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计算机网络课程4C能力培养的教学实践

  分析高素质信息工程人才素质与能力求,出“批判、创新、自信、沟通”4C能力培养教学模式,结合计算机网络课程教学方法改革实践,剖析4C能力培养实施方案。
关键词卓越计划;4C能力;创新能力;课程改革
文章编号1672-5913(213)1-29-4
中图分类号G642
当代大学教育在培养工程人才时,求学生在科学基础、实践能力和人文素养方面融合发展。专业知识学习是载体,掌握所学专业的理论知识和技能不 是唯一目的,正所谓“授人以鱼不如授人以渔”,教学重在升学生分析问题和解决问题的能力。然而,諸多因素导致课堂教学中满堂灌、填鸭式的授课现象还普遍 存在,即使教师在讲台上卖力地讲,学生也不买账,课堂气氛沉闷,学生被动听课,致使课堂教学效果不佳。究其原因,从教师的角度看,教师教学手段单一,教学 方法单调,所谓的采用“多媒体”教学手段,往往成为教师不认真备课、不愿意尝试和探索新教学方法的借口。而更深层的原因在于,教师缺乏对课程教学理念和方 法的研究,没有深入思考“教与学”这一系统过程达到的目的以及学生的学习情况,没有研究课程求学生在知识、能力、素质上达到的目标和构建人才培养实现 矩阵,从而缺少深入有效的教学设计。
计算机网络课程是计算机专业核心课程之一,网络的迅猛发展和广泛应用,对计算机专业人才的网络应用能力出更高求。而在传统课堂教学和实验 开展中,学生却反映这门课理论知识多、内容抽象,教师也觉得课程内容和实验内容不好设计。河南工业大学计算机网络课程教学团队总结多年教学经验,认为出现 上述问题的根源在于教师对学生能力培养的求把握不到位,教学中缺少调动学生学习积极性、主动性的有效机制和课程教学设计和教学方法。
1 “卓越”工程师的4C能力求
教育部推出的“卓越工程师教育培养计划”(简称“卓越计划”),是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲(21-22年)》和 《国家中长期人才发展规划纲(21-22年)》的重大改革项目,旨在培养一大批创新能力强、适应社会经济发展需的各类型高质量工程技术人才, 为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和实现人才强国战略服务。“卓越计划”强调学生创新能力、实践能力和国际化视野的培养,鼓励校企深度合作创新 人才培养模式。
河南工业大学计算机科学与技术专业于211年被列入第2批“卓越计划”改革项目。在推行“卓越计划”专业人才培养方案改革过程中,围绕“卓 越计划”对创新能力、实践能力、工程能力、国际化视野等的能力求,构建人才培养知识、能力、素质实现矩阵,并积极推进课程改革尤其是教学方法的改革,从 而促进“卓越”计算机工程师培养计划的实施。
我们在进行学生能力素质培养分析时,总结了创新思维/精神(Creative thinking/spirit)、批判思维/精神(Critical thinking/spirit)、自信(Confidence)、沟通(Communication)4个基本素。创新能力培养是人才培养的“终极” 目标,缺少“创新能力”的人也很难具备优秀的“实践能力和工程能力”,在实际工作中可能只是个熟练的“技工”,而无法成为独立解决工程难题的优秀工程师。
具备创新能力首先培养创新思维和意识,善于“思辨”,而创新思维又求一个人具有良好的“批判思维”和“批判精神”,敢于质疑“权威”,在 “怀疑一切”中发现问题,在“创新”中解决问题;一个人是否具有敢于批判和创新的精神,又源于其“自信”、敢作敢为、不怕失败、不怕“丢面子”;“沟通” 是现代人际交往的基本素质,而现代组织都强调团队意识,重视协作,这就求组织成员具有良好的沟通能力。这些基本素也是相互统一的,自信的人敢于批判, 并在实践中尝试创新,不断地寻求突破,而这一过程又会增强一个人的成就感和自信心。现在人们更注重团队创新,尤其在工程设计和软件开发过程中对团队合作的 求比较高,良好的沟通更能促进协同创新。
因此,我们认为在教学实施过程中,培养学生“树立自信、敢于批判、勇于创新、善于沟通”是升学生内在素养的基本求,学生将受益终生。为了 培养学生具有这些基本素质而开展的课程教学改革,尤其是课程教学方法的改革具有很强针对性。我们在“卓越计划”实验班教学中,有针对性地在计算机网络课程 中进行4C能力培养的教学实践,取得了良好效果。
2 计算机网络课程改革中的4C能力培养
计算机网络课程是计算机科学与技术专业核心课程之一。随着网络技术的发展与广泛应用,该课程在计算机及相关专业培养方案中具有重地位。我们 在计算机网络课程教学改革与实践中引入4C能力培养目标,针对4C能力求改进教学方法,重点围绕课堂教学设计开展4C能力培养实践,使课内课外统一,理 论教学与实验教学互相补充。课程教学采用“全过程交互式”教学方法,按照“问题驱动、自主思考、团队探究、互动交流、总结升”的策略组织教学,分为以下 主过程。
1)问题设置。课前教师给出思考题目,如“如何解决网络通信中传输错误问题”,对课程教学单元进行归纳设计,针对每个课程单元模块出一个大问题,同时设置若干小问题,对应该单元重点知识。课程知识点、问题引导及实验设计如表1所示。
2)自主预习。学生自主预习,根据已掌握的专业知识自行设计可行方案以解决命题,如采用“奇偶校验法”发现错误。建议学生不拘泥于教材,强调独立思考,鼓励学生查阅相关资料,研读并评判教材,敢于质疑教材中给出的解决方案。
3)分组讨论。学生课前进行分组讨论,发表各自观点,在批判中发现和纠正问题。教师鼓励学生开展头脑风暴并进行自由交流,培养学生具有积极的态度、掌握良好的沟通技巧、善于听取意见和敢于坚持主见。
4)观点表达。每个学习小组选派代表讲解本组研讨得出的结论,教师鼓励学生给出与书本中不同的解决问题的方法,当然这一点不易做到,需循 序渐进。教师在实践中给每3个小组分配1个主题,每个小组15分钟,3个小组一共利用1节课的时间介绍本小组理解或出的技术方法,由师生共同质疑分析。
5)教师点评。教师利用“启发式、探究式、互动式”教学方法,让各小组针对课前布置的问题出陈述观点并相互交流,如“我用Hash函数发现通信中传 输错误”、“我用加密方法避免传输错误”、“我用CRC方法发现错误并纠错”等。教师则进行引导、答疑解惑、总结归纳,针对学生出的不同观点给予剖析评 价,如“哪种检错方法效率高”、“哪种方法能纠错”、“哪种方法不可行”,再对比讲解现有的计算机网络理论、技术、方法,讨论方法的正确性、可行性、优缺 点,在互动中引发学生思考,使其获得认识上的升。教师最后讲解教材中给出的方法,即目前的技术标准,帮助学生分析和体会其中奥妙,以升学生思考和解决 问题的能力。
6)归纳总结。根据课堂研讨,学生在课后通过总结笔记和完成作业,优化各自方案,查找问题的症结,进行归纳总结后得出正确结论。
7)实验验证。计算机网络是一门实践性很强的课程,但课内实验学时较少,实验主是一些验证性实验。一般院校会开设“网络工程”或“网络应用 技术”等课程,教师讲授实用网络技术或工程应用。为此,我们将以实验为主的“网络工程”课程作为网络原理课程的配套课程,将知识划分单元重点,除了验证性 实验,还引入针对性较强的设计性实验,如组网规划并使用“Packet Tracer”模拟器软件配置验证,让学生通过实验得到直观体验,理解抽象的概念和知识;鼓励学生针对实验项目出设计方案并进行实验验证,形成“做中 学、学中做”的教学模式,在实践中逐步形成敢于批判和勇于创新的思维模式,锻炼动手能力,同时增强自信心。
采用上述教学模式,使学生通过自主思考、交流讨论、对比修正、实践验证,获得正确优化知识的方法,在教学中升了教学效果。从知识内容上看, 计算机网络课程以网络分层体系结构为主线,学生需重点理解各层协议的工作原理与实现,以及各层协议之间的接口。网络体系结构体现的分而治之思想贯穿课程 始终,而协议的概念与实现是课程中心议题。从物理层到应用层,协议的语义、语法和同步是网络通信核心技术思想,也是课程重点。围绕核心知识点,教师针对能 力培养求设计问题,每个问题都可以用对应的技术与方法解决。学生在学习时可以自己设计协议,包括数据通信单元格式、交互模式等设计,并解决处理效率、可 靠性等问题,有利于树立创新思维和批判思维。针对课程重知识点,教师通过设计相应的验证性、设计性实验,达到使同学理解知识并在实践中验证的培养目标。
我们把课程规划为6个主题,对应6大问题,每个主题又分为若干技术引导问题,对应这一主题下需解决的关键技术问题。在教学实施过程中,我们 求学生课前充分预习,并进行小组讨论,课后认真总结,形成单元报告并完成作业。课程实验从物理层到应用层均有对应的配套实验内容,而且引入部分需自行 设计的实验项目,以高学生的动手能力和创新能力。
3 教学改革实施效果
通过上述从理论教学模式的组织到实验内容设计的全方位改革与实践,教学取得了良好效果。
1)学生反应热烈,虽然课程学习求高,但体会到做学习主人翁的成就感,增强了自信,敢于批判并尝试创新,在学习中加强了团队意识。
2)学生一致反映通过实验收获很大,尤其是实验帮助学生直观地理解抽象的理论知识。例如,自己动手实现基于RS-232接口的通信,对异步串 行传输及编码有深刻体会;通信数据捕获和协议分析实现了协议的透明呈现,非常有助于学生对协议语法和语义的理解;路由器的配置与管理,使学生更深刻地理解 网络地址应用、网段管理及路由等知识。
3)改革试点班学生的考核成绩明显高,实践动手能力与创新能力有明显升。
4 结语
在以能力升为核心的计算机网络课程改革与实践中,我们总结出4C能力求,围绕教学设计与教学模式开展4C能力培养实践,教学效果得到 升。当然,课程改革实施过程中也暴露出一些问题,一是学生主动学习的意识还不够强,适应自主学习需一个过程;二是学生敢于质疑和勇于创新的精神还不够, 尤其是学生长期的思维惯性和学习习惯更倾向于拿来主义,不愿意质疑,也缺少创新的信心,这就需教师循序渐进地对学生进行引导。
针对上述教改实践中遇到的问题,我们加强了专业课程系统性教学方法改革与联动,4C能力的培养不只是依靠一门或两门课程改革就能见效的,学生 学习习惯和解决问题的方法需在大学整个学习过程中进行培养。“卓越”人才4C能力的定位与计算机网络课程的实践,促进教学方法改革,实现了面向能力培养 的课程教学模式,契合“卓越工程”人才培养求。