計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)模式探索

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【摘要】實驗教學(xué)是高校工程教育的重要部分，高校實驗教學(xué)還不滿足新工科建設(shè)的要求。結(jié)合工程認(rèn)證和新工科建設(shè)，提出了全天候、體系化、交叉融合的實驗教學(xué)模式，并進(jìn)行了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)實踐，取得了一定成效。

【關(guān)鍵詞】新工科；實驗教學(xué)；工程教育認(rèn)證；計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

1引言

第四次工業(yè)革命和以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)、新模式為特點的新經(jīng)濟(jì)對工程人才的培養(yǎng)提出了更高的要求。世界各國都在推動高等工程教育的變革，國際工程聯(lián)盟發(fā)起了國際本科工程教育認(rèn)證的“華盛頓協(xié)議”得到大多數(shù)工業(yè)強(qiáng)國的認(rèn)可[1]，中國業(yè)已成為華盛頓協(xié)議的成員國。2010年，中國啟動了“卓越工程師計劃”，雖然取得了一些成績，但是還遠(yuǎn)沒有達(dá)到計劃目標(biāo)[2]。為了改革工程教育的現(xiàn)狀，取得先發(fā)優(yōu)勢，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供新動能，2017年，多所高校達(dá)成了“復(fù)旦共識”、倡議了“天大行動”，教育部制定了“北京指南”。這三個綱領(lǐng)性文件闡述了新工程教育的內(nèi)涵、特征，指出了新工科建設(shè)的路徑，制定了新工科建設(shè)項目指南[3-5]?！叭A盛頓協(xié)議”、“卓越工程師計劃”、“新工科”建設(shè)分別從不同角度、不同方面描述了新的工程教育培養(yǎng)目標(biāo)，其本質(zhì)是一致的，就是要以學(xué)生為中心，工程教育回歸工程本質(zhì)，工程畢業(yè)生應(yīng)該能夠借助數(shù)學(xué)、工程、自然科學(xué)、人文等多學(xué)科知識，研究、表述、驗證復(fù)雜工程問題的相關(guān)文獻(xiàn)，通過現(xiàn)象觀察、實驗設(shè)計、數(shù)據(jù)分析等進(jìn)行復(fù)雜工程問題調(diào)研，提出滿足多種約束的復(fù)雜問題解決方案并進(jìn)行評價，應(yīng)該通過交叉融合提高創(chuàng)新能力、應(yīng)該具有溝通、協(xié)作、組織能力，應(yīng)該具有自主學(xué)習(xí)能力[6，7]。趙繼等從當(dāng)前工程教育實踐出發(fā)，提出了新工科的內(nèi)在特質(zhì)并探討了推進(jìn)工程教育創(chuàng)新需要解決的當(dāng)前和長遠(yuǎn)問題[8]。基于企業(yè)視角，楊毅剛等提出了工程教育改革的新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系[9]。戴亞虹等提出了依托政府產(chǎn)業(yè)學(xué)科優(yōu)勢開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)工程人才培養(yǎng)的多層次、模塊化、研究性實踐教學(xué)體系[10]。呂小艷分析和總結(jié)了地方高校工科學(xué)生實踐能力培養(yǎng)的現(xiàn)狀和影響因素，提出了培養(yǎng)工科學(xué)生實踐能力的對策[11]。陳萬通基于新工科建設(shè)理念，探索了移動通信實驗教學(xué)和實踐教學(xué)模式[12]。結(jié)合工程認(rèn)證和新工科建設(shè)，我們進(jìn)行了計算網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)模式探索，提出了全天候、體系化、交叉融合的實驗教學(xué)模式，并進(jìn)行了教學(xué)實踐，取得一定成效。

2實驗教學(xué)存在的問題

實驗教學(xué)在培養(yǎng)工科學(xué)生工程實踐能力方面發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，雖然高等學(xué)校重視實驗實踐教學(xué)，但是我國高校的工程教育仍然沒有采用工程范式，導(dǎo)致實驗教學(xué)存在很多問題，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有到達(dá)工程認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)，也不符合新工科建設(shè)的目標(biāo)和要求。2.1教學(xué)模式僵化（1）項目固定：很多高校存在“唯課程”“唯大綱”的傳統(tǒng)觀念，教師必須嚴(yán)格按照計劃進(jìn)行教學(xué)活動，學(xué)生只能在教學(xué)計劃指定的時間、到規(guī)定的實驗室做指定的實驗；學(xué)生不能自主進(jìn)行探索性實驗，不能根據(jù)學(xué)習(xí)中碰到的問題設(shè)計實驗；實驗項目之間關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，實驗教學(xué)不能形成體系，不能訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新能力、自主學(xué)習(xí)能力和解決復(fù)雜工程問題的能力。（2）過程固化：教師為了提高教學(xué)效率，避免在實驗教學(xué)中忙中出錯，經(jīng)常編寫實驗指導(dǎo)手冊，在指導(dǎo)手冊上詳細(xì)列出所有的實驗步驟以及每一步實驗出現(xiàn)的結(jié)果，學(xué)生對照實驗指導(dǎo)手冊按圖索驥進(jìn)行實驗，不能培養(yǎng)學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象、進(jìn)行實驗分析的能力。多數(shù)學(xué)生認(rèn)為看指導(dǎo)手冊就已經(jīng)知道實驗的過程和結(jié)果，再進(jìn)行實驗操作，沒有任何意義，經(jīng)常有學(xué)生在實驗室干與實驗無關(guān)的事情。（3）考核重結(jié)果輕過程：一方面學(xué)生只是照葫蘆畫瓢做實驗，過程考核已經(jīng)沒有意義，所以教師往往只關(guān)注實驗報告的完整性、公正性、整潔程度；另一方面，實驗成功才認(rèn)為完成實驗，實驗失敗就認(rèn)為沒有完成實驗，忽視學(xué)生的實驗操作過程扼殺了學(xué)生的創(chuàng)新意識和動力。（4）脫離工程背景：實驗項目多是理論結(jié)果的驗證，沒有結(jié)合工程場景的實驗項目，不能訓(xùn)練學(xué)生的觀察能力和分析能力，不能激發(fā)學(xué)生的探索興趣和意識，不能培養(yǎng)學(xué)生的工程思維。2.2理論教學(xué)與實驗教學(xué)隔閡高校的績效評價體系使得教師把主要精力放在科研上，教師不重視工程知識的學(xué)習(xí)和積累。理論授課時喜歡用于語言、動畫、板書闡述復(fù)雜的理論，說一千，道一萬，無論語言多么翔實、動畫多么生動也不如做一個實驗。上實驗課時，只關(guān)注學(xué)生是否在做與實驗無關(guān)的事情，只要求學(xué)生按照指導(dǎo)手冊完成實驗任務(wù)，一般考核學(xué)生分析出現(xiàn)某種實驗現(xiàn)象的原因。

3新實驗教學(xué)模式

針對實驗教學(xué)的問題，對照工程認(rèn)證的“華盛頓協(xié)議”和新工科建設(shè)的目標(biāo)，在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實驗教學(xué)中進(jìn)行了以學(xué)生為中心新模式的探索。（1）全天候?qū)嶒灲虒W(xué)：除了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相關(guān)實驗，其他實驗全部基于網(wǎng)絡(luò)仿真軟件，在教學(xué)時間段內(nèi)，學(xué)生可以在任何時間、任何地點進(jìn)行實驗；每個實驗設(shè)置若干考核點，實施過程考核。（2）個性化實驗教學(xué)：培養(yǎng)學(xué)生有疑問不僅問老師、問網(wǎng)絡(luò)，還要問實驗的意識，鼓勵學(xué)生針對學(xué)習(xí)中碰到的問題，設(shè)計實驗并進(jìn)行驗證分析，如果自己不能設(shè)計完成實驗，學(xué)還可以發(fā)起實驗眾籌，組成實驗小組，設(shè)計實驗并進(jìn)行驗證分析。（3）理論與實驗交叉融合教學(xué)：理論課上用仿真實驗取代動畫進(jìn)行演示，實驗課上，基于理論分析實驗現(xiàn)象。（4）實驗體系化：基于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的層次化特點，設(shè)計了以太網(wǎng)組網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)搭建與配置，在搭建的互聯(lián)網(wǎng)上部署Web服務(wù)器、DHCP服務(wù)器、DNS服務(wù)器。這些實驗涉及從鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層直到應(yīng)用層的內(nèi)容，使學(xué)生能夠深入領(lǐng)會解決復(fù)雜問題的層次化策略。（5）融合工程背景通過工程背景的敘述引出實驗的要求和目的，利用協(xié)議分析軟件抓取不同應(yīng)用的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，基于應(yīng)用背景，設(shè)計通信協(xié)議，并通過Socket編程實現(xiàn)。

4結(jié)束語

在我校計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的兩個班進(jìn)行了新實驗教學(xué)模式的實踐，學(xué)生反映比較熱烈，手機(jī)不離手的現(xiàn)象沒了，如果在實驗室沒有完成實驗，在課余仍然持續(xù)進(jìn)行，有問題首先設(shè)計實驗驗證，也不問網(wǎng)絡(luò)了。在實施過程中也出現(xiàn)一些問題，如教師進(jìn)行過程考核費(fèi)時、費(fèi)心、費(fèi)力；學(xué)生看重考試分?jǐn)?shù)，自選實驗往往比較簡單，不能到達(dá)課程培養(yǎng)要求。新實驗?zāi)Ｊ降膶嵤┮獙W(xué)生、教師、學(xué)校多方聯(lián)動綜合考慮，學(xué)生的評優(yōu)評先不能只看分?jǐn)?shù)、學(xué)校的績效考核要做到分類分型，增加實驗教學(xué)的考核比重。我們正在探索把人工智能技術(shù)引入到實驗教學(xué)，基于機(jī)器進(jìn)行自動過程考核來減少教師的教學(xué)壓力，基于機(jī)器鑒別實驗難度，以實驗難度做實驗考核的權(quán)重來增加實驗考核的合理性。

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作者:楊茂云 王改革 單位:江蘇師范大學(xué)智慧教育學(xué)院