新工科背景引領下的醫學院校計算機網絡工程實驗課程教學研究＊

陳建國，李四海

（甘肅中醫藥大學 信息工程學院，甘肅 蘭州 730000）

1 概述

教育部從2017 年2 月提出新工科[1]研究與實踐的理念，開啟深化我國工程教育改革，建設工程教育強國，從而推動我國經濟發展和轉型的新模式、新結構和新體系。學科專業建設要求面向新經濟發展需要、面向未來、面向世界，不僅開展新興工科專業的研究與探索，更要對傳統工科專業進行更新升級。在組織方式上，要求地方高校組在充分利用地方資源的基礎上，對接地方經濟社會發展需要和企業技術創新要求，不斷深化產教融合、校企合作、協同育人，推動傳統工科專業改造升級，開展地方高校新工科研究和實踐。計算機網絡工程作為信息化高速公路上的基礎專業學科，要主動適應“新工科”建設的需要，在人才培養上不僅要針對學生建立寬綽的理論知識體系，更要不斷加強并培養學生的動手實踐能力，培養專業技術人員。實驗教學作為網絡理論課程的補充教學，在現階段是各高校提高學生實踐動手能力的關鍵環節。但隨著互聯網絡學習平臺的逐步成熟以及社會的不斷轉型發展，原有的實驗教學模式[2]已不能滿足現階段公司對人才的高校準要求。因此，積極探索網絡實驗課程教學模式的新方法、新舉措，主動對接“新工科”背景引領下新的實驗課程改革迫在眉睫。

作者所在學校針對醫學信息工程專業學生開設的計算機網絡工程課程屬于專業核心課程，隨著通信技術和計算機技術的迅猛發展，對計算機專業人才的網絡應用和維護能力提出了更高的要求。作者通過多年的計算機網絡工程教學，發現“以理論講授為主、實驗教學為輔”的傳統課堂教學已遠遠不能滿足培養專業技術人才的需要。作者在完成每學期的課堂教學后，通過期末考試試卷分析及反饋，再次和學生就已經實施的課堂教學進行探討，讓學生提出自己的意見和建議，總結發現，主要問題還是集中在理論知識點繁雜枯燥，內容較抽象，不容易消化；另外，由于參考教材更新變化較快，如果不能及時掌握學科前沿發展動態，很難在教學內容和實驗設計上設計新穎。通過5 屆學生的培養，總結發現出現上述問題的根源在于教師對學生能力培養的要求定位不精準，教學方法單一，缺少能夠調動學生主動性、積極性的有效機制及課程設計。

2 網絡實驗課程教學現狀及存在的問題

計算機網路實驗是計算機專業學生網絡構建和管理技能的重要教學環節，在高校中也是實驗課程體系設計中較難規劃并解決的問題[3]。其不同于一般的算法或程序設計實驗設計，只需要提供一個軟件平臺就能編寫代碼，通過測試程序有無BUG 從而驗證自己的設計、編寫語法等有無問題。網絡實驗設計不僅涉及工程規劃、介質訪問測試、設備配置、安全策略設置等，還包括網絡的搭建及互聯調試、網絡安全測試、網絡軟件的安裝與測試、網絡硬件的配置、網絡系統的集成、網絡性能的優化等[4]。即使準備了可行、完整的教學實驗設計，而沒有可實現實驗環境，或者實驗條件單一、脫離實際或者不能深度結合理論知識點，都會制約計算機網絡實驗課程的教學效果，從而無法提高學生的工科實踐能力。

2.1 沒有建立集中的實驗平臺，網絡實驗室建設滯后

在給學生建立寬綽的理論知識體系的同時，進一步培養學生的動手實踐能力，網絡實驗室建設是關鍵。如果缺少或者沒有相應的實驗環境、實驗場所及實驗設備，網絡實踐教學無從談起。根據作者調研學習，大部分工科院校開設的計算機網絡實驗課程基本都建立了網絡實驗室，部分非工科院校開設的計算機相關專業，由于條件限制，暫時還沒有獨立的網絡實驗室，實驗教學多數利用公共計算機機房，通過搭建模擬軟件（如：Packet tracer、Ensp、Gns3 等）來完成。由于采用模擬軟件來完成實驗，因此實驗過程較為簡單，一般為教師演示并講授原理、學生動手搭建網絡拓撲驗證測試、老師實驗總結并提出問題。實驗教學沒有取得應用的效果，學生對理論內容的理解還是建立在書本或概念階段，距離“新工科”培養學生動手實踐能力的專業技術人才很遠。

2.2 實驗教學內容安排單一，缺乏與理論教學的深度融合

由于條件限制，實驗教學內容安排僅僅停留在驗證階段。實驗內容多數按照理論教材的順序，內容隨機性大，缺乏實用性、新穎性、可操作性和可拓展性。部分實驗內容僅僅停留在網絡操作系統的安裝和配置上，設計性和綜合性實驗涉獵較少或沒有。不能提高學生的學習興趣和積極性，而且在一定程度上限制了學生的主動性和創新性，難以激發學習興趣和學習激情。

3 新工科背景下的網絡實驗改革措施

伴隨著當前世界新一輪科技和產業變革迅速推進，大數據、云計算、人工智能、物聯網等新興技術以席卷狂飆之勢推動第四次工業革命蓬勃發展。新的科技革命對工程實踐動手能力提出了更高的要求，為適應科技革命的不斷發展對計算機網絡人才的高層次需求，高校應以市場需求為基本導向，適時調整計算機網絡工程的課程教學大綱，結合理論教學與實踐教學，外加學生自主學習內容[5]。作者通過多年的計算機網絡工程課程教學工作，提出以下幾個方面的推進網絡實驗教學質量的措施。

3.1 積極籌措，搭建規模適可的網絡實驗環境

計算機網絡課程的實驗教學非常重要，許多理論的內容只有在動手實踐中才能讓學生完全消化。因此，網絡實驗課程要有效開展，搭建網絡實驗室是關鍵[6]。通過組建網絡專業實驗室，給學生提供理解并鍛煉工程實踐能力的平臺，專業實驗室在給學生傳授基本的網絡原理的同時，通過讓學生清晰地接觸網絡布局中各個環節，從而學習各種網絡協議、網絡模塊知識的構建，理解網絡通信的基本原理。

3.2 精心設計，安排新穎實用的實驗內容

在建立了專業的網絡實驗室后，實驗內容的設計不能僅僅停留在簡單的網絡操作系統安裝配置上，也不能徘徊在網絡協議、網路原理的簡單驗證上。從新工科的培養實戰能力的要求，應更多地增加設計性實驗和綜合性實驗內容。在內容的順序安排上，應先通過基礎的原理實驗、基本概念、網絡操作技術、網絡管理、路由協議分析等的實踐，逐步過渡到具有一定難度的研究型和設計型實驗。

實驗內容的設計應緊扣網絡教學大綱，力圖覆蓋網絡基本原理的主要內容和知識點[7]。通過動手實踐讓學生系統深入地分析和理解網絡協議及原理的工作和實現過程，另外，在機房開始專業實驗課前，讓學生先通過搭建網絡模擬軟件來初步實現和模擬真實網絡設計，熟悉相關實驗原理、概念和內容，通過模擬真實網絡設計來熟悉相關協議工作原理，彌補實驗環境帶來的不足。

3.3 加強指導，增加實驗過程環節的探討和實驗結束后的拓展

在實驗開始前，教師應合理安排并提前設計實驗教學的組織和管理，在實驗教學中應堅持以學生動手實踐為主體，發揮教師在實驗教學中的主導、組織和管理作用。開展每一次實驗前，教師利用約10～15min 的時間簡要地講授本次實驗相關的理論和知識點，明確實驗目的，并重點就本次實驗要完成的實驗內容予以強調，最后就本次實驗的重點難點環節予以提示，剩余時間全部交給學生進行安排。

在實驗過程中，實驗指導教師應加強巡檢，在學生提出問題時應先在引導的基礎上讓學生自主解決，教師通過啟發提示、釋疑引導、逐點分析的方式，讓學生通過實驗獲得分析并解決問題的方式和方法。

實驗結束后，要求學生在總結本次實驗過程、分析實驗結果的基礎上，有質量地完成實驗報告。并就本次實驗內容，提出拓展性的問題供學生思考解答，并在實驗報告中予以反饋。最終教師可根據學生實驗報告的完成情況進行總結，使得學生能從實驗中不斷積累實踐經驗和鍛煉，獲得更多更寬泛的實驗技能，進一步加深對理論知識的理解和掌握。

4 計算機網絡實驗內容體系建設

根據以上基于新工科背景下網絡實驗改革措施以及作者多年來的教學總結，考慮學生的專業需求以及對本課程的專業興趣，在充分考慮實驗條件保證實驗的可操作性下，根據作者所帶班級網絡實驗課程教學情況，結合實驗教學目標，對網絡實驗教學內容進行了分級設計，從而告別傳統的以驗證型實驗為主的實驗教學體系。見表1。

表1 分級網絡實驗教學內容設計體系結構

5 結論與展望

實驗教學在高校教學大綱中具有十分重要的地位和作用，伴隨著“新工科”對部分專業發展的要求，為主動應對新一輪科技革命與產業變革，支撐服務創新驅動發展、“中國制造2025”等一系列國家戰略，相對于傳統的工科人才，未來新興產業和新經濟更需要實踐能力強、創新能力強，并具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才。不斷進行實驗教學改革探索，讓學生在熟悉理論原理的基礎上，重點培養其綜合分析以及設計能力、實踐動手能力和開拓創新能力，使得學生不僅能夠從整體上把握計算機網絡應用體系結構的框架設計，還能系統的熟悉并掌握各個環節及模塊[8]的內容，從而進一步對整個網絡系統進行安全設置、系統優化和管理，從而適應社會對計算機網絡管理人員工作的需求。