基于CDIO的“數據通信與計算機網絡”課程教學研究

李琦　武睿　武一　高軍萍

摘 要：將CDIO理念引入“數據通信與計算機網絡”課程改革，分析了實驗課程教學的主要問題，針對教學方法、實驗內容、考核方式等環節對該課程的改革進行研究。通過構建虛實結合的課程實訓體系，采用多元化教學方法、層次化實踐環節、項目驅動教學模式，彌補課堂教學與實際應用間的斷層，使課程教學更具實效，達到培養學生綜合應用知識以及團隊合作能力的目的。

關鍵詞：CDIO 課程改革 實驗教學

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（c）-0189-03

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，其理念是以產品從研發到運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間存在有機聯系的方式學習工程，也稱之為“做中學和學中做”。針對我國工程教育實踐所存在的一些問題：如：重理論輕實踐、強調個人能力忽視團隊協作、重視知識學習輕視創新培養等問題，教育部大力推廣CDIO工程教育模式，并取得了滿意的效果。

“數據通信和計算機網絡”課程是一門實踐性很強的信息類相關專業課程，其實驗教學與實踐環節不僅是對理論教學的深化和補充，而且對培養學生綜合運用所學知識、解決實際問題的能力起著非常重要的作用。特別是隨著網絡協議不斷升級、新技術不斷涌現、知識點不斷增加，使該課程的理論教學和實驗教學更添難度。

為了進一步加大課程建設，我院于2015年投資購買了華為網絡通信平臺和虛擬仿真平臺，這為課程的發展帶來了契機，近兩年課程組教師以CDIO理念為指導，對“數據通信與計算機網絡”課程開展虛實結合的實訓教學改革研究，并取得了一定的成效，現與大家分享。

1 問題分析

課程組幾任教師在課程的理論和實驗教學方面進行大量的教學改革探索。雖然該課程已經取得了一些成績，但是通過深入分析課程教學的實際情況，課程組發現有些問題還有待改進。

第一方面，“重理論輕實踐；重視知識學習輕視創新培養；強調個人能力而忽視團隊協作等問題”，這些恰恰與CDIO工程教育模式的理念不符。因此為了解決這些問題，加大此方面能力的培養，將CDIO工程教育模式引入到“數據通信與計算機網絡”課程教學中勢在必行。

第二方面，“在傳統實驗教學中，由于受實驗設備、場地等因素的限制，實驗系統的構建模式不夠完善，實驗項目的開發受到影響，限制了學生參與實驗的開發和獨立操作，導致學生動手能力和創新思維能力沒有得到有效的訓練和培養”。針對這方面問題，課程組結合華為網絡通信平臺和虛擬仿真平臺，通過在真實網絡環境基礎上，借助虛擬仿真技術及網絡綜合實訓系統，構建一個內容豐富、操作靈活、虛實結合、性價比高的網絡實訓平臺。把真實與虛擬實驗有機整合，建立虛實結合的網絡實驗教學體系，實現實用型、創新型人才的培養目標。

2 解決辦法

通過構建集成化的課程體系、采用多元化的教學方法、層次化實踐環節、引入項目驅動法教學模式等教學改革措施，彌補課堂教學與實際應用間的斷層，達到以下教學效果。

2.1 引入“CDIO”理念構建集成化的課程體系

作為一種工程教育教學的模式，CDIO理念在強調學生理論基礎知識的同時，注重培養學生應用能力、團隊合作能力以及工程系統掌控能力[1-2]。針對本課程特點，課程組在“數據通信和計算機網絡”課程教學中引入CDIO理念，從CDIO培養大綱所要求的工程基礎知識、個人能力、團隊協作能力和工程系統能力四個層面，將實踐環節中的“構想—設計—實施—操作”作為工程教育的背景，培養學生具備產品設計、生產流程、系統構建技能；將教師與學生的關系從教師單向的知識傳授擴展至師生基于問題解決的互動學習，將學生以繼承知識為主的學習引導至對未知事物主動探索的學習；嘗試以“項目實現”作為工程實踐教育的組織原則，培養學生交流溝通能力和多學科、大系統的掌控意識和能力[1]。通過教學模式的改革，彌補課堂教學與實際應用間的斷層，從而使課程教學更具實效。

“數據通信和計算機網絡”課程與先導課程“通信原理”，以及后繼課程“通信網基礎”、“光纖通信”等有著極大的聯系[3]。結合CDIO建立集成化的課程體系以避免內容重復，使學生掌握各門課程知識之間的聯系，用于解決綜合問題。這種由問題導出理論，然后由理論再衍生出實踐或新技術的方法，將原本零散的知識點組成具有邏輯性的層次結構知識，并與先導課和后續課程關聯，加深學生對網絡的基本理論和數據通信技術的理解。集成化的課程體系如圖1所示。

2.2 構建虛實結合的課程實訓教學模式

打破傳統教學中的“實踐教學圍繞理論教學內容”的模式，實行“以實際技術、工程背景來組織實踐教學內容”的創新模式，本著以“實”為目標、“虛”為手段，建立以“實”為主、以“虛”為輔、“虛實結合”的實驗環境；以局域網構建、網絡互聯、網絡管理、網絡編程等實際問題為依托，通過分析用戶需求-提出解決方案-實施解決方案-解決方案測試等一系列的調研、分析、總結，設計真實情境的實訓項目；針對設計課題采取小組協作，共同攻關的方式，即小組同學之間共同探討、取長補短，共同攻克難關，以鍛煉團隊協作精神。通過這些虛實結合的課程實訓項目的實戰鍛煉，來提高學生綜合素質和就業競爭力。實驗教學方案如圖2所示。

結合CDIO理念，構建了更加科學合理的、虛實結合的一體化實訓課程體系和項目案例庫。同時，加大網絡系統集成、網絡安全與管理、網絡綜合設計等項目作業的份量。從而建設以技術、技能訓練為主，理論與實踐相互融合的實驗教學管理體系。實驗課程管理體系如圖3所示。

2.3 采用多元化的教學方法和合理的評價機制

課程組在傳統教學方法基礎上，將虛實結合的方法則是貫穿于整個教學模式當中。推行案例教學法、項目驅動教學法、理論實踐一體化教學法，采用“講授一演示一練習一評價”四位一體的教學模式，也就是：首先教師將網絡基礎知識、基本原理、技術要求和操作過程等相關理論知識融合到實訓實習項目中進行講解；其次是教師模擬真實的工作場景和職業氛圍，演示各種網絡設備：路由器、交換機、防火墻的配置和使用；再次學生根據教師的講解、演示，親自動手操作，在設備上練習自己所學的網絡配置命令，體會技能操作的要領和步驟；最后學生自評和互評、教師評價，對學生配置網絡設備情況和系統配置進行課堂現場點評、階段效果測評和社會評價。

四個環節互相依托，環環相扣，構成一個完整的教學活動過程，將教學目標、教學過程、教學內容、教學方法和教學評價集合在一起，并通過有效的評價體系，科學地對學生的動手能力、綜合運用能力、工程實踐能力、團隊協作能力進行綜合評價和考核。

2.4 校企緊密結合，培養行業人才

通過進一步密切校企合作，建立開放的先進實驗平臺和高水平的教師隊伍。課題組多次與華為、訊方、河北華恒信、北京金戈大通、北京泰克網絡實驗室等通信企業合作，促進實驗條件、教學體系及內容與專業技術發展同步，通過與企業開展師資培訓、校外實習等方式，多名教師在華為進行了培訓，并以優異的成績獲得了講師資格，這為理論與工程實踐的緊密結合提供了有力的保障。

3 結語

課程組針對“數據通信與計算機網絡”課程存在的一些問題，將CDIO的理念引入課程改革之中，構建了虛實結合的課程實訓體系，采用多元化的教學方法、層次化實踐環節、引入項目驅動法教學模式，彌補課堂教學與實際應用間的斷層，不僅提高了教學效果，而且使課程的教學更具實效，真正培養學生綜合應用知識的能力，以及自我創新、團隊合作交流的能力，這為相關專業的網絡課程改革提供了參考。

參考文獻

[1] 顧佩華，包能勝，康全禮，等.CDIO在中國（上）[J].高等工程教育研究，2012（3）：24-40.

[2] 顧佩華，胡文龍，陸小華，等.從CDIO在中國到中國的CDIO：發展路徑、產生的影響及其原因研究[J].高等工程教育研究，2017（1）：24-43.

[3] 李琦，武睿，武一，等.“數據通信與計算機網絡”精品課程建設的思考[J].中國電力教育，2013（7）：96-97.