基于CDIO的數據通信課程教學改革

楊平 鄺偉潮 王善進

摘要針對當前“數據通信”課程教學中存在的問題，將CDIO理念應用于“數據通信”課程教學中，提出教學改革的具體措施。通過翻轉課堂、微課、項目驅動教學及探究式教學構建知識與實踐兩大學習模塊，形成線上與線下相結合、理論與實踐相結合的“四位一體”混合式教學模式，激發學生的學習興趣和主動性，有效提高教學質量。

關鍵詞 CDIO 數據通信 混合式教學

中圖分類號：G642文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.21.017

Curriculum Reform of the Data Communication Based on CDIO

YANG Ping， KUANG Weichao， WANG Shanjin

（School of Electrical Engineering & Intelligentization， Dongguan University of Technology， Dongguan， Guangdong 523808）

AbstractAiming at the current problems in the teaching of data communication， the concept of CDIO is applied and specific methods for teaching reform are proposed. By using flipped classrooms， micro lectures， project-driven teaching and inquiry-based teaching， two learning modules of knowledge and practice are constructed and a "four-inone" hybrid teaching model that combines online and offline， theory and practice， is created to inspire the learning interest and initiative of students and to improve the quality of teaching.

KeywordsCDIO； data communication； hybrid teaching model

“數據通信”課程是通信工程的重要專業課程，在通信工程專業中起著承上啟下的作用，地位重要，其前承通信原理先修課，后續光纖通信技術等專業選修課程，并且還是部分院校研究生考試的專業課程。現有數據通信教學存在著理論指導與實踐脫節、多驗證性實驗少綜合性項目性實驗、重填鴨少主動學習、師生互動少、教學內容偏離實際、重結果輕過程、考核方式單一、對學生創新能力和解決工程問題能力培養不足等問題。因此，對“數據通信”課程的教學改革顯得極為必要。

CDIO是當今國際高等工程教育的一種創新模式，以“構思-設計-實現-運作”為主線，將工程教育與工程實踐相結合。[1-3]其理念是以學生為學習的中心和主體，弱化以老師為主導的傳統學習模式。其提倡“邊做邊學”，亦即“做中學”為知識獲得的主要途徑，輔以項目式和問題導向型等教學法，強調理論與實踐相互結合及相互促進的良性學習互動，竭力對傳統教學中學生們所缺乏的工程實踐能力、團隊合作能力與工程創新能力進行培養，而這些也正是“數據通信”課程教學目前急需解決的問題。[4-5]

1教學改革探索

針對“數據通信”課程教學中存在的問題，從CDIO教學理念出發，對“數據通信”課程的教學內容、理論與實踐教學體系、考核方式等各個環節進行了探索。構建了基于CDIO理念的“教師課前設計-學生在線學習-翻轉課堂教學-課后提升總結”的四位一體教學模式，在教學實踐中獲得了良好的成效。

1.1教學內容改革

第一，合理設計教學內容。一方面，從通信工程專業培養目標“建設高水平理工大學，培養高素質應用型人才”為出發點，教學內容應側重數據通信網絡的概念理解與應用為主；另一方面，教學內容應與其后續學習專業課程相銜接，可以提前與后續專業課程的教師溝通教學需求和銜接的教學內容，盡量減少繁雜的數學理論推導，突出公式的概念理解和工程應用為教學重點。

第二，更新教材內容。數據通信技術發展日新月異，新技術和新理論層出不窮。現有教材內容往往陳舊、理論性強、抽象枯燥，易打擊學生的學習積極性。因此，適時地引入最新的前沿技術，可以拓寬學生的視野，啟發學生的思考和求知欲。此外，將實際工程案例引入課堂，能進一步培養學生理論聯系實際的能力，激發學生的學習主動性和興趣。最后，把教學內容模塊化。先引入整個數據通信系統的整體分層架構，一個層級即一個模塊，隨后按照模塊來逐個講解，課程最后再把所有模塊串起來組成一個完整的系統，可讓學生對整門課程進行宏觀和微觀上掌握。

1.2理論教學改革

“數據通信”是一門知識面廣、概念雜、復雜性和原理性強、原理與實踐密切結合的課程。傳統教學中，往往以教師作為學習的主導，在課堂上教師具有絕對的控制權，教學時以課堂講授為主，學生被動接受知識，再加上教學手段及教學考核、評價形式單一，學生學習的主動性和學習效果皆受到影響。

為解決以上問題，以CDIO理念為核心，將微課與翻轉課堂有效結合運用于“數據通信”教學中，充分利用網絡資源，積極探索線上線下教學融合，竭力發揮兩者的優勢，使之相輔相成。[6-8]建立“教師課前設計-學生在線學習-翻轉課堂教學-課后提升總結”的四位一體教學模式，如圖1所示，輔以實際生活案例、課堂分組交叉討論、啟發式教學法、自主學習法和課后布置開放性作業等方法，以激發學生的學習主動性和積極性，培養學生對知識的自主學習能力、對所遇到問題的探究能力、合作能力和問題解決能力。

所有教學活動由教師與學生兩個主體、線上與線下兩條主線所構成，具體包括以下幾方面內容：

第一，課前活動主要在線上完成。課前教師需精心設計教學內容，并在線上（如，QQ群、網絡教學平臺、微信群等）及時發布教學任務。教學內容主要包括：課前需要預習的章節編號、相關微課視頻資料、PPT課件和所推薦的拓展資料等。學生的學習任務清單主要由：本次課需學習內容及需掌握程度（如，熟練掌握、掌握、熟悉、理解、了解等）、課前作業、拓展資料調研等所組成。要求學生領到學習任務清單后，在限定時間內完成視頻資料在線觀看、在線課前作業、在線小組討論交流等任務。網絡教學平臺（如，優學院）可精確統計學生課前視頻觀看進度及課前作業分數等信息。

第二，正式上課在線下教室舉行。教師提前導出網絡教學平臺中的各項統計數據，并就在線課前作業主要失分點、在線交流板塊的學生主要疑問點及重難點進行仔細講解。此外，教師還可以采用基于“以問題為導向和討論式教學法”等方法來進行課堂組織。把所有學生分成若干組，組織學生進行小組討論與辯論，教師記下小組活躍學生名字，作為平時成績之一。待學生討論出現較大爭執或討論結束后，教師及時解惑答疑和總結知識點，進行凝練升華，讓學生明白怎么做及為什么做，使其知其然而知其所以然。最后，教師布置課后作業，以檢驗對知識點的掌握程度。

第三，課后活動由線下及線上反饋完成。課后教師通過課中的學生表現、作業批閱情況、QQ微信群學生反饋、線上學生滿意度問卷調查等方式，持續對各階段的教學活動進行經驗總結和教學優化，以形成線上線下教師學生的良性循環互動。

1.3實踐教學改革

CDIO強調“做中學”的知識獲取模式，本質是理論聯系實際、理論指導實際、實際驗證理論的具體化。在實驗課程中，如何合理選取實驗內容與設計實驗過程，對“數據通信”課程的教學改革意義重大。

受實驗課時與實驗條件影響，現有實驗往往都是一些驗證性的實驗，難于培養學生的自主學習、分析解決問題和團隊協作能力，削弱了學生就業競爭力。基于此，有必要重新編寫實驗講義，增添進階性實驗和實際工程項目，構建軟硬件結合，“基礎試驗-進階試驗-工程項目”及線上線下互補的三維兩面的立體化實踐教學體系，如圖2所示。這些實驗（項目）可來源于企業的實際組網項目或案例。多維實驗體系的建立，一方面可以檢驗學生對基礎知識點的掌握程度和實踐能力；另一方面可以激發學生的興趣，讓學生可以篤行CDIO所提倡的“在學中做，在做中學”理念，體驗用所學知識來解決實際問題所帶來的快樂。

基礎性試驗是一些驗證性實驗，是屬于必做實驗，由學生在課內完成，教師現場檢查考核；進階實驗由設計性實驗構成，也屬于必做實驗，其主要來源于課本高階知識點，教師通過線上教學平臺提前發布實驗要求與任務，并鼓勵學生通過查閱課本及課外書去設計出實驗方案，并獨立解決項目過程出現的問題，并于課外時間加以實現，實驗課堂內只安排時間驗收；工程項目源于實際，屬于選作實驗，是加分項，學生以小組為單位進行，學生自行組隊并對任務進行分解，通過課外資料查閱、小組討論、團隊協作完成整個項目，并撰寫結題報告和上臺展示項目結果。

基礎性實驗由于實現簡單，可由學生課內采用配套硬件直接完成；而進階實驗和工程項目由于難度較大，時間跨度較長，可由學生先用虛擬仿真軟件cisco packer tracer進行項目仿真驗證，驗證無誤后，再申請去實驗室采用硬件組網驗證，并記錄實驗結果。

1.4考核方式改革

傳統考核方式有著單一片面、重期末忽視平時、重結果忽視過程、重背誦輕探索、重理論忽視實踐、一考定終身等缺點。為避免以上不足，探索平時與期末相結合、理論與實踐并舉的多樣化考核方式顯得極為必要。從以下幾方面進行多樣化考核方式的改革：

第一，探索綜合成績評定的多樣化。為了避免一考定終身的缺點，采取平時作業、課堂小測、上課表現、期中考試、實驗考核、項目展示和期末考試相結合的綜合考核方式來評定學生的最終成績。

第二，加大學生平時表現在總成績中的比例。傳統教學考核中往往重視期末成績而忽視平時成績，這造成學生往往都是考前“突擊式”學習幾天，而平時課堂學習注意力不集中、主動性不強、師生互動較少等問題，極大地影響了課程的教學效果。為避免此類問題的發生，我們把平時成績在最終成績所占的分量提高。具體操作為：不定時安排課堂小測驗，并把小測驗分數計入平時分。此外，還把平時小組討論和課堂回答問題計入加分項。

第三，注重探索性思維的鍛煉。涉及前沿技術介紹時，給學生布置前沿技術調研報告，給學生一定時間查閱、收集和組織資料，鍛煉學生對新事物的探索能力。

2結語

本文將CDIO教學理念應用到“數據通信”課程教學中，以工程項目為導向，結合翻轉課堂等教學方法，充分利用網絡資源，積極探索線上線下教學融合，竭力發揮兩者的優勢。分別就教學內容、理論與實踐教學體系、考核方式等方面進行教學模式改革探索。在教學上構建了“四位一體”教學模式，在實踐教學體系上提出了軟硬件結合，“基礎試驗-進階試驗-工程項目”及線上線下互補的三維兩面的立體化實踐教學體系。以提高學生學習主動性與積極性，培養學生工程實踐能力、合作能力和問題解決能力。

基金項目：基于CDIO的數據通信課程教學改革與實踐（項目編號：201902017）

參考文獻

[1]王碩旺，洪成文. CDIO：美國麻省理工學院工程教育的經典模式——基于對CDIO課程大綱的解讀[J].理工高教研究， 2009，28（004）：116-119.

[2]趙宇紅，姚越.基于CDIO理念的計算機網絡教學模式創新與實踐[J].湘南學院學報，2013（2）：84-87.

[3]林元乖.基于CDIO理念的計算機網絡教學改革與實踐[J].電子商務，2011，000（010）：94-96.

[4]周堅和，袁浩浩，陳艷，等. CDIO理念下《計算機網絡》課程實踐教學體系的構建[J].黑河學刊，2012（04）：111-112.

[5]王亞楠，賈文濤.基于CDIO的計算機網絡課程教學改革與實踐[J].北京勞動保障職業學院學報，2015，9（004）：58-61.

[6]趙艷紅.基于MOOC與翻轉課堂的計算機網絡混合教學模式構建[J].安陽工學院學報，2017，016（006）：118-121.

[7]潘文文，孫曉飛，王霞，等. MOOC+翻轉課堂在計算機網絡教學中的實踐[J].福建電腦，2018，34（10）：173-173.

[8]亓晉，裴玉青，許斌，等.面向新工科建設的MOOC模塊化教學模式研究與實踐——以“計算機網絡”課程為例[J].中國多媒體與網絡教學學報旬刊，2019（01）：18-19.