基于CDIO 的“高級交換與路由網絡”課程教學改革與實踐

夏棟梁,趙偉艇

(平頂山學院 軟件學院,河南 平頂山 467000)

1 傳統“高級交換與路由網絡”課程存在的問題

“高級交換與路由網絡”課程是軟件工程(云計算)專業的專業核心課程,課程理論與實踐并重,要求學生理解路由交換協議的工作原理,掌握網絡設備的配置、調試以及網絡設計等。課程傳統的教學活動中,主要存在以下4 個方面的問題。

1.1 課程內容陳舊,課程結構不合理

進入21 世紀以來,網絡技術飛速發展,許多教材中介紹的仍然是傳統的網絡技術,沒能體現前沿技術,導致學生所學知識、技能與社會脫節。另外,課程內容組織大多采用傳統的章節形式介紹,缺乏工程項目的背景,不利于學生能力的培養,課程學習完畢后學生很難具備利用所學知識解決工程實際問題的能力。

1.2 項目工程化程度不高

課程實踐項目基本都是知識點的簡單應用,應用背景是虛擬的,存在較多牽強地將原來的實驗“轉化”成項目,實踐內容相對獨立,無法形成一個完整的工程項目。這種項目沒有遵循知識、能力、素質的內在邏輯關系,只能達到理解知識點的目的,無法培養學生解決工程實際問題的能力。

1.3 教學方式相對單一

針對課程應用性較強的特點,在教學過程中采用了理論實踐一體化教學的模式,實現了“做中學”。但是,在課程教學過程中,教師講授的比重仍然比較高,學生對于課堂的參與度不高,導致學生學習的積極性不高,很難激發學生學習的興趣。

1.4 考核方式單一

在過去課程考核中,課程采用的考核方式為:課程綜合成績=期末考試成績(70%)+平時成績(30%)。該課程考核方式方法相對單一,很難考核學生能力的實際情況。課程綜合成績中期末考試成績所占比重很高,導致學生不重視學習過程,過于注重期末的課程終結性考核。同時,期末考試大多采用紙質試卷考核的形式,很難考核學生的實踐能力。傳統的考核方式只是檢測“教”與“學”的最終結果,無法對教學效果做出真實、客觀的反饋和評價;課程考核結果得不到及時反饋,對課程教學的方法與手段等起不到促進作用[1]。

課程教學團隊梳理了“高級交換與路由網絡”課程存在的問題,依據CDIO 理念開展課程教學改革,重新進行教學設計,提出以學生為中心的任務驅動式的項目情景教學法,有效解決課程教學中存在的諸多問題。

2 CDIO 工程教育模式

CDIO 理念是麻省理工學院、瑞典皇家工學院、査爾姆斯理工大學和林雪平大學探索研究的成果,已經成為國際高等工程教育的一種創新模式[2]。CDIO 倡導在項目構思、設計、實現和運作的過程中,讓學生主動開展學習,注重培養學生掌握扎實的工程基礎理論和專業知識,通過貫穿整個人才培養過程的團隊設計和創新實踐訓練,從工程基礎知識、工程實踐能力、團隊協作、創新和自主學習等多個方面提升學生的綜合素質[3]。因此,本文將探討CDIO 理念在“高級交換與路由網絡”課程教學內容、教學模式和考核評價等方面的改革與實踐。

3 基于CDIO 理念的課程教學改革

3.1 課程教學改革的思路

遵循“應用為本,學以致用”的教學理念,以能力培養為導向,依據課程目標確定課程內容、組織形式等,注重培養學生分析問題、解決問題的能力,工程實踐能力、團隊協作、創新和自主學習等能力。

基于CDIO 的教學設計,強調以學生為中心,教師在教學過程中重在啟發、引導,促使學生完成構思-設計-實施-運作的全過程。課程項目共分4 個階段:第一,構思階段。教師給出工程項目背景,提出項目需求,引導學生分析思考,共同構思確定項目實施內容。第二,設計階段。學生通過互聯網等方式查閱資料、分組研討,提出本組的項目設計方案。第三,實施階段。學生根據前期的設計方案利用模擬器仿真實現。第四,運作階段。學生驗證實施結果,分析項目存在的問題及缺陷,進一步優化項目[4]。課程項目實施流程如圖1所示。

圖1 項目實施流程

3.2 優化課程內容及工程項目

課程教學改革中,在介紹網絡交換和路由技術的基礎上,讓學生利用學習通、中國大學MOOC 等網絡學習平臺,學習網絡領域中的新技術和新應用。例如軟件定義網絡、區塊鏈、信息中心網絡等。讓學生了解行業的前沿技術,開闊學生視野,鼓勵學生不斷探索網絡新技術,使學生具備自主學習的能力[5]。

在明確課程能力培養目標的基礎上,進行課程任務分析,把工程項目和授課體系有機結合;結合企業真實案例,對課程現有的項目進行優化,整合為3 個綜合項目,對應15 個子任務。按照課程知識體系對項目進行任務分解,細化到知識點,以任務驅動的方式組織教學。優化后的基于工程項目的知識體系結構如圖2 所示。

圖2 基于工程項目的知識體系結構

3.3 教學模式改革

在“互聯網+”的信息化背景下,開展了基于移動互聯思維的課堂教學重構混合式課堂教學新模式。課程教學活動由課前在線階段、課堂教學階段和課后在線階段組成。課前在線階段,學生課前利用網絡學習平臺觀看學習視頻,完成課前自測,提出難點問題,培養學生的自主學習能力。課堂教學階段,教師采用“任務驅動+項目案例”的方式開展課程教學,利用學習通開展課堂互動、分組討論等,達到深度學習和實踐操作的目的,注重學生專業素養、分析問題、解決問題、團隊協作等能力培養[6]。課后在線階段,學生可以通過網絡學習平臺參與討論知識、拓展總結等,培養學生的表達、創新等能力。

3.4 考核模式改革

“高級交換與路由網絡”課程考核與課程項目教學緊密結合,建立了以技能考核為核心、面向過程的多元化考核體系。課程考核的重點在于學生能力的達成情況,主要由4 個部分組成:第一,線上學習考核(占15%)。由學生線上作業完成情況、視頻學習、主題討論等組成。第二,項目任務考核(占15%)。由每個階段項目子任務成績構成,該部分由個人成績和團隊成績構成。第三,階段性項目考核(占30%)。每個項目完成后,進行階段性考核,實現對項目質量的監控,提高過程性評價的比重,全面評估學生的綜合能力。通過階段性考核掌握學生的情況,分析學生存在的問題和不足,在后續的教學中及時調整教學方法與手段等,改進教學中存在的問題。第四,期末考核(占40%)。采用項目綜合實戰考核,通過工程實際項目考核學生分析問題、項目設計、實施和運行能力。

4 課程教學效果

課程團隊經過3 年多的教學改革與實踐,將CDIO 理念深入應用到“高級交換與路由網絡”課程中。學生通過項目的設計、實施和運行,積累了項目經驗,能夠應用所學的工程基礎知識,解決工程實際問題,學生的工程實踐、團隊合作、創新和自主學習等能力得到了有效的提升。課程教學團隊利用網絡平臺對軟件學院近三屆授課學生(2018,2019,2020 級)開展了問卷調查。問卷調查結果表明,93.6%的學生認為教學改革后有利于形成完成的知識體系;95.8%的學生認為通過課程學習具備了較強的工程實踐能力;94.4%的學生認為“任務驅動+項目案例”的教學方式能夠有效提高學習的主動性;95.6%的學生認為“以技能考核為中心,面向過程的多元化考核方式”能夠比較客觀地評價能力達成情況。由此可見基于CDIO 課程教學改革成效顯著。

5 結語

“高級交換與路由網絡”將CDIO 理念應用到課程的教學中,經過3 年多的教學實踐檢驗,通過優化課程內容及工程項目,重構課程教學模式、建立過程化的考核體系等多方面的具體措施,學生具備了扎實的路由交換技術基礎知識,在網絡規劃、核心技術應用、解決實際問題的能力等方面都有明顯提高,從自主學習、團隊協作與溝通表達能力等多方面提升了學生的綜合素質。