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OBE理念下的“计算机网络”课程教学设计
发布时间:2022-01-14 点击: 发布:《教育教学论坛》杂志社
OBE理念下的“计算机网络”课程教学设计
顾 军,姜秀柱,李锡渝
(中国矿业大学 计算机科学与技术学院,江苏 徐州 221116)
 
[摘  要] “计算机网络”是高校计算机类专业的核心课程,对后续专业课有着重要的支撑作用。针对现有教学模式的不足,引入OBE理念实施教学模式改革。在确定了知识、能力和素质三方面教学目标的基础上,反向设计激发学生学习主动性的问题驱动方式教学方法和将抽象知识形象化展示的可视化教学方法,提倡思维能力和实践能力的综合培养,并通过多元化考核设计,促进各项教学改革发挥实效。
[关键词]OBE理念;计算机网络;教学模式;反向设计
[基金项目]2018 年度中国矿业大学教育教学改革与建设项目“以OBE理念为指导的计算机网络课程教学改革”(2018YB21);2017年度计算机学院教育教学改革与建设立项课题“‘计算机网络’可视化教学研究与实践”(JG201701)
[作者简介]顾军(1977—),男,江苏大丰人,博士,中国矿业大学计算机学院讲师,研究方向为网络技术和大数据分析;姜秀柱(1962—),男,江苏睢宁人,博士,中国矿业大学计算机学院副教授,研究方向为网络与通信工程;李锡渝(1970—),男,江苏无锡人,硕士,中国矿业大学计算机学院实验师,研究方向为网络技术。
[中图分类号]G640.0  [文献标识码]A     [文章编号]1674-9324(2021)04-0000-04 
 
 “计算机网络”是计算机学科的专业核心课程之一,也是重要的专业基础课程。随着互联网技术的迅速发展,“计算机网络”课程在计算机类专业人才培养体系中的支撑作用越来越突出。这就要求“计算机网络”课程在教学内容上能够为学生后续学习网络新技术提供“无缝”衔接,在教学过程中能够将知识点和今后的专业应用关联起来,否则就无法引起学生的兴趣和重视,也就无法发挥助力后续学习的前导作用。
一、现有教学模式分析
“计算机网络”课程的教学设计大多是从构建课程体系入手,以确定达到课程教学目标的适切性。但是现有课程体系的构建是学科导向的,遵循专业设置按学科划分的原则,强调学科知识体系的系统性和完备性,在一定程度上忽视了专业的动态发展需求[1],导致课程体系与学习需求脱节。传统教学模式以教师为中心,学生被动接受知识,缺乏主动性和自主性,很难保证学习效果。教学过程中,教师关注的是教学内容、教学进度和教学手段,追求把复杂问题讲得简单的教学技巧。学生关注的是对知识的理解和接受,尤其是所学知识在后续学习过程发挥的作用。但是如何有效评价学生的学习成果,尤其是这些成果对于其毕业能力要求的支持度,还缺乏明确的目标导向和有效的考核方式。因此,在OBE理念指导下开展以学生为中心、以成果为导向的课程教学改革与探索迫在眉睫。
二、OBE理念的引入
OBE(成果导向教育,Outcome Based Education)是一种基于学习产出的教育模式,自1981年由斯派迪(William G. Spady)创设以来,受到国内外教育学界的追捧。OBE基本原理是:所有学习者均成功(Success for All)[2]。教育者必须对学生毕业时应达到的能力及其水平有清楚的构想,然后寻求设计适宜的教育结构来保证学生达到这些预期目标[3]。成果导向教育已成为美国、英国、加拿大等国家教育改革的主流理念,并被我国工程教育改革积极采纳。
在OBE教育模式下,教师首先要调研分析学生完成学业时应该具备的能力,确定一个学习目标,设定该目标下学生能够达到预期的成果。在此基础上反向设计教学计划、教学大纲、考核方式等教学活动。通过学生的学习成果驱动教学过程的持续改进,促进教师不断优化教学环节、整合教学内容、更新教学方法,从而提高教学质量。
针对传统教学模式下教师和学生的错位、课程体系与学习需求的脱节,我们引入OBE教学理念对“计算机网络”课程教学活动进行重新设计,以保证教学效果能够满足学生后续专业学习的需求。
三、基于OBE的教学设计
(一)确定课程教学目标
课程目标是指课程本身要实现的具体目标和意图,是确定课程内容、教学目标和教学方法的基础。“计算机网络”作为专业核心基础课程,不但要剖析经典PC互联网的工作原理,而且要教会学生以后独立分析解决复杂网络工程问题的专业科学方法。因此,本课程的教学既要有知识传授又要有能力培养,还要激发学生的学习热情。课程教学目标[4]如表1所示。
表1 课程教学目标和实现途径
目标分类 具体内容 实现途径
知识目标 计算机网络长啥样
信号如何在计算机网络中流动
信道中数据帧怎么到达目的结点
数据包怎么在互联网中寻路和转发
如何保证端到端的可靠传输
互联网提供了哪些高层应用
问题驱动式教学
可视化教学
能力目标 从功能角度,用分层思想划分网络系统架构的能力
从信号角度,用通信原理实现网络互连的能力
从协议角度,用协议交互实现网络互通的能力
从资源角度,用应用服务模式实现网络互享的能力
思维能力培养
实践能力培养
素质目标 持续的学习热情
后续的学习兴趣
动手实践
 
(二)改革课程教学方法
围绕上述教学目标,需要对传统教学方法进行改进,以适应新的教学需求。改革的基本思路是发挥教师的知识传播和学习引导作用,促使学生从“被动学习(passive learning)”向“主动学习(initiative learning)”转变。采取的途径包括问题驱动式教学、可视化教学、思维能力与实践能力的综合培养等。
   1.问题驱动式教学。我们选取著名计算机网络专家和教育家谢希仁教授编著的《计算机网络(第7版)》作为参考教材,其特点是内容丰富、概念准确、论述严谨、内容新颖。不同于传统的基于教材章节来组织教学内容,我们将计算机网络相关概念、基本原理和关键技术以提问的形式展现给学生,激发学生自主寻找知识答案,自主发现问题、解决问题,并形成学习结果。比如,把教材第1章到第6章的标题分别表述为计算机网络长啥样、信号如何在计算机网络中流动、信道中数据帧怎么到达目的结点、数据包怎么在互联网中寻路和转发、如何保证端到端的可靠传输、互联网提供了哪些高层应用。让学生一目了然的知道需要学习的是什么内容。再比如,在介绍IP地址时,通过“为什么需要IP地址,如何表示IP地址,为什么对IP地址分类,为什么要划分子网,如何划分子网,为什么要设计可变长网络前缀,无类别域间路由(CIDR)地址块怎么划分子网,路由表项如何汇聚”等一系列问题把相关知识点徐徐展开,既让学生了解到IP地址的前世今生,也循序渐进的学到了相关知识。
在这个过程中,教师必须及时向学生分享自己的专业知识,解决学生的疑惑。认为以学生为中心的课堂上不存在老师讲课,是一种错误的理解。尤其像“计算机网络”这样的专业基础性课程,教师对学习效果的跟踪掌控是很重要的,否则就会影响学生后续学习其它专业课的进度。而且,一些原理性的知识是需要以“灌输”方式植根到学生大脑中的。
    2.可视化教学。“计算机网络”课程中概念繁多,并且都是建立在抽象的理论模型基础上,在真正的网络应用中却看不见,摸不着,只能靠想象,所以凭空理解起来很困难,如数据通信原理、网络体系结构、网络协议、路由与交换技术等。把抽象知识可视化,借助图形图像等视觉化手段提高知识的可识别性,利用网络模拟与仿真技术提升知识的直观性,从而帮助学生正确地进行知识的重构、记忆以及应用。
比如,在向学生讲解如何观察计算机网络时,我们会指导学生从横向组网的角度分析硬件设备的组成分类、拓扑结构和互联方式,也会指导学生从纵向分层的角度分析协议软件的分层体系、处理对象和交互方式,并通过图解方式展现横向互联与纵向分层之间的联系,如图1所示。随着学习的进一步深入,相关知识点可以在此图的基础上进一步细化,就像知识树一样,由简单到复杂,由稀少到繁茂,有助于学生形成立体化的计算机网络知识体系。
 
图1 体系结构与组网技术的关系
    3.思维能力和实践能力的综合培养。以教学大纲为指南的教学模式在促进教学过程规范化的同时,也造成了教学内容的相对固化,再加上教材更新的缓慢,很难及时反映新技术的出现,使得学生普遍反映课堂学习与社会需求脱节严重,从而对课程失去兴趣。
我们认为,学校教育不应局限于满足于当前人才市场需求和跟踪新技术发展的被动教学组织,而应着手构建“以不变应万变”的教学模式。为此,在“计算机网络”课程教学过程中,我们强调系统思维和网络思维对于理解和分析计算机网络的重要性,注重对学生的思维能力和实践能力的综合培养。
系统思维重视整体思考,要求学生能够站在系统的高度对网络的软、硬件功能进行合理划分,能够对网络系统不同层次进行抽象和封装,能够根据不同的应用要求合理构建网络系统架构[5]。网络思维强调群体之间的交互性和共享性。比如,分层的网络化系统功能划分思想,基于协议报文封装和转发的数据通信和资源共享方式,以请求/响应为基础的端设备交互方式等。在授课时一定要讲清楚蕴含的系统思维和网络思维的核心思想和基本方法,并能将这种思维能力用于对当前流行的网络系统(如云计算、物联网、大数据平台)的学习与分析中,提升学生理解网络新技术的能力,夯实互联网创新的基础。
思维是联系理论和实践的桥梁,思维方式反映了对理论知识的理解和掌握程度,也对实践工作有很好的指导作用[6]。我们安排了三个层次的计算机网络实验内容,以配合理论教学和思维能力培养,增强学生的学习兴趣,激发学习热情。第一层次,认识真实的网络设备,能够搭建简单的网络拓扑,并通过配置实现网络互连互通。第二层次,通过Wireshark抓包软件分析数据包、解析协议报文、评估网络状况。第三层次,通过Packet Tracer软件完成较复杂的网络设计与配置,并进行验证分析。实践教学的实施过程强调在教师的指导下由学生自主学习相关资料,独立分析和解决实际问题,完成三个层次的实验任务。
(三)多元化考核设计
在OBE理念下,通过一次考试进行考核的方式过于简单,难以全面反应学生的学习结果。针对知识、能力和素质三方面预设的课程教学目标,采取多元化方式检验学生的学习成果[7],既关注过程考核,也重视结课考核,重点考查其学习成果是否与预期目标相匹配,如表2所示。
表2 多元化课程考核
考核方式 知识目标 能力目标 素质目标
过程考核 随堂测试(30分)
课后作业(20分)
实验
(40分)
一、网络搭建(10分)
二、Wireshark抓包分析(10分)
三、PT网络设计搭建(20分)
学习态度
(课堂表现)
10分
结课考核
(闭卷)
单选题(20分)
问答题(30分)
计算题(20分)
应用题(30分)
0分
  总成绩 = 过程考核成绩 × 50% + 结课考核成绩 × 50%
 
 
四、结语
针对现有“计算机网络”课程体系与学习需求发生脱节的问题,引入OBE理念对计算机网络课程进行教学改革和探索。从学生的学习需求和毕业要求出发,确定了计算机网络课程在知识、能力和素质三个方面的教学目标。按照反向设计原则,通过问题驱动方式组织教学内容,激发学生的学习主动性;通过可视化方式将抽象知识形象化,增强授课效果;通过思维能力和实践能力的综合培养,提升学生应用知识解决实际问题的能力;通过多元化考核设计,促进各项教学改革发挥实效。实践证明,OBE理念下对“计算机网络”课程教学的改革式设计,有助于学生更好的掌握网络原理与技术,提升学生的自主学习意识及学习热情,为后续专业课的学习起到很重要的支撑作用。
参考文献
[1] 李志义.成果导向的教学设计[J].中国大学教学,2015年第3期,32-39.
[2] Spady W G, Marshall K G. Beyond Traditional Outcome-based Education [J].Educational Leadership,1991(2)65-74.
[3] 梁正平,朱泽轩,王志强.OBE导向全程紧张的操作系统教学改革[J].计算机教育,2018年第6期,61-64.
[4] 孙清闻,王红.基于OBE-TC的计算机网络课程教学改革[J].计算机教育,2019年第10期,90-94.
[5] 顾军,姜秀柱,李锡渝.基于系统思维的网络管理课程群建设[J].计算机教育, 2018年第7期,46-48.
[6] 顾军,姜秀柱.思维能力培养为导向的网络工程教学体系[J].计算机教育,2015年 22期,96-99.
[7] 邱剑锋,朱二周,周 勇,仲 红.OBE 教育模式下的操作系统课程教学改革[J]. 计算机教育,2015年第12期,28-30,34.
 
The Teaching Design of Computer Network Course under OBE
Gu Jun, Jiang Xiuzhu, Li Xiyu
(China University of Mining and Technology, School of Computer Science & Technology, Jiangsu Xuzhou 221116)
Abstract: "Computer network" is the core course of computer major in Colleges and universities, which plays an important supporting role in the following professional courses. In view of the shortcomings of the existing teaching mode, the OBE concept is introduced to implement the teaching mode reform. On the basis of determining the teaching objectives of knowledge, ability and quality, the principle of reverse design was used to improve the teaching mode. Problem driven teaching method is used to stimulate students' initiative in learning, and the visual teaching method is used to visualize the abstract knowledge. The comprehensive cultivation of thinking ability and practical ability is advocated, and diversified assessment design is used to promote the effectiveness of various teaching reforms.
Keywords: Outcome Based Education; Computer network; Teaching Mode; Reverse Design