多維協(xié)同下計算機網絡課程教學探析

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摘要:計算機網絡是計算機類專業(yè)的核心課程之一，也是網絡工程專業(yè)的必修基礎課程。對該課程進行教學改革，有助于提升計算機專業(yè)畢業(yè)生的網絡素養(yǎng)，為國家培養(yǎng)更多優(yōu)秀的計算機網絡人才。為此，本文借鑒協(xié)同創(chuàng)新思想結合計算機網絡課程特點，提出計算機網絡課程教學多維協(xié)同創(chuàng)新框架。該框架從教學形式、教學內容、教學方法和教學評價與反饋四個維度對計算機網絡課程教學活動進行梳理、提煉、優(yōu)化整合，形成一套完整的教學研究方案，用于指導課程教學的全過程。

關鍵詞:多維協(xié)同；計算機網絡；課程教學；教學改革

1引言

在“互聯(lián)網+”的時代背景下，互聯(lián)網得到快速普及。根據(jù)中國互聯(lián)網信息中心最新統(tǒng)計報告[1]，截止2020年12月，我國網民規(guī)模已達9.89億，較2020年初增長5.9%，互聯(lián)網普及率達到歷史新高70.4%。要保持互聯(lián)網如此快速的發(fā)展，穩(wěn)步推進網絡強國戰(zhàn)略，對網絡人才的需求是巨大的。此外，隨著新一代網絡信息技術不斷創(chuàng)新突破，數(shù)字化、網絡化、智能化深入發(fā)展，社會對網絡人才的需求呈逐步上升趨勢。因此，網絡人才的培養(yǎng)顯得尤為關鍵和迫切。為了順應需求，計算機網絡課程已成為各大高校計算機專業(yè)的核心課程之一。與此同時，全國各高校紛紛開設了網絡工程、網絡空間安全和物聯(lián)網工程等專業(yè)來補充單一計算機專業(yè)畢業(yè)生數(shù)量的不足。例如，蘇州大學計算機科學與技術學院開設了網絡工程和物聯(lián)網工程兩個本科專業(yè)，并將計算機網絡作為專業(yè)主干課程。

2課程教學現(xiàn)狀

計算機網絡課程涉及的知識面廣、概念繁多、理論復雜、技術更新快。傳統(tǒng)的教學方法難以取得理想的教學效果。此外，社會對于網絡方向專業(yè)人才所掌握的技術與知識的廣度、深度及創(chuàng)新能力的要求也在不斷提高。目前，在計算機領域，國內外廣大教育研究者已經認識到計算機網絡課程教學存在的問題，并提出了一系列的改革方案[2-4]?，F(xiàn)有的方案包括開放微課等網絡公開課程、增加教學中的問答互動、教學效果的過程化考核和建立知識點與考核效果達成度的關聯(lián)等方面。這些方案在一定程度上解決了傳統(tǒng)網絡課程教學的不足，對教學效果的提升具有十分積極的意義，但改進還不夠充分。（1）微課是一種時下比較流行的教學形式[5]。它利用互聯(lián)網進行知識的傳播，是“互聯(lián)網+”思想的一種重要體現(xiàn)。學生可以下載感興趣的課程內容進行觀看學習，但這種形式以教師的單向知識傳播為主，缺乏有效互動和對學生學習效果的考察[6]。（2）相比于微課，在傳統(tǒng)的課堂教學中，教師可以通過面對面提問、組織討論等方式增加互動交流，把握上課節(jié)奏，從而有效避免單向傳播的缺點，但是形式仍比較單一。（3）過程化考核的提出有利于避免單純重視教學效果考評而忽略教學過程的重要性，但是仍然以階段性考試為主，無法更細粒度地反映學生對知識的掌握情況。（4）知識點與考核效果達成度的關聯(lián)是判斷學生知識掌握情況的主要依據(jù)，也是專業(yè)工程認證推薦的方法。該方法必須和其他方面的改革有機結合，才能發(fā)揮出預期效果。本文提出對計算機網絡課程進行多維度協(xié)同創(chuàng)新改革，有助于建立健全立體完備的課程知識體系，樹立客觀細致的評價與反饋機制。通過多樣化的教學形式結合恰當?shù)慕虒W方法，為學生提供一種全方位的網絡課程教學體驗，幫助學生系統(tǒng)地掌握網絡知識并融會貫通，靈活運用所學知識解決實際問題，成長為出色的網絡人才。

3多維協(xié)同創(chuàng)新框架

課程教學以學生為對象，以傳授知識、訓練技能為手段，以掌握知識、提升技能、增強能力、培養(yǎng)專業(yè)素養(yǎng)為目標。為實現(xiàn)上述目標，需對涉及教學過程的全部環(huán)節(jié)進行梳理，從教學內容的準備到教學方法的選擇，從教學形式的設計到教學評價與反饋，不同環(huán)節(jié)既相對獨立又相互支持。因此，從全環(huán)節(jié)中抽取四個主要維度，面向計算機網絡課程教學，提出多維協(xié)同創(chuàng)新的全新框架，如圖1所示。

3.1教學形式

教學形式是指教學活動中教師與學生為實現(xiàn)既定的教學目標而采取的行為方式。教學活動均是通過一定的教學形式組織進行的。因此，將教學形式作為課程教學多維協(xié)同創(chuàng)新框架的重要維度之一。教學形式根據(jù)組織方式的不同可以分為：課堂教學、實驗教學、慕課（MOOC）、微課、在線仿真實驗等。3.1.1課堂教學。課堂教學通常是以班級為單位，由任課教師按照課程計劃及時間安排在課堂現(xiàn)場授課的一種教學形式。它的優(yōu)勢在于教師與學生面對面交流，互動性很強，教師可以根據(jù)課堂上學生的反饋及時調整教學進度、難易度等。它是目前計算機網絡課程教學的一種主要形式。但是，由于面向整個班級授課，課堂教學很難照顧到每位學生。其上課的時間、空間都比較固定，對學生學習的便利性不足。3.1.2實驗教學。實驗教學強調通過實際操作實驗過程訓練學生動手技能，培養(yǎng)解決問題能力，是課堂教學的重要補充。在計算機網絡課程教學活動中，實驗教學是必不可少的教學形式[7]。通過不同層級的實驗訓練，可以有效提升學生對網絡體系結構和網絡協(xié)議工作原理的理解。3.1.3慕課（MOOC）。慕課，即大型開放式網絡課程，最早興起于美國大學開放的網絡學習平臺。它的優(yōu)勢在于：資源豐富多元，可以利用數(shù)字化技術整合多種教學資源；極大地提升了學習的便利性，使得學生不受傳統(tǒng)課堂時間、空間的限制便利地獲取課程資源；適用于大規(guī)模學生參與的學習活動。3.1.4微課。與慕課類似，微課同樣采用網絡作為傳播途徑，從而面向廣大學生授課。但它的特點在于“微”，即課程時長與內容均有限，但又相對完整，可作為課程片段。由于其微小的特點，使得學習者學習成本低，可以進一步增強學習便利性。3.1.5在線仿真實驗。在線仿真實驗利用仿真實驗平臺來模擬真實實驗環(huán)境和實驗任務，能夠突破傳統(tǒng)實驗教學對時空和環(huán)境的依賴。

3.2教學內容

計算機網絡課程的主要教學內容包括：網絡體系結構、移動網絡、無線網絡和網絡安全。將上述內容先拆分為多粒度、多維度的離散知識點，再拼接成為一個立體知識庫。所謂的多粒度是指知識點根據(jù)內容覆蓋范圍具有不同的層級，如數(shù)據(jù)鏈路層知識點包含邏輯鏈路控制子層（LLC）和介質訪問控制子層（MAC）。多維度則用于反映知識點的內涵與外延，如TCP協(xié)議知識點，既包含TCP鏈接管理，又包括TCP流量控制和擁塞控制，還包括TCP的安全性分析。離散化的知識點之間具有很多潛在的聯(lián)系，如數(shù)據(jù)鏈路層有物理地址，網絡層有IP地址，二者之間存在轉換關系，需要地址解析協(xié)議和反向地址解析協(xié)議（ARP/RARP）完成雙向映射。地址解析與應用層和網絡層之間的域名解析又存在設計思想上的一致性和工作原理的差異性。

3.3教學方法

教學方法是依據(jù)教學目標設計的教學活動的具體操作程序?，F(xiàn)主要探討講座式、案例式、啟發(fā)式、問題導向式這四種方法。3.3.1講座式。該方法將教學內容中的重點、難點以科研探索的方式將問題的深刻性、探索的嚴謹性等融入教學過程。3.3.2案例式。通過具體的情景，案例式教學有助于將抽象的隱性知識內容外顯[8]，特別適用于網絡課程中有關概念、原理、應用知識點的講解。3.3.3啟發(fā)式。該教學法以啟發(fā)性教學思想為指導，側重于引導學生通過思考獲得啟發(fā)。其教學活動通常表現(xiàn)為師生互動問答。3.3.4問題導向式。該教學法將問題的分析過程以及問題求解過程作為學習基本要素之一，有利于培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。

3.4教學評價與反饋

3.4.1過程評價。相對于教學結果評價，過程評價更加注重教學過程中對學生階段性學習效果的考查。過程評價有助于對學生學習效果進行全方位考查，給予學生多次考查機會，發(fā)現(xiàn)問題時及時進行針對性調整。3.4.2達成度分析。該分析運用多種教學指標實現(xiàn)對學生學習效果的量化，有助于幫助教師全面把握學生的整體學習情況，又可以細致評價每一位學生的學習情況，是工程教育專業(yè)認證建設的重要環(huán)節(jié)。3.4.3個性化學習方案。學生在專業(yè)基礎、學習方法、學習能力方面均存在差異，從而造成學習效果的不均衡性。個性化學習方案強調根據(jù)不同學生的情況采取不同的措施。個性化學習方案的推薦可配合達成度分析完成，根據(jù)教學效果反饋運用大數(shù)據(jù)技術從宏觀和微觀兩個角度對學生的學習情況進行建模分析和過程推演，適時地為每個學生推薦個性化學習方案。

3.5多維協(xié)同

對上述四個維度的改革并不是孤立的，而是相輔相成、協(xié)同進行，構成一個完整的課程教學改革體系。多維協(xié)同主要體現(xiàn)在四個維度間的映射。3.5.1知識點與教學形式的多維映射。對不同的知識點采取與之相適應的教學形式。例如，網絡體系結構分層思想適合采取課堂教學，增加師生互動與思考；各層協(xié)議適合采用實驗教學配合在線仿真實驗教學；路由算法、流量控制、擁塞控制等知識點則適合制作為慕課、微課配合在線仿真實驗教學。3.5.2知識點與教學評價的多維映射。知識點與課程教學目標以及專業(yè)畢業(yè)指標點存在嚴格的映射關系。例如，利用達成度分析對離散知識點的掌握情況進行評判。3.5.3教學形式與教學評價的多維映射。不同的教學形式，教學評價考量因素也不盡相同。例如，對計算機網絡課堂教學的評價主要考慮教師課程講解的清晰性、完整性、難易度以及學生參與度、回答問題等因素。3.5.4知識點與教學方法的多維映射。計算機網絡課程的知識點可采用多種不同的教學方法。例如，概念類的知識點宜采用講座式方法將涉及的內涵、外延講解透徹；協(xié)議類知識點可采用啟發(fā)式或問題導向式方法啟發(fā)和引導學生思考協(xié)議設計的初衷、設計的思路等；面向應用類的知識點則適合采用案例式配合問題引導式方法。

4教學實踐

為了檢驗多維協(xié)同創(chuàng)新框架在教學中發(fā)揮的作用，對已開展課程改革的2018級計算機科學與技術專業(yè)和2020級計算機科學與技術第二學位進行了調查。調查采用無記名問卷方式進行，共發(fā)放問卷120份，回收113份，有效問卷占比94.2%。問卷內容主要涉及六個方面，包括教學形式、教學內容、教學方法、教學反饋與評價、學習效果自我評估和對此課程的意見與建議。調查發(fā)現(xiàn)學生認為該課程十分重要的比例占92.9%，前五方面的具體結果如表1所示，平均滿意度達94.5%。學生所提出的意見與建議主要有：（1）課時偏少，尤其實驗課時不足，約占58%；（2）建議添加最新技術內容，約占27%；（3）建設專門的課程網站整合所有線上資源，約占15%。由此可見，該框架不僅得到學生的認可，而且還很期望課程建設的持續(xù)推進。為了對創(chuàng)新框架進行客觀評價，對比了課程改革前后學生成績的分布情況。如圖2所示，各年級成績均呈近似正態(tài)分布，相比于改革前（2016級計科），改革后成績分布向高分段遷移，平均成績由原先的72.97提高到79.95和78.37，標準差下降28.3%。由此可見，基于新框架的教學改革有助于教學目標的達成，可以提升學生掌握和運用知識的能力。

5結束語

傳統(tǒng)計算機網絡課程教學形式以課堂教學和實驗課為主，較為單一，教學內容對知識體系的梳理不夠清晰，不能形成體系；教學方法與教學內容和教學形式不能形成呼應；教學評價與反饋則以考試為主，注重效果卻忽略過程的重要性。針對上述教學中存在的諸多問題，本文從“互聯(lián)網+”的思想出發(fā)，將多維協(xié)同理念運用于計算機網絡課程的教學改革，把覆蓋教學活動全過程的教學形式、教學內容、教學方法和教學評價與反饋協(xié)同起來，建立多維協(xié)同創(chuàng)新框架。通過框架實施聯(lián)動機制，能夠很好地用于指導課程教學。

作者:周經亞 單位:蘇州大學計算機科學與技術學院