學一般在10～16學時之間,其目的在于使學生對理論教學有一個感性的認識。因學生個體在理解能力、接受能力和動手能力方面往往存在較大差異,所以在具體實施過程中如何調動學生的主觀能動性,使不同層次的學生在實驗過程中都能有所收獲成為關鍵,具體可以采取如下措施:

① 根據本校的具體情況和教學目標,制定適合本校特色的實驗指導書;

② 利用網絡平臺,增加有限實驗課時的無限空間,充分調動學生的主觀能動性,加大課外預習的力度。

③ 采取個人操作與分組實驗兩種不同方式。對于較為容易的基礎實驗采取個人操作方式,而對于那些較難且可以分組實現的實驗則可以采取分組實驗的方式。這樣既能培養學生的團隊合作精神,亦可使不同層次的學生都得到鍛煉。

實驗教學是學生從理論到實踐的第一步,理論課上抽象知識的具體實現往往會使學生茅塞頓開,學習興趣得到進一步激發。

(3) 第三層階梯:課程設計教學

“計算機網絡”課程中實驗教學環節的每個實驗相對較為獨立,一般為某一簡單協議的具體實現。為進一步提高學生的實踐動手能力和綜合能力,設置為期1～2周的課程設計可以使學生完成一個較為綜合的題目,從而進一步加深對計算機網絡的理解和把握。題目設計可以多樣化,以滿足學生不同興趣的需求。從計算機網絡體系結構來看,從物理層到應用層都可以布置課程設計的題目。然而,在實際的教學過程中,大部分學生對基于應用層開發具體的應用軟件表現出更濃厚的興趣。所以,像網絡聊天系統、簡單的電子郵件服務器、遠程監控軟件、個人網絡嗅探器以及基于Web的視頻點播系統等課程設計題目通常會受到學生的青睞。進入課程設計環節,學生已經具有一定的實踐經驗,所以應該放手讓學生自己去做,充分發揮學生的積極性和創造性,老師給予方向性的指導即可。

課程設計環節在實驗教學的基礎上進一步強化了學生的動手能力,可以說按要求通過前面三個環節后,學生應該都掌握了計算機網絡方面的基本技術,并且具有了一定的動手能力。

(4) 第四層階梯:實用技術教學

前面三個階梯面向計算機專業的全體學生,而第四階梯則只面向那些對計算機網絡感興趣的學生以及畢業后可能從事計算機網絡相關工作的學生。實用網絡技術教學類似,但又區別于職業技術培訓,其目的在于進一步提升學生的專業理論和實踐技能層次,從而實現對網絡技術掌握質的飛躍,做到真正的從理論到實踐。其教學安排可以視學校的具體情況而定,一般為32～48學時。實用網絡技術教學應緊跟技術的發展,從社會需求出發,以“案例教學”作為主要手段,重點培養可以“組網”、“用網”、“管網”的高層次網絡技術人才。如果有條件,還可進行校企合作,充分利用企業資源,擴大教學內容的深度和廣度,提升學生對企業崗位的適應能力。

(5) 第五層階梯:專項指導

對于學有余力的優秀學生,為進一步培養他們的動手能力和創新能力,可以進一步成立興趣小組,進行專項指導。教師根據自己教學和科研情況,有針對性地指定一個或幾個題目,并以項目的形式進行指導和管理。每個教師可以指導一個或多個學生。選題范圍也不一定局限于前面幾個階梯所講授的內容,關鍵是學生通過自己的努力可以完成。例如,網絡協議分析、驗證以及網絡應用開發等方面都可以作為備選課題。實驗室在其開放的時間內為這些學生提供實驗環境,指導教師定期進行指導。在條件允許的情況下,學校或者院系或者指導教師可以給予適當的資助,以幫助學生順利完成項目。項目結束后,學生需要進行總結并提交結題報告。這一環節不僅可以鍛煉學生的思維,提高學生的表達能力和寫作能力,也培養了學生解決問題能力和創新能力。

(6) 第六層階梯:畢業設計

畢業設計是本科實踐教學的最后一個環節,也是目前本科教學中不可替代的一個環節,是學生走向工作崗位前的一次“大練兵”。因計算機網絡技術應用的廣泛性,計算機本科生的畢業設計題目很多都與網絡技術密切相關。從有線網絡到無線網絡,從IPv4到IPv6,從底層協議分析到高層網絡應用開發,等等,都可以作為本科生畢業設計課題。畢業設計時間集中,并且學生沒有課程考試等各方面的壓力,可以集中精力,全力以赴地完成課題。畢業設計作為最高層次的階梯,為學生提供了全面提升自己的機會,也為學生提供了一個展現自己的舞臺。學生通過完整的畢業設計的選題、開題、設計與實現、撰寫論文和答辯等環節,可以全面提高自己的各種能力,踏上通往成功之路的階梯。

上述六個階梯層層遞進,步步深入,從不同的角度全面提高學生的理論基礎和實踐水平,既做到了網絡知識的普及,又做到了因材施教,實現了高層次網絡技術人才的培養,其總結如表1所示:

4實踐效果

“計算機網絡”課程的階梯化教學改革在中南大學信息科學與工程學院已經進行了五年的研究,取得了較好的效果。理論教學完成了基礎理論的講授;實驗教學環節,學生通過自己動手實踐驗證書本上抽象枯燥的理論知識,更好地理解了理論。在課程設計中,學生表現出濃厚的興趣和很強的自學能力,他們通過互聯網查找各種所需資料,絕大部分同學都能按時、按質、按量地完成課程設計任務。實用網絡技術教學吸引了大量的“網絡愛好者”,每年都有超過75%的學生選修該門課程。理論教學、實驗教學、課程設計和實用網絡技術教學為學生通過網絡工程師及網絡設計師等相關IT認證提供了強有力的保證。每年都約有20名學生參加網絡的專項指導項目,很好地培養了自己獨立分析問題和解決問題的能力,為進一步深造打下了良好的基礎。有很大一部分學生在畢業設計中選擇了與網絡有關的題目,有些同學還取得了很好的成績。在中南大學2009屆本科生優秀畢業論文(設計)獎的評選中(信息科學與工程學院共20名同學獲獎),有兩人榮獲一等獎、兩人榮獲二等獎、一人榮獲優秀獎,占獲獎人數的40%。學生中有多人畢業后到華為、中興等大型IT企業任職,也有多人考取了研究生,進一步深造。其中,進一步從事網絡技術研究的學生中還有一人獲得了2009年湖南省優秀碩士學位論文獎。

5結束語

“計算機網絡”的理論教學、實驗教學、課程設計教學、實用技術教學、專項指導和畢業設計這六個環節面向不同的學生,層層遞進、步步深入,從不同的層面實現了“計算機網絡”課程教學的階梯化理念,全面提升了學生的網絡理論基礎和實踐水平,從而成功地實現了網絡理論與技術的普及,并因材施教,培養了高層次的網絡技術人才。為人師者最大的成功就是培養出優秀的學生,祖國的棟梁。所以,作為老師的我們不僅要適應社會發展的需要,還要適應學生發展的需要,為學生走向成功的巔峰甘為人梯。在教學改革的路上沒有停止的腳步,本文“計算機網絡”的階梯化教學改革雖然在實踐中取得了一定的成就,但也還需要不斷的完善,以適應網絡技術的飛速發展。

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