多维协同下计算机网络课程教学探析

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摘要:计算机网络是计算机类专业的核心课程之一，也是网络工程专业的必修基础课程。对该课程进行教学改革，有助于提升计算机专业毕业生的网络素养，为国家培养更多优秀的计算机网络人才。为此，本文借鉴协同创新思想结合计算机网络课程特点，提出计算机网络课程教学多维协同创新框架。该框架从教学形式、教学内容、教学方法和教学评价与反馈四个维度对计算机网络课程教学活动进行梳理、提炼、优化整合，形成一套完整的教学研究方案，用于指导课程教学的全过程。

关键词:多维协同；计算机网络；课程教学；教学改革

1引言

在“互联网+”的时代背景下，互联网得到快速普及。根据中国互联网信息中心最新统计报告[1]，截止2020年12月，我国网民规模已达9.89亿，较2020年初增长5.9%，互联网普及率达到历史新高70.4%。要保持互联网如此快速的发展，稳步推进网络强国战略，对网络人才的需求是巨大的。此外，随着新一代网络信息技术不断创新突破，数字化、网络化、智能化深入发展，社会对网络人才的需求呈逐步上升趋势。因此，网络人才的培养显得尤为关键和迫切。为了顺应需求，计算机网络课程已成为各大高校计算机专业的核心课程之一。与此同时，全国各高校纷纷开设了网络工程、网络空间安全和物联网工程等专业来补充单一计算机专业毕业生数量的不足。例如，苏州大学计算机科学与技术学院开设了网络工程和物联网工程两个本科专业，并将计算机网络作为专业主干课程。

2课程教学现状

计算机网络课程涉及的知识面广、概念繁多、理论复杂、技术更新快。传统的教学方法难以取得理想的教学效果。此外，社会对于网络方向专业人才所掌握的技术与知识的广度、深度及创新能力的要求也在不断提高。目前，在计算机领域，国内外广大教育研究者已经认识到计算机网络课程教学存在的问题，并提出了一系列的改革方案[2-4]。现有的方案包括开放微课等网络公开课程、增加教学中的问答互动、教学效果的过程化考核和建立知识点与考核效果达成度的关联等方面。这些方案在一定程度上解决了传统网络课程教学的不足，对教学效果的提升具有十分积极的意义，但改进还不够充分。（1）微课是一种时下比较流行的教学形式[5]。它利用互联网进行知识的传播，是“互联网+”思想的一种重要体现。学生可以下载感兴趣的课程内容进行观看学习，但这种形式以教师的单向知识传播为主，缺乏有效互动和对学生学习效果的考察[6]。（2）相比于微课，在传统的课堂教学中，教师可以通过面对面提问、组织讨论等方式增加互动交流，把握上课节奏，从而有效避免单向传播的缺点，但是形式仍比较单一。（3）过程化考核的提出有利于避免单纯重视教学效果考评而忽略教学过程的重要性，但是仍然以阶段性考试为主，无法更细粒度地反映学生对知识的掌握情况。（4）知识点与考核效果达成度的关联是判断学生知识掌握情况的主要依据，也是专业工程认证推荐的方法。该方法必须和其他方面的改革有机结合，才能发挥出预期效果。本文提出对计算机网络课程进行多维度协同创新改革，有助于建立健全立体完备的课程知识体系，树立客观细致的评价与反馈机制。通过多样化的教学形式结合恰当的教学方法，为学生提供一种全方位的网络课程教学体验，帮助学生系统地掌握网络知识并融会贯通，灵活运用所学知识解决实际问题，成长为出色的网络人才。

3多维协同创新框架

课程教学以学生为对象，以传授知识、训练技能为手段，以掌握知识、提升技能、增强能力、培养专业素养为目标。为实现上述目标，需对涉及教学过程的全部环节进行梳理，从教学内容的准备到教学方法的选择，从教学形式的设计到教学评价与反馈，不同环节既相对独立又相互支持。因此，从全环节中抽取四个主要维度，面向计算机网络课程教学，提出多维协同创新的全新框架，如图1所示。

3.1教学形式

教学形式是指教学活动中教师与学生为实现既定的教学目标而采取的行为方式。教学活动均是通过一定的教学形式组织进行的。因此，将教学形式作为课程教学多维协同创新框架的重要维度之一。教学形式根据组织方式的不同可以分为：课堂教学、实验教学、慕课（MOOC）、微课、在线仿真实验等。3.1.1课堂教学。课堂教学通常是以班级为单位，由任课教师按照课程计划及时间安排在课堂现场授课的一种教学形式。它的优势在于教师与学生面对面交流，互动性很强，教师可以根据课堂上学生的反馈及时调整教学进度、难易度等。它是目前计算机网络课程教学的一种主要形式。但是，由于面向整个班级授课，课堂教学很难照顾到每位学生。其上课的时间、空间都比较固定，对学生学习的便利性不足。3.1.2实验教学。实验教学强调通过实际操作实验过程训练学生动手技能，培养解决问题能力，是课堂教学的重要补充。在计算机网络课程教学活动中，实验教学是必不可少的教学形式[7]。通过不同层级的实验训练，可以有效提升学生对网络体系结构和网络协议工作原理的理解。3.1.3慕课（MOOC）。慕课，即大型开放式网络课程，最早兴起于美国大学开放的网络学习平台。它的优势在于：资源丰富多元，可以利用数字化技术整合多种教学资源；极大地提升了学习的便利性，使得学生不受传统课堂时间、空间的限制便利地获取课程资源；适用于大规模学生参与的学习活动。3.1.4微课。与慕课类似，微课同样采用网络作为传播途径，从而面向广大学生授课。但它的特点在于“微”，即课程时长与内容均有限，但又相对完整，可作为课程片段。由于其微小的特点，使得学习者学习成本低，可以进一步增强学习便利性。3.1.5在线仿真实验。在线仿真实验利用仿真实验平台来模拟真实实验环境和实验任务，能够突破传统实验教学对时空和环境的依赖。

3.2教学内容

计算机网络课程的主要教学内容包括：网络体系结构、移动网络、无线网络和网络安全。将上述内容先拆分为多粒度、多维度的离散知识点，再拼接成为一个立体知识库。所谓的多粒度是指知识点根据内容覆盖范围具有不同的层级，如数据链路层知识点包含逻辑链路控制子层（LLC）和介质访问控制子层（MAC）。多维度则用于反映知识点的内涵与外延，如TCP协议知识点，既包含TCP链接管理，又包括TCP流量控制和拥塞控制，还包括TCP的安全性分析。离散化的知识点之间具有很多潜在的联系，如数据链路层有物理地址，网络层有IP地址，二者之间存在转换关系，需要地址解析协议和反向地址解析协议（ARP/RARP）完成双向映射。地址解析与应用层和网络层之间的域名解析又存在设计思想上的一致性和工作原理的差异性。

3.3教学方法

教学方法是依据教学目标设计的教学活动的具体操作程序。现主要探讨讲座式、案例式、启发式、问题导向式这四种方法。3.3.1讲座式。该方法将教学内容中的重点、难点以科研探索的方式将问题的深刻性、探索的严谨性等融入教学过程。3.3.2案例式。通过具体的情景，案例式教学有助于将抽象的隐性知识内容外显[8]，特别适用于网络课程中有关概念、原理、应用知识点的讲解。3.3.3启发式。该教学法以启发性教学思想为指导，侧重于引导学生通过思考获得启发。其教学活动通常表现为师生互动问答。3.3.4问题导向式。该教学法将问题的分析过程以及问题求解过程作为学习基本要素之一，有利于培养学生解决实际问题的能力。

3.4教学评价与反馈

3.4.1过程评价。相对于教学结果评价，过程评价更加注重教学过程中对学生阶段性学习效果的考查。过程评价有助于对学生学习效果进行全方位考查，给予学生多次考查机会，发现问题时及时进行针对性调整。3.4.2达成度分析。该分析运用多种教学指标实现对学生学习效果的量化，有助于帮助教师全面把握学生的整体学习情况，又可以细致评价每一位学生的学习情况，是工程教育专业认证建设的重要环节。3.4.3个性化学习方案。学生在专业基础、学习方法、学习能力方面均存在差异，从而造成学习效果的不均衡性。个性化学习方案强调根据不同学生的情况采取不同的措施。个性化学习方案的推荐可配合达成度分析完成，根据教学效果反馈运用大数据技术从宏观和微观两个角度对学生的学习情况进行建模分析和过程推演，适时地为每个学生推荐个性化学习方案。

3.5多维协同

对上述四个维度的改革并不是孤立的，而是相辅相成、协同进行，构成一个完整的课程教学改革体系。多维协同主要体现在四个维度间的映射。3.5.1知识点与教学形式的多维映射。对不同的知识点采取与之相适应的教学形式。例如，网络体系结构分层思想适合采取课堂教学，增加师生互动与思考；各层协议适合采用实验教学配合在线仿真实验教学；路由算法、流量控制、拥塞控制等知识点则适合制作为慕课、微课配合在线仿真实验教学。3.5.2知识点与教学评价的多维映射。知识点与课程教学目标以及专业毕业指标点存在严格的映射关系。例如，利用达成度分析对离散知识点的掌握情况进行评判。3.5.3教学形式与教学评价的多维映射。不同的教学形式，教学评价考量因素也不尽相同。例如，对计算机网络课堂教学的评价主要考虑教师课程讲解的清晰性、完整性、难易度以及学生参与度、回答问题等因素。3.5.4知识点与教学方法的多维映射。计算机网络课程的知识点可采用多种不同的教学方法。例如，概念类的知识点宜采用讲座式方法将涉及的内涵、外延讲解透彻；协议类知识点可采用启发式或问题导向式方法启发和引导学生思考协议设计的初衷、设计的思路等；面向应用类的知识点则适合采用案例式配合问题引导式方法。

4教学实践

为了检验多维协同创新框架在教学中发挥的作用，对已开展课程改革的2018级计算机科学与技术专业和2020级计算机科学与技术第二学位进行了调查。调查采用无记名问卷方式进行，共发放问卷120份，回收113份，有效问卷占比94.2%。问卷内容主要涉及六个方面，包括教学形式、教学内容、教学方法、教学反馈与评价、学习效果自我评估和对此课程的意见与建议。调查发现学生认为该课程十分重要的比例占92.9%，前五方面的具体结果如表1所示，平均满意度达94.5%。学生所提出的意见与建议主要有：（1）课时偏少，尤其实验课时不足，约占58%；（2）建议添加最新技术内容，约占27%；（3）建设专门的课程网站整合所有线上资源，约占15%。由此可见，该框架不仅得到学生的认可，而且还很期望课程建设的持续推进。为了对创新框架进行客观评价，对比了课程改革前后学生成绩的分布情况。如图2所示，各年级成绩均呈近似正态分布，相比于改革前（2016级计科），改革后成绩分布向高分段迁移，平均成绩由原先的72.97提高到79.95和78.37，标准差下降28.3%。由此可见，基于新框架的教学改革有助于教学目标的达成，可以提升学生掌握和运用知识的能力。

5结束语

传统计算机网络课程教学形式以课堂教学和实验课为主，较为单一，教学内容对知识体系的梳理不够清晰，不能形成体系；教学方法与教学内容和教学形式不能形成呼应；教学评价与反馈则以考试为主，注重效果却忽略过程的重要性。针对上述教学中存在的诸多问题，本文从“互联网+”的思想出发，将多维协同理念运用于计算机网络课程的教学改革，把覆盖教学活动全过程的教学形式、教学内容、教学方法和教学评价与反馈协同起来，建立多维协同创新框架。通过框架实施联动机制，能够很好地用于指导课程教学。

作者:周经亚 单位:苏州大学计算机科学与技术学院