計算機網絡實驗教學模式的探索和實踐

洪　飛

計算機學科教學改革:北航式的奮斗(四)

文章編號:1672-5913(2009)17-0045-03

摘要:實驗教學是整個教學系統中一個不可忽視的重要內容,如何能夠利用本科階段有限的課時培養出合格的計算機網絡人才是許多高校教師努力探索的課題。本文根據計算機網絡課程的特點,結合學生的實際情況,介紹了我們在這一過程中所實踐的方法:構建一種多層次實驗教學體系,以及具體的實施過程和體會。

關鍵詞:計算機網絡實驗;分層次教學;實踐;教學體系

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

國家教育部從20世紀80年代后期開始,對大學的專業設置進行了一系列的調整,由原來的800多個減少為200多個,主要目的是使得培養的學生成為厚基礎、寬理論、強創新技能、高素質的新一代人才,重點強調創新與實踐教學在培養學生技能方面的重要地位和作用。實踐證明,創新與實踐性教學在培養學生技能的同時,具有培養學生綜合素質的重要作用,是培養學生創新意識和創造能力的重要手段和措施。

隨著我國IT產業的迅猛發展,IT人才短缺正成為日益突出的社會問題。據有關專家預測,在今后的十幾年內,我國對IT人才的需求每年至少40萬。其中網絡系統工程師和網絡應用工程師是IT業最急需的人才。但一方面是IT技術人才的匱乏,另一方面是計算機專業畢業生由于缺乏計算機技術應用的實際技能和創新能力而就業困難的尷尬局面。雖然造成這種局面的原因是多方面的,但其中的主要原因就是長期以來計算機專業教學受傳統教育思想的影響和支配,強調知識的基礎、理論的基礎學習,忽視學生計算機實際技能、協作能力和創新能力和主動參與與實踐意識的培養,使學生的主觀能動性和對計算機網絡技術應用的實際技能的掌握受到較大程度地限制。我校以先進的計算機網絡實驗基地為基礎,采用集教學、訓練和創新活動為一體的新型分層次教學模式,對計算機專業人才創新與實踐教學模式進行了探索,并取得初步成效。

1分層次教學的必要性和合理性

“分層次教學”思想源于孔子提出的“因材施教”。“分層次教學”是指按學生實際學習程度,把學生分成不同層次的班級,并在班級授課制下進行施教的一種新型的教學組織形式。原蘇聯教育家贊可夫在《教學與發展》中提出“使包括后進生在內的全體學生都得到一般發展”的原則。“分層次教學”是尊重學生的個性,促進包括后進生在內所有學生發展的有效措施,是一種適合全體學生的教育教學方式。目前,已有很多高校開設了計算機網絡實驗課程,這些學生中有計算機專業的學生也有非計算機專業的學生,有本科生也有研究生,他們的基礎不相同,傳統的教學模式很難把握住學生的實際水平,常常是優等生“吃不飽”,而后進生卻“吃不了”。

隨著時間的推移,學生就會對這樣的教學模式失去興趣,教師很難兼顧周全。實際情況是,部分教師以較高水平學生為基礎,結果多數水平不夠好的學生似懂非懂,無法掌握教學內容,失去提高機會。若照顧基礎較差的學生,較好水平的學生又會失去許多交際機會。處于兩難境地的教師往往難以取舍,教學重點很難兼顧兩極的學生,因而,兩極分化便會日益嚴重。這就要求我們必須尊重學生的個性差異,本著“人人發展,人人成才”的目標,從實際出發,因材施教,實施分層次、分類別教學,這就使得分層次教學顯得尤為必要。另外,計算機網絡實驗課程的“分層次教學”有其心理學依據。教育心理學家維果斯基認為學習內容主體應在學習者的經驗范圍之內,新知識只能以“最近發展區”(zone of proximal development),即原有知識的邊沿上逐漸擴大外延。因此對于不同層次的學生來說,學習內容主體應該是不同的。而傳統的課堂教學是無法適應學生的學習要求的。由此,我們可以認為“分層次教學”是適合學生的一種教學組織形式。“分層次教學”是依據素質教育的要求,面向全體學生,承認學生差異,改變“大一統”的教學模式,因材施教,為培養多規格、多層次的人才打基礎而采取的必要措施。

2分層次教學模式的實施

一直以來,人們印象中的計算機課程實驗主要是驗證性實驗,驗證性實驗難度較低,以現有的實驗設備為主,主要使初學者通過實驗過程獲得一些感性的認識和體驗,來理解復雜的計算機網絡工作原理。例如通過網絡協議分析軟件對網絡協議樹的驗證,組建特定的網絡拓撲,搭建環境和網絡設備配置,來驗證RIP路由協議的工作原理等。這種教學模式一般是學生用機,老師輔導,實驗內容不明確,隨意性大,形式松散,嚴格地說,這種實驗只能稱為“上機”,說不上實驗教學。改革實驗教學方法,規范管理,提高教學水平,就是要注重“學生是教育主體”的作用。通過對學生的引導、幫助和促進,充分調動他們獲取知識的積極性和主動性,增強能力,提高素質。實驗是教學過程中的一個重要環節,因此,實驗教學方法的好壞直接影響著學生對實驗的態度,影響著他們的動手能力、創新意識的培養。計算機網絡這門課程既有一般計算機課程的普遍性,又有其自身特性,計算機網絡實驗不僅是理論的驗證,更重要的是通過網絡的實驗操作,培養學生對網絡的分析、設計、管理與應用的實驗技能,加深對網絡理論知識的理解與應用,以達到懂、建、管、用的目的。

2.1分層次組織教學內容

目前,計算機網絡實驗教學主要有三部分內容:網絡協議分析實驗、網絡設計實驗、高級網絡應用以及研究型實驗。計算機網絡分層次教學首先改變過去按部就班的教學模式,改變過去所有的學生進行同樣的教學內容,打破以原始的班級為教學單位組織教學的形式,教師可以根據學生所學專業、學生的興趣愛好,重新組織教學班。

實驗根據學生程度的不同,設計了三個層次。第一層次面向網絡基礎知識相當較弱的學生,如本科專業為非電類專業,沒有系統學習過計算機網絡,實驗課程以網絡協議分析和基本網絡設計為主要教學內容,包括組網實驗,鏈路層實驗,網絡層實驗,RIP協議分析,OSPF協議分析,復雜組網實驗,傳輸層實驗,應用層實驗,網絡應用編程,單獨上機考試。第二層次面向大多數研究生,重點在網絡設計和高級網絡應用,包括組網實驗,鏈路層網絡層實驗,OSPF協議實驗,BGP協議實驗,網絡管理實驗,復雜組網實驗,傳輸層實驗。第三層次面向網絡基礎較好能力較強的學生,學生根據自己的情況可以自主選擇,主要在網絡設計和高級應用的基礎上,進行研究型實驗,包括BGP協議實驗,MPLS/組播實驗,網絡測試實驗,網絡性能評價實驗并撰寫報告,參加答辯。

另外,上面的實驗內容有難有易,可以根據每個學生的實際情況為其安排相應的內容。這種分層次教學能較好地解決上、中、下不同層次學生間的教學矛盾,最終達到:既可最大限度地避免中、下等學生學不懂而“消化不良”,又可以滿足優等生需要不斷學習新知識而不至于“吃不飽”,因而分層次教學是合理的。

2.2分層次檢查學習效果

每個單元結束后都要進行檢查和考核。如果只出一些基礎性題目,優等生會感到乏味簡單,易產生滿足的心理,失去學習的動力;而差等生會感到吃力,久而久之產生厭學情緒。因此,在單元考核或隨機練習時,實行了分層次考核。考核優等生時,主要出一些靈活多變的題目,讓他們在所學知識基礎上加以分析,經過思考得出答案;對差等生多出客觀題目,主要考查學生的基本知識。有時根據學習內容不同,采用不同考核方式,如:口答題、上機操作題。例如對于IP層實驗,對差等生,主要提出對IP協議數據段,基于IP的主要協議的考察,對優等生則從IP層所在網絡層出發,考察學生這些協議位于IP層優勢和原理,并提出一些IP層協議的設計,加深對計算機網絡分層體系結構的認識。

3分層次教學應注意的問題

分層次教學在計算機網絡教學實驗基地經過了近一年多的運行,實現了預期建設目標,成效顯著,取得如下初步成果。

(1) 在計算機網絡教學實驗基地建設的促進下,為適應計算機專業創新人才的實驗教學,我們調整了教材的選用范圍。計算機網絡主干課教材立足選用國內外的優秀教材,特別是國外能反映計算機網絡技術發展現狀及方向的先進教材,我們編撰能反映學生實際技能、協作能力和創新能力培養的計算機網絡教材——《計算機網絡實驗教程》,力圖使實驗教材能配合實驗教學培養目標,啟發學生的想象力和創造力,尤其是誘發學生的原發性創新能力乃至創新沖動。該教材已經被評為“2007年度北京市精品教材”。

(2) 我們對本科計算機網絡系列課程的教學計劃、教學大綱和教材進行了深入研究和調整,并充分考慮了實驗課與理論課的有機結合。通過對實驗課及其內容進行整合更新,使實驗更具綜合性。使學生在獨立設計出企業網絡方案的同時,能對企業網絡進行實際組網、實時網絡流量和安全的綜合分析和基本的網絡應用編程,高層次的同學可以開展網絡新技術方面的研究工作,如無線傳感器網絡,自組織網絡,P2P網絡等。

(3) 所有的實驗根據專業基礎課的進度分段對各年級學生隨時開放。學生根據已掌握的專業理論知識和實驗指導書選擇實驗項目,提出實驗路線;鼓勵學生對可提供的實驗設施作自擬的整合,促進學生對實驗課程的全身心的投入;在實驗成績的評定上,不簡單地看實驗結果的正確與否,同時注重實驗方案的合理性和創造性,注重是否能對實驗現象有較敏銳的觀察、分析和處理能力。

(4) 將計算機網絡實驗室建設成為計算機專業本科生的網絡技術實習基地。為此,我們和華為3COM網絡公司合作成立了華為3COM網絡學院,并針對高校教師師資舉辦了多期華為3COM網絡學院講師認證培訓班,取得了良好的效果。此外,我們還和國際著名網絡測試廠商Fluke成立了Fluke網絡測試實驗室,展開對互聯網絡的測試和性能評價的研究和實驗。同時也為項目中計算機專業校企聯合模式探索打下了堅實的基礎和實施的經驗。

分層次教學法教學效果極佳,但是它對教師的教學能力要求較高,課堂教學要以精彩的內容來吸引學生。教師在備課時,對每次實驗重點和難點、實驗中可能出現的問題、實驗的數據和結果做到心中有數。實驗過程中,教師加強巡視,出現問題,一般由學生自主研究解決,教師作啟發提示、釋疑和引導,這樣的實驗不光是學生動手做,教師還要在整個實驗中起著主導作用。在學生主體方面,由于實驗報告是培養學生寫作能力、表達能力、分析能力和總結能力的一種較好方式,因此,要求學生每一個實驗都要提交實驗報告。在報告中注重分析、總結實驗中的收獲、體會,使學生從實驗中不斷積累經驗,獲得更多的實驗技能。在實驗課結束時,組織實驗技能考核,最后根據學生實驗情況、實驗報告、考核及平時成績,客觀評定學生的實驗成績。通過以上措施,提高了學生對實驗課的重視程度,同時對指導老師也提出了更高的要求。可見,把教師的主導作用和學生的主體作用結合起來,有利于提高實驗教學水平。

同時在教學中,不應一味運用分層次教學方法,而偏廢傳統的教學模式。分層次教學需要占用大量的課時,因此,在有限的教學課時內,不必堂堂課、門門課都用分層次教學法。比如,大部分同學都生疏的章節,我們完全可以按照傳統模式去講授,而沒有必要去實行分層次教學。所以,某節課是否應用分層次教學應根據教學的具體內容和學生整體掌握情況去決定。

4結束語

計算機網絡實驗是高校計算機網絡課程的重要組成部分,進行實驗教學改革與探索的目的是提高實驗教學質量,使實驗教學在人才培養中發揮更大的作用。對計算機網絡實驗教學內容進行優化、組合,探索計算機網絡實驗教學的有效方法,培養學生構建和開發網絡應用系統的能力,是計算機網絡實驗教學改革的主題。

實踐證明,基于計算機網絡教學實驗基地的計算機專業人才創新與實踐教學模式培養了學生的創新能力。面對計算機科學技術的迅猛發展和大學就業競爭的加劇,在以后的工作實踐中,我們還需要不斷努力,不斷探索,不斷完善,充分發揮實驗教學基地在培養大學生創新精神和實踐能力中的作用。

參考文獻:

[1] 黃俊,韓玲莉. 基于協議數據包的計算機網絡課程教學方法探索[J]. 實驗室研究與探索,2006(6):653.

[2] 孫文彬. 開放性創新實驗教學改革與實踐[J]. 實驗室研究與探索,2006(2):148.

[3] 劉宏志,周美娟. 計算機網絡實驗教學的實踐與探索[J]. 山西醫科大學學報,2005,7(2):193-195.

[4] 李成忠,張新有,賈真. 計算機網絡實驗教學研究[J]. 西南交通大學學報,2005,6(4):72-76.

[5] 呂立堅,趙明. 計算機網絡課程實驗的改革與實踐[J]. 高教論壇,2006(3):138-139.