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计算机网络实验教学模式探索

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发布日期:2019-01-18 14:54

【摘要】实验教学是高校工程教育的重要部分,高校实验教学还不满足新工科建设的要求。结合工程认证和新工科建设,提出了全天候、体系化、交叉融合的实验教学模式,并进行了计算机网络实验教学实践,取得了一定成效。

【关键词】新工科;实验教学;工程教育认证;计算机网络

1引言

第四次工业革命和以新技术、新业态、新产业、新模式为特点的新经济对工程人才的培养提出了更高的要求。世界各国都在推动高等工程教育的变革,国际工程联盟发起了国际本科工程教育认证的“华盛顿协议”得到大多数工业强国的认可[1],中国业已成为华盛顿协议的成员国。2010年,中国启动了“卓越工程师计划”,虽然取得了一些成绩,但是还远没有达到计划目标[2]。为了改革工程教育的现状,取得先发优势,为经济发展提供新动能,2017年,多所高校达成了“复旦共识”、倡议了“天大行动”,教育部制定了“北京指南”。这三个纲领性文件阐述了新工程教育的内涵、特征,指出了新工科建设的路径,制定了新工科建设项目指南[3-5]。“华盛顿协议”、“卓越工程师计划”、“新工科”建设分别从不同角度、不同方面描述了新的工程教育培养目标,其本质是一致的,就是要以学生为中心,工程教育回归工程本质,工程毕业生应该能够借助数学、工程、自然科学、人文等多学科知识,研究、表述、验证复杂工程问题的相关文献,通过现象观察、实验设计、数据分析等进行复杂工程问题调研,提出满足多种约束的复杂问题解决方案并进行评价,应该通过交叉融合提高创新能力、应该具有沟通、协作、组织能力,应该具有自主学习能力[6,7]。赵继等从当前工程教育实践出发,提出了新工科的内在特质并探讨了推进工程教育创新需要解决的当前和长远问题[8]。基于企业视角,杨毅刚等提出了工程教育改革的新理念、新结构、新模式、新质量、新体系[9]。戴亚虹等提出了依托政府产业学科优势开展创新创业工程人才培养的多层次、模块化、研究性实践教学体系[10]。吕小艳分析和总结了地方高校工科学生实践能力培养的现状和影响因素,提出了培养工科学生实践能力的对策[11]。陈万通基于新工科建设理念,探索了移动通信实验教学和实践教学模式[12]。结合工程认证和新工科建设,我们进行了计算网络实验教学模式探索,提出了全天候、体系化、交叉融合的实验教学模式,并进行了教学实践,取得一定成效。

2实验教学存在的问题

实验教学在培养工科学生工程实践能力方面发挥着关键的作用,虽然高等学校重视实验实践教学,但是我国高校的工程教育仍然没有采用工程范式,导致实验教学存在很多问题,远远没有到达工程认证的标准,也不符合新工科建设的目标和要求。2.1教学模式僵化(1)项目固定:很多高校存在“唯课程”“唯大纲”的传统观念,教师必须严格按照计划进行教学活动,学生只能在教学计划指定的时间、到规定的实验室做指定的实验;学生不能自主进行探索性实验,不能根据学习中碰到的问题设计实验;实验项目之间关联性不强,实验教学不能形成体系,不能训练学生的创新能力、自主学习能力和解决复杂工程问题的能力。(2)过程固化:教师为了提高教学效率,避免在实验教学中忙中出错,经常编写实验指导手册,在指导手册上详细列出所有的实验步骤以及每一步实验出现的结果,学生对照实验指导手册按图索骥进行实验,不能培养学生观察实验现象、进行实验分析的能力。多数学生认为看指导手册就已经知道实验的过程和结果,再进行实验操作,没有任何意义,经常有学生在实验室干与实验无关的事情。(3)考核重结果轻过程:一方面学生只是照葫芦画瓢做实验,过程考核已经没有意义,所以教师往往只关注实验报告的完整性、公正性、整洁程度;另一方面,实验成功才认为完成实验,实验失败就认为没有完成实验,忽视学生的实验操作过程扼杀了学生的创新意识和动力。(4)脱离工程背景:实验项目多是理论结果的验证,没有结合工程场景的实验项目,不能训练学生的观察能力和分析能力,不能激发学生的探索兴趣和意识,不能培养学生的工程思维。2.2理论教学与实验教学隔阂高校的绩效评价体系使得教师把主要精力放在科研上,教师不重视工程知识的学习和积累。理论授课时喜欢用于语言、动画、板书阐述复杂的理论,说一千,道一万,无论语言多么翔实、动画多么生动也不如做一个实验。上实验课时,只关注学生是否在做与实验无关的事情,只要求学生按照指导手册完成实验任务,一般考核学生分析出现某种实验现象的原因。

3新实验教学模式

针对实验教学的问题,对照工程认证的“华盛顿协议”和新工科建设的目标,在计算机网络的实验教学中进行了以学生为中心新模式的探索。(1)全天候实验教学:除了网络设备相关实验,其他实验全部基于网络仿真软件,在教学时间段内,学生可以在任何时间、任何地点进行实验;每个实验设置若干考核点,实施过程考核。(2)个性化实验教学:培养学生有疑问不仅问老师、问网络,还要问实验的意识,鼓励学生针对学习中碰到的问题,设计实验并进行验证分析,如果自己不能设计完成实验,学还可以发起实验众筹,组成实验小组,设计实验并进行验证分析。(3)理论与实验交叉融合教学:理论课上用仿真实验取代动画进行演示,实验课上,基于理论分析实验现象。(4)实验体系化:基于计算机网络的层次化特点,设计了以太网组网,互联网搭建与配置,在搭建的互联网上部署Web服务器、DHCP服务器、DNS服务器。这些实验涉及从链路层、网络层、传输层直到应用层的内容,使学生能够深入领会解决复杂问题的层次化策略。(5)融合工程背景通过工程背景的叙述引出实验的要求和目的,利用协议分析软件抓取不同应用的数据,进行数据分析,基于应用背景,设计通信协议,并通过Socket编程实现。

4结束语

在我校计算机科学与技术专业的两个班进行了新实验教学模式的实践,学生反映比较热烈,手机不离手的现象没了,如果在实验室没有完成实验,在课余仍然持续进行,有问题首先设计实验验证,也不问网络了。在实施过程中也出现一些问题,如教师进行过程考核费时、费心、费力;学生看重考试分数,自选实验往往比较简单,不能到达课程培养要求。新实验模式的实施要学生、教师、学校多方联动综合考虑,学生的评优评先不能只看分数、学校的绩效考核要做到分类分型,增加实验教学的考核比重。我们正在探索把人工智能技术引入到实验教学,基于机器进行自动过程考核来减少教师的教学压力,基于机器鉴别实验难度,以实验难度做实验考核的权重来增加实验考核的合理性。

参考文献:

[1]吴蓝迪,张炜.国际工程联盟(IEA)工程人才质量标准比较及其经验启示[J].高等工程教育研究,2018(02):111-118.

[2]朱正伟,李茂国.实施卓越工程师教育培养计划2.0的思考[J].高等工程教育研究,2018(01):46-53.

[3]“新工科”建设复旦共识[J].复旦教育论坛,2017,15(02):27-28.

[4]“新工科”建设行动路线(“天大行动”)[J].高等工程教育研究,2017(02):24-25.

[5]新工科建设指南(“北京指南”)[J].高等工程教育研究,2017(04):20-21.

[6]吴涛,刘楠,孙凯.“新工科”视域下工程人才关键能力的思考[J].黑龙江高教研究,2018(03):156-160.

[7]陈涛,邵云飞.理念与现实:我国高等工程教育加入《华盛顿协议》后的发展趋向探析[J].高校教育管理,2018,12(01):54-60.

[8]赵继,谢寅波.新工科建设与工程教育创新[J].高等工程教育研究,2017(05):13-17+41.

[9]杨毅刚,唐浩,宋庆,孟斌,王伟楠.企业视角下新工科建设与工程教育改革[J].高等工程教育研究,2018(03):18-23+28.

[10]戴亚虹,李宏,邬杨波,陈芬.新工科背景下“学践研创”四位一体实践教学体系改革[J].实验技术与管理,2017,34(12):189-195+225.

[11]吕小艳,文衍宣.地方高校工科学生工程实践能力培养对策研究[J].实验技术与管理,2016,33(01):13-16.

[12]陈万通,冯青,王续乔.新工科理念下移动通信实验教学模式探索[J].教育教学论坛,2018(28):268-269

作者:杨茂云 王改革 单位:江苏师范大学智慧教育学院

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