CDIO教学模式指导下网路工程类课程改革研究与实施

刘耀林+陈友荣+周莹

摘要：教学方法改革对提高教学质量、培养应用型人才具有重要的现实意义。本文以《路由与交换》这门网络工程类应用型课程为例，依据CDIO工程教育模式，从整合教学内容、改革授课方式、实施项目体验式教学方法、调整考核方式几个方面探讨了改革实施方案。经实践证明，本方案对提高学生学习兴趣、增强实践技能、积累工程经验有积极作用。

关键词：应用型课程;工程教育模式;案例导入;体验式教学法;角色扮演

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2015）20-0107-03

随着我国信息化建设从横向规模发展转变为纵向深度应用发展，社会对各种类型的网络技术人才在数量和质量上的需求也不断递增。在以就业为导向的人才培养目标驱动下，为应对网络技术更新的日新月异以及网络高级应用型人才需求的不断扩大，高校网络工程类课程的各项改革势在必行[1]。

CDIO工程教育模式，是目前国际工程教育改革的最新成果，CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）、运行（Operate），它是以现代工业产品从构思、研发、制造、运行全生产过程为载体，让学生以主动的、实践的方式学习工程。它是以能够领导现代工业产品过程或系统开发的现代工程师所需要具备的知识、能力和素质为目标，以现代工程实际为背景环境，采用相互联系、相互支撑的课程体系培养学生，并让学生在现代学习和实践环境中取得丰富的设计制作和主动学习的经验，促进学生知识、能力和素质的一体化成长[2，3]。CDIO教育模式符合网络工程类人才培养特性，对网络工程类课程改革具有重要指导意义。

《路由与交换》是我校网络工程方向一门重要专业必修课，在网络工程课程体系中拥有承上启下的重要地位。它以计算机网络技术为基础，深入学习数据通信网络路由与交换技术中的重要原理、协议及应用方法，旨在培养学生具有中型企业网的规划设计与实施技能，是一门与实际应用联系非常紧密的典型的网络工程课程。因此，针对本课程的教学改革，将对网络工程类其他课程的改革起到很好的示范效应。

一、课程现状与问题

1.课程现状。目前，本课程针对通信工程专业通信网络方向大三的学生，总课时48学时，其中理论课时36节，实验课时12节，每周一次课，每次3节。授课形式为：理论课在多媒体教室，老师讲解理论并配合操作演示;实验课在通信网络实验室，学生分组完成一个小型实验项目。

通过理论学习和综合实验的训练，帮助学生理解网络协议的工作原理、掌握网络设备的配置步骤、熟悉网络故障的排除方法，使其具有规划、设计、实施中型企业网的能力。

2.存在的问题。通过研究前几届学生的实际教学效果，本课程在课堂教学方面存在如下一些问题。

（1）理论与实践被割离。本课程实践性较强，理论和实践粘合较紧，现在“理论36课时+实验12课时”的授课方式，弱化了实践的作用，其次将理论和实验分开教学，使学生在学完网络协议原理后不能马上在实验环境中验证协议的工作过程，影响学习效果。

（2）单项技术与整体项目无法衔接。学生在做实验的时候，对于单项技术的应用能轻松完成，但是对于有一定综合性的实验，往往无从下手，说明“从单项技术到综合项目”的方式导致知识点的离散性，使学生没有理清各种技术之前的相互关系，对于多种技术同时应用的情况缺乏整体认识。问题的关键在于为了教学的方便，原本属于同一个项目的多项技术被人为分割成一个个小的知识点，便于学生逐个掌握，但是学生缺乏整合各项技术的能力[4]。

（3）学生参与度不高。在理论学习阶段，教师采用传统的授课方式很难将抽象的协议讲得生动，学生对枯燥的协议、烦琐的工作流程不感兴趣;实验阶段，学生各自为政，认真的学生多做，偷懒的学生少做甚至不做，缺乏团队意识[5，6]。

二、教学改革内容与措施

CDIO模式下的教学过程包括：教师提出明确的任务目标，学生对目标进行分析研究，并设计实施方案，将方案转化为产品或系统，并经过不断的调试修改形成一个产品或系统，形成一体化教学体系[7]。

本文参考CDIO教育模式的教学过程以及课程在实际课堂教学中存在的问题，首先，对教学内容重新规划与整合，引入顶层项目和次级项目的概念;其次，为了提高学生实践机会，为了给体验式学习营造真实项目环境，对授课方式进行改革;然后，在每次授课过程中实施基于角色扮演的项目体验式教学法;最后，将学生在课堂体验式学习表现以及课外自主学习中的成绩作为综合考核学生的依据。

1.融合理论与实践，整合教学内容。根据本课程应用性的特点及体验式教学的需要，以“总—分—总”式结构整合教学内容。所谓“总—分—总”，即从一个大型工程实例（顶层项目）出发，归纳出完成该工程的所有单项技术，针对这些单项技术设计相应的次级项目，然后根据各项技术之间服务与被服务的递进关系，由浅入深、由局部到整体地开展各项技能的培训，当所有次级项目完成后，一个完整的工程项目也实施完毕。这种“总—分—总”式的组织方式便于学生在初期就能掌握网络的全貌，并理解各项技术在实际工程中作用。

“总—分—总”式组织法实施方案如图1所示，教学内容被以下几个时期串联成一个整体：项目设计准备期、整体项目认知期、递进式学习期和综合应用期。在准备期着重学习网络工程基础，包括常见网络设备的配置与管理、IP地址规划等;在整体认知期通过两个大型项目实例（园区网是典型的交换型网络，企业网是典型的路由型网络）来分析客户需求，学习典型交换型和路由型网络的拓扑结构，此时并不涉及各种需求的解决方案，仅从整体上认知网络结构，了解各项技术的应用场合及能解决的实际问题（总）;在递进式学习期，所有技术通过两个实例串联在一起，形成一个整体，而不是孤立的个体，将从简单到复杂、局部到整体、低级应用到高级应用的顺序逐步学习网络工程基本技能，学习各项技术的配置方法，解决实例中遇到的问题，逐项满足客户需求（分）;在综合应用期，将再设计两个工程实例，提出需求，指导学生应用课程所学技术完成工程的设计、配置、测试等任务，检验学习效果（总）。

2.依托虚拟实验平台，改变授课方式。授课方式的改革从两个方面进行：第一，将授课地点从教室搬到实验室，将实验室虚拟网络平台软件融入理论和实践教学，提高学生学习兴趣和效率，做到“边理论边实践”;第二，改变单一专业教师授课的方式，聘请“校企合作”企业工程师参与综合实验的设计和现场指导，提高综合实验的工程时效性。

从在教室上理论课、实验室上实践课转变为所有教学内容都在实验室完成，看似仅仅就是教学场地发生改变，实质是授课方式的转变。实验室拥有网络虚拟软件平台（GNS3、Cisco Packet Tracer，业内工程师认可的主流软件），借助于这些软件平台，协议的工作流程不再抽象，当堂学习的配置技术也能及时巩固;并且在实验室能近距离接触真实网络设备，能提高学生的学习兴趣[6]。

同时，借助“校企合作”平台将业师引入课堂，改变单一讲师授课的形式。将业师引入课堂是弥补讲师实际工程经验不足的重要手段，一方面依托学校的“千人业师”计划，由业师在课堂开展讲座，介绍行业背景、就业前景;另一方面，业师可将实际工作中的真实案例引入实验教学，使综合实验更具有现实意义。

3.营造项目实施情景，开展教学改革。企业网络工程师在实施工程时并不是直接操作真实设备，这样容易给客户造成难以预计的不良后果，他们遵循“构思→模拟→实施”的步骤，依据这样真实的项目实施规律，本文加以改进提出适合于课堂操作的项目体验式学习法，并运用到《路由与交换》课程的单次（3课时）授课过程中。

如图2所示，首先，教师根据教学进度引出真实案例，提出设计需求，并讲解所涉及技术的理论知识（案例讲解，1课时）;然后指导每位学生在网络虚拟平台（Cisco Packet Tracer或GNS3）提出设计方案，搭建工程拓扑图，完成所有设备的配置以及测试任务（模拟器演练，1课时）;最后，学生将以小组为单位成立项目组，并进行角色扮演（如项目经理、网络工程师、实施与测试人员等），以团队合作的方式将虚拟平台测试无误的方案移植到实验室的真实设备上，完成真实设备的配置并测试（角色扮演，1课时）。

在教学的第一阶段主要以教师的讲解为主;进入第二阶段，教师只负责指导，以学生的模拟操作为主;第三阶段，学生将选举本小组项目经理，并在项目经理的指挥下完成整个工程的实际操作。整个教学过程以学生为主导，教师为指挥，师生互动为主要手段，实现知识从理论到实践再到应用的全面掌握。

4.结合课堂与课外，改变考核方式。学生本课程的总评成绩将由两部分组成：平时成绩和考试成绩。其中平时成绩占比40%，将采用过程考核的方式，记录学生每次项目的完成情况，并根据其在小组中扮演的角色打分（通常扮演小组项目负责人的学生会有更高的成绩）;期末考试占比60%，将采用“项目+报告”的方式，布置一道大型的网络实例，提出设计需求，让学生在课外借助各种网络资源完成项目设计，要求能在网络虚拟软件平台测试通过，并撰写项目报告。为了防止学生之间相互抄袭，要求报告不得雷同。

三、结语

本文首先分析了《路由与交换》这门应用型课程在网络工程类课程体系中的地位以及对人才培养的作用;然后阐述了课程在教学与实践环节的现状，深入剖析了教学实施中存在的问题;最后依据CDIO工程教育模式在教学内容、授课方式、教学方法、考核方式四个方面提出了教学改革的实施方案。经过一个学期的试验，改革取得初步成效，具体表现在学生的学习积极性被充分调动，自主学习的能力被激发，对网络工程这个方向更加认同。

参考文献：

[1]徐远超，关永.“网络工程”实践课程的教学研究与探索[J].计算机教育，2007，（11）：5-8.

[2]康岚兰，胡健，彭洁.CDIO工程教育模式在独立学院计算机专业中的探索与实践[J].江西理工大学学报，2012，33（2）：94-97.

[3]曹琼，张光建，黄贤英.CDIO思想指导下的软件人才培养模式探讨[J].教育教学论坛，2013，（38）：78-80.

[4]郭广军，羊四清，戴经国，龚德良.面向应用型人才培养的网络工程专业课程体系探索与实践[J].计算机教育，2009，（19）：134-139.

[5]李德胜.网络工程课程实验教学内容改革探讨[J].新课程研究，2012，02（249）：138-139.

[6]张新有，李成忠，田克.网络工程实验室建设与实验教学的探讨[J].实验室建设与管理，2005，（12）：90-92.

[7]韩雁，冯兴杰，梁志星，张婧.CDIO工程教育模式下的教学效果分析[J].中国民航大学学报，2012，30（4）：38-41.