基于CDIO的计算机网络系统集成课程教学.docx

    基于CDIO的计算机网络系统集成课程教学    马志欣，刘海英（昌吉学院 计算机工程系，新疆 昌吉 831100）Summary：分析计算机网络方向课程的工程实践特征，从培养学生的工程实践能力出发，引入CDIO工程教育理念，提出利用案例化理论教学和工程化实验教学改革教学模式，提高教学质量和效率；以项目工程的实践教学调动学生的学习积极性和创造性，使学生全面掌握知识技能，提高综合应用能力Keys：网络系统集成；CDIO；案例教学；建构主义；项目驱动：1672-5913（2014）12-0055-041 背 景随着信息技术和知识经济的高速发展，人们对计算机网络工程技术需求日益增加，促使计算机网络向着多功能、高效率和高质量方向发展，表现为网络的日益复杂化和大工程化作为计算机工程技术方向专业核心课程之一的计算机网络系统集成，反映了计算机网络实践教学的主要方面，具有很强的工程性、综合性和实践性然而，传统高等教育忽视构建学科工程研究性项目，使教学很难达到课程的要求因此，为训练学生的专业工程能力，研究和探索课程的特征、使用CDIO工程教育的模式来改革计算机网络实践课程教学具有重要意义CDIO教育模式由行业及实际领先的工程需求决定，要求学生结合具体工程项目学习实践，以期得到解决一般工程项目通用的能力。

在若干工程实践项目中选取合适的项目开展CDIO 教学，可以把工程训练目标集成到课程教学，把每个能力点融入到具体的教学实验活动中，围绕项目的实施进行教学计划和课程关联工作设计这样建立了课程之间的关联，使专业学习目标得到多门课程的共同支持，使学生能全面学到专业理论、专业技术和工程经验CDIO能力培养模式是实践—体验—理论—实践的循环此项工作可以打破教师之间、课程之间的壁垒，改变教师各自为政的现状，对当前高等工程教育的改革有重要的指导意义项目驱动的方法起源于1980年的德国，它是基于建构主义的学习理论与传统的教学方法不同，它强调对新知识的理解和掌握，通过重组已有的知识和经验构建新的知识结构在整个过程中，教师扮演组织者、指导者、帮助者和促进者的角色，激发学生的兴趣和对知识的渴望，拓展学生的能力[1]2 计算机网络系统集成课程的特征计算机网络系统集成课程以网络系统工程投标为出发点，内容涉及网络需求分析，网络系统设计、布线工程、交换机和路由器的选型与配置，服务器的技术及安装配置，网络安全与管理，网络系统测试，网络系统验收和维护等网络系统集成各阶段的主要技术和实施方法它是对学生前期所学的微机接口技术、网络互连技术、局域网组网技术、VPN技术、网络安全设计、结构化综合布线、网站设计、网络通信编程技术、网络管理与维护等专业基础课程和专业课程的全面复习、检验以及综合实践。

2.1 教学目标的正确定位教学目标的正确定位是教学改革行之有效的前提和保障，即明确教学是为培养什么类型的人才而服务[2]随着学科技术和产业技术的发展，培养创新型应用人才已是必然的趋势和目标伴随着这样的教学目标，教学中首先应树立创新的教学理念，因此引入和接纳先进的、创新的CDIO教育理念非常重要该理念强调在产品的构思、研发、应用到维护的全生命周期中，提升学生的工程基础知识、个人技术能力、系统工程能力和团队协作精神，其目的是为工程教育创造出一个合理的、完整的、通用的和可概括的教学目标，将个人的、社会的和系统的制造技术和基本原理相结合，使之适合工程学科的所有领域[3]为了共享资源和获得集中、高效、便利的管理，计算机网络系统集成用结构化布线系统和计算机网络技术把不同的设备、功能和信息集成到一个相互关联的、综合的、协作的系统中2.2 教学内容的特征网络系统集成课程解决不同的设备接口之间匹配问题，涉及协议、系统平台、应用软件和子系统集成因此，根据应用要求，计算机网络系统集成课程教学覆盖把硬件、网络、数据库相应的应用软件集成为高效、低成本的计算机应用系统的整个过程，课程具有如下特征1）专业知识的新颖性。

计算机网络技术是一门不断发展的、与计算机技术和通信技术密切相关的学科，其基本原理和内容是过去二十多年的新理论成果和实践经验的形成结果理解网络系统集成的内容和学术特征仍值得我们探索2）理论教学的抽象性计算机网络系统设计原理和集成方法的教学不仅涉及具体的功能、硬件、软件和技术，也涉及过去系统设计和实现的经验总结，所以它是抽象的3）实验教学的创新性计算机网络系统集成需要考虑具体用户的功能需求、质量需求和其他商业需求，有着不同的特点和定制要求，还需考虑在功能和质量之间可能存在冲突因此，没有一个网络结构能适合所有用户的需求设计者需要根据实际情况在设计和实现过程以具体的用户需求为导向，在功能实现、质量保障、性能、成本等方面进行权衡和折中，达到好的效果3 课堂教学存在的问题计算机网络系统集成课程的专业教学应符合大规模系统、复杂的网络结构，宽广的知识范围和使用广泛的特征然而，当前大学计算机网络课堂教学多采用设备实验与理论教学相结合的模式，通常教师解释理论，实践教学是预先定制的验证性实验在这种模式下，学生是听众，跟随教师思路被动地理解记忆知识，传统教学方法没有改变，课堂教学存在如下问题1）理论教学太抽象。

学习和理解网络系统集成的理论知识主要从复杂的网络系统体系结构层次开始，学习各层协议的理论原理如果不考虑工程项目中总体设计和实现问题，理论知识不能很好地融入实际的项目设计中由于学生没有项目实践经验，难于理解抽象的理论，也不能将具体项目的应用软件和硬件系统分层协议模型的元素与网络通信系统相互联系2）实验教学太浅目前实验教学未涉及网络系统分析、设计和实现的知识，受学时限制，实验是由教师介绍实验设计和实现方法，学生验证实验没有必要的认知和体验，更谈不上学生主动探索由于网络知识不能准确及时地被验证，学生无法开展深层次的体验4 基于CDIO的课程教学探索我们把CDIO模式引入计算机网络系统集成课程中，教学过程模拟网络系统项目开发过程，使学生将专业知识应用到实践并获得经验通过全面而深层次的模拟练习，学生可理解相互协作的作用，综合运用专业知识和技能，在实践中更深刻地理解所学的知识，用自己的想法来设计和实现一个完整的网络系统4.1 案例化理论教学案例教学法[4]鼓励学生独立思考课程体系和教学内容是理论教学的基础，它们决定着学生的知识和能力结构案例化理论教学使课堂教学更加注重社会需求，教学可根据具体的学生情况调整和更新内容，优化专业知识结构，加强知识间的联系，帮助学生更深入地理解理论知识，增加学生学习的兴趣和主动性。

对于比较难理解的重要的专业知识学习，可以通过讨论得到解决在具体的教学模式中引入CDIO，将难而重要的专业理论知识融入具体案例中老师安排主题，学生收集、整理和分析数据信息，学生学习的目的不再是记忆设计计算机网路和系统集成原理的方法，而是加深理解在这种交互式教学方法中，学生是主体，老师是引导者，学生自主学习的能力得到了培养在具体的教学方法中引入CDIO，通过分析具体案例自然而然地将探究式教学方法引入课堂；通过具体实例解释和讨论特定网络系统集成，激发学生的求知欲和好奇心；通过实例进行讨论学习，使学生主动掌握网络系统集成的原则和方法在具体的教学评估中引入CDIO，使知识评估系统更重视学生平常的练习情况而不只是考试，确保CDIO工程教育概念的实现学生在学习专业知识和技能的同时，逐渐养成独立学习的习惯，提高学习能力，为将来的专业发展做好准备4.2 工程实验教学除了在理论教学中引入CDIO，我们还在具体的专业课程实验教学中融入CDIO实验教学中模拟工程项目的实施，可以使学生理解工程项目的实现方法和过程，而不是只重视结果模拟现实工程项目与规范设计，提高质量的实现过程，使学生在实践中全面提高工程能力对实际模拟的工程项目，在计算机网络系统集成实验教学中需要参考行业标准和架构。

实验教学应包括网络项目的整个生命周期（包括项目启动、需求分析、设计、配置、测试、运行和维护）工程设计和实现基于规范的网络体系结构，它包括项目实施过程中的技术规范、工程文件、操作规程等，实验教学应具有可操作性，这样才可以达到教学目标5 课程教学实践在具体课程中实现CDIO的思想，学生为教学的主体，老师是教学过程的组织者、引导者和监督者在这个阶段最重要的是要学生尽可能地发挥自己的能力，团队通过交流共享智慧、相互沟通，努力实现项目目标，工程项目执行流程如图1所示1）提出项目老师提出网络工程的模拟项目，学生不仅要体验教学要求和目的，而且要在工程项目中综合使用实际技术项目要难度合适，学生通过实验与实践达到探究式学习的结果2）必要的理论知识和实践经验通过必要的课堂教学和实验教学，学生可以积累理论知识和实践经验，为他们选择的课题做必要的准备3）规划项目学生自由组成小组，老师分析客户需求并指导小组内部讨论学生通过分析项目，提出具体的设计，并给团队成员分配具体的任务4）工程化的实验实现组员根据各自的职责要求进行工作，完成自己的任务网络工程的实现过程不是一步完成的，需要学生不断调整和完善解决方案，改变小组中的分工。

这种组员间互相持续协作的过程巩固了已学到的知识，不仅团队精神、协作、交流能力得到了培养，而且学生主动学习知识和解决实际问题的能力也得到了提高5）评估和改善结果学生解释分析结果，阐述他们自己制定的项目实现策略，教师根据客户需求和工业标准规范评估结果6 结 语根据计算机网络系统集成课程的特点，介绍了CDIO教育思想，以此来实现工程教育的改革实践表明，该模式能更好地激发学生学习的激情，提高其自主学习的能力；可以培养学生分析和解决问题的能力，提高学生工程实践水平和团队协作精神作为工程创新的培养模式，CDIO还可以进一步用于其他课程教学基金项目：昌吉学院教研课题“CDIO理念下计算机网络方向实践教学体系建设与改革研究” （12jyyb00）；昌吉学院科研项目“Web信息抽取与数据挖掘技术及其在网络舆情监测中的应用研究”（2012YJQT03）第一作者简介：马志欣，女，副教授，研究方向为计算机网络与通信，Xinzhi66@Reference：[1] Guo L， Tang G， Fu Y， et al. Research and practice on CDIO-based application-oriented practical teaching system of computer major[EB/OL]. [2014-03-20]. http：//[2] 王绍强. 应用型本科计算机网络教学改革的研究和实践[J]. 计算机教育， 2009（9）： 16-18.[3] 陶勇芳， 商存慧. CDIO大纲对高等工科教育创新的启示[J]. 中国高教研究， 2006（11）： 35-36.[4] 金永涛， 邹澎涛， 魏艳娜， 等. 基于项目的网络工程专业教学模式探究[J]. 中国大学教学， 2010（12）： 30-32．（编辑：彭远红）  -全文完-。