中外合作办学背景下计算机系统与网络导论课程实验教学实践

吴 超， 孙闽红， 邓 健

（1.杭州电子科技大学通信工程学院，杭州310018；2.厦门理工学院计算机与信息工程学院，福建厦门361024）

0 引 言

2018 年8 月，习近平总书记在出席推进“一带一路”建设工作5 周年座谈会时发表重要讲话指出：推动共建“一带一路”向高质量发展转变［1］。共建“一带一路”的建设是需要多方面共同努力、社会各界积极参与，但构建“一带一路”最关键要素是需要专业化、复合型、国际化人才。中外合作办学迎合国家对国际化人才需求，近些年来，中外合作办学的研究逐年增加［2］。中外合作办学形式可以分为项目和机构两种［3］，其中又以合作项目居多。中外合作办学既为学生提供了多种选择的机会，也帮助更多学生与国际接轨。新时代背景下，我国中外合作办学面临新的发展形势，不再一味追求规模的扩大。比如北京航空航天大学土木与机场工程专业突出学校航空航天基础设施建设特色的基础上，与美国辛辛那提大学、英国斯旺西大学等知名学府签署了合作培养协议，开展本科生互换培养［4］。但是，现在国内中外合作办学暴露了一些缺点［5-7］，比如欠缺教学质量监督，缺乏内部监控意识［5-6］。对于本科中外办学，本科生英语和专业能力较薄弱，怎样实现本科生在中英办学中获得专业能力和英语能力提高成为本科中外办学难题［7］。文献［8］中针对中外合作本科教学调研中指出，中外合作办学不能把引进优质教育资源简单理解为引进外籍教师授课，需要建立与国际接轨的课程体系和教学计划，并建立国际化的课程评价体系。

针对上述问题，一些教师学者从监管体系、人才培养模式、文化与思政、教学与师资建设方面做了一些研究和改进［9-15］。本文主要针对教学方面进行讨论。比如文献［12］中针对中外合作办学模式下教学管理的优化，提出了教学管理的优化路径和对策。文献［13］中从优化教学方式、加强教育监管与评估方面给出了一些意见和建议，但是不够具体。合肥学院针对外籍教师由于地域原因通常采用短期全天集中授课形式，学习时间紧、任务重，导致学生没有充足的时间去复习并理解课上内容［14］，增加中文助教答疑，但是没有给出实施效果。针对中外合作背景下双语教学问题，文献［15］中提出了项目管理引入实验教学中的思想，并提出了一些改革成效。

从2012 年起，我校“中英”联合培养通信工程专业每年招收学生60 名。在校学习3 年，其课程由双方大学老师共同教授，有着完整的教学体系。其中，英方教师所授的课程采用全英文教学模式。学生所学课程都将得到东伦敦大学的承认，第4 年学生将赴东伦敦大学学习，符合学位授予条件的同学可被授予东伦敦大学的学位，与在英国本土获得的学位完全相同。

我校“中英”联合培养通信工程专业项目，是学校首个经教育部批准的中外合作办学项目，也是学校推进教育国际化和“国际化提速工程”的重要成果之一，旨在培养成为具有创新精神、创业能力和一定国际视野的优秀通信工程人才。下面从中外教师联合教学背景出发，分析计算机系统与网络导论课程遇到的具体问题，并且提出有效的解决措施，最后利用学生成绩平均分验证措施的有效性。

1 课程背景

计算机系统与网络导论课程是我校通信工程中英班学生大学二年级必修的一门课程，属于计算机网络与通信基础课程［16］。该课程是介绍计算机结构框架及计算机硬件与软件的关系，并在此基础上学习计算机网络理论及获得操作网络设备实际技能。包含理论和实验部分，共72 学时。其中，理论课讲解是由外教负责完成，实验课则由校内教师负责。课程总体设计框架如图1 所示。

图1 课程总体设计

课程内容分为计算机及计算机网络两个部分。其中计算机部分包括第1 ～9 节，主要讲述计算机的基础知识。

第1 节计算机系统与网络简介，主要介绍计算机系统组成，让学生了解计算机系统的基本目的，确定计算机系统重要组成部分，了解计算机系统的发展史和冯诺依曼系统架构。

第2 ～5 节主要讲述计算机中的数字系统。让学生理解数字逻辑、数据在计算机中的存储表示形式，掌握十进制与二进制、十六进制数间相互转换、掌握二进制和十六进制数的简单运算、能够理解二进制和十六进制在计算机系统应用，需要能够解释逻辑门的操作，为逻辑门电路构建真值表，给定输入能够确定逻辑电路的输出，能够区分组合电路和时序电路。此外，还要让学生理解字符、图像和声音是怎样存储在计算机里、区分各种数据压缩算法和数据格式转换，及掌握处理无符号和有符号二进制整数并比较它们的用途。而且，学生需要能够利用数的补运算完成算术运算，对比两种补运算对于数据符号和幅度的表示，理解浮点表示形式并区分什么时候运用该形式表示。

第6 ～9 节主要讲述CPU 与外设，需要同学们理解模仿电脑运算过程的“小机器人”工作方式，了解CPU组成、存储单元及存储运行模式。而且，需要了解获取和执行指令周期的步骤，理解各种连接CPU传输数据总线种类，理解指令格式、指令集大小和存储地址之间关系并能根据特定指令解释其功能。除此之外，需要同学去学习怎样描述电脑输入/输出设备特征及运行模式，怎样鉴别输入/输出设备存储能力和执行效率，区分不同种类的编程语言，了解汇编语言和编译的过程及连接和下载程序的过程。需要同学理解典型的操作系统组成，可以描述典型操作系统的功能，会区分不同种类的操作系统。

计算机网络部分包括第10 ～17 节，讲述网络基础知识。

第10 ～14 节，讲述了网络基础与硬件特征。介绍计算机网络的根本目的和用途、网络拓扑及网络结构硬件。需要同学能够识别用于计算机通信网络组件的关键硬件和软件，会描述网络层的通信过程，理解不同种类的网络结构，区分不同网络模型和不同网络服务器，会描述主要的物理网络拓扑结构及常用的逻辑网络结构。除此之外，需要同学了解常用以太网技术、理解什么是MAC地址，了解什么是冲突域及无线网络技术，理解中继器、集线器、网桥、交换机和路由及它们区别和联系，了解无线接入点网卡、有无线媒介特征概念。

第15 ～17 节，主要介绍开放系统互连（OSI）参考模型、TCP/ IP协议集及IP地址。需要同学们理解OSI参考模型的功能，并且可以利用OSI 参考模型对网络活动进行分类，理解TCP/ IP协议集、TCP/ IP分层结构和其运行模式，掌握网络号和主机号概念、IP 地址分类、网络地址解译、子网掩码的概念。

由上面所列知识点可以看出，通过理论课外教讲解还是比较抽象，需要实验课进行练习，巩固学习知识点。其中，实验针对上述理论课中重点难点问题设置一些选择、填空或问答的题目。除此之外，还设置了让学生根据理论课程实际动手操作的实验课题，更加深入地理解理论课的一些知识点。

实验1、2 是根据理论课CPU 运算读取抽象模型“小机器人”工作方式编写的LMC软件。“小机器人” 如图2 所示，图上画的“小人”，相当于计算机管家，为计算机执行操作。其中包括邮箱（Mailboxes），包含了地址和存储内容，如数据和指令；计算器（Calculator），在其中可以执行运算操作；指令位置计数器（Instruction location counter），“小人”可以从其中读取地址；“小人”的作用就是找到其将要执行的操作；图中输入输出篮子（In and out baskets）表示输入输出。如上所述，完全模拟计算机相应构造，并且设计存储读取指令，方便同学操作理解真正计算运行过程。

图2 CPU运算读取抽象模型

实验3 ～5 是网络开发工具，目的是帮助学生熟悉基本的网络工具和命令，调查有关工作站的TCP / IP配置信息、测试当前网络与工作站连接情况，并且利用Wireshark软件分析网络传输数据。

实验6 ～8，制作本地网络中最常用的电缆5 / 5E类电缆，并分析其与电脑-电脑或电脑-路由连接情况。

2 存在的问题

（1）不重视实验的预习和总结。实验课程一部分时间是做习题，对理论课学习内容的强化；真正实验部分只有8 个实验，实验课对于理论课比重小，所以很多同学不够重视实验课，导致实验课讲解时间延长，学生没有充分时间做实验。

（2）学生等老师给答案，等最后考试划重点。在上实验课时，有些同学不注意听老师总结内容及实验内容，总是等待老师最后快结束时给出实验课答案及实验正确做法。另外，无论理论课还是实验课，都会有最后的复习课，课上老师会对本课程重点难点进行统一复习，也包括考试的样例分析。往往这个时候就会有一些平时不注意听讲的学生来探问考试的重点。

（3）理论课内容不能完全理解，跟不上外教思路。导致实验课上课用到理论课知识不理解。由于学生在大二时才开始接触外教课程，所以对外教课有些新鲜，但同时感觉到恐惧怕挂科。然而，课上对外教不熟悉，本身紧张、害羞，所以有问题、听不懂仍不敢去和外教交流。最终导致实验课内容不会做。

3 改进措施

针对上述问题，采取如下措施：

（1）改进课堂教学。每次实验课结束后给同学留4 ～5 个有关下节理论课重点的思考题，下节理论课结束后收同学们的答题结果，根据结果上实验课有重点地强调说明并解释答题结果的问题。不仅如此，为了保证实验课的效果，将理论课60 人分为两个班教学，实验课上首先对课程重点内容做总结，并利用多媒体技术远程控制学生电脑，将教师PPT 传输到每一个学生电脑上，这样节省了书写板书的大量时间。而后，进行习题测试，每个学生需要对老师发给他们的习题做答。采用同学互评（分为5 组，组内相互交换），针对问题相互讨论得出答案，然后教师针对答案进行有重点地讲解，让学生充分发挥自己的主体性。

对于课程知识点，第1 部分需要用到数字电路和微机原理的基础知识，学生可以在本课程学习过程中进一步复习相关知识，巩固相关知识，并对本课程英文学习起到促进的功效，第2 部分需要网络基础概念为将来学生考取计算机等级考试打基础。这些是校内教师在上实验课时告诉学生，让学生对所学课程有一个整体认识。

（2）加强考核。理论课考试占总成绩的70%，其包括两个部分：60 min 的选择题和90 min 问答题，全试卷英文题英文做答。考察学生对专业知识的理解和英文表达能力。实验课考试为上机操作，测试学生使用结构化布线设计基本网络、配置系统以启动网络通信及有效利用资源达到网络构建目标，占总成绩的30%。需要注意的是学生需要达到理论课和实验课各自分数的30%以上才能通过计算机系统与网络导论课程的考试。

（3）加强反馈机制。校内教师会询问学生听课情况，同时根据实验课学生表现，对于学生集体意见及实验课同学所犯错集中地反映给外教，有助于外教和校内教师共同努力使同学更好地完成课程内容。另外，由于外教不懂中文，校内教师可以协助外教，帮助外教使用多媒体及生活辅助。在学习过程中，外教提供邮箱，方便学生课下问问题与外教交流。在课程结束后外教会给每一位同学发一份调查问卷，询问这门课的学生理解情况方便课程改进。

此外，提供更多的让学生与外教交流机会。利用周末时间进行分批与外教喝茶、聚餐、游玩形式增进同学们与外教间的感情。从而克服上外教课由于害羞、紧张、自尊心等因素不主动发言的状况，进而促进理论与实验课的学习。

4 教学效果

采取上述改进措施后教学效果如表1 所示。表中采用了学生平均分数作为对比指标，利用2015 级学生（改进前）和2016 级学生（改进后）为样本，对比实验课和理论课平均成绩。结果表明，采用改进措施后学生实验课成绩提升较为突出，理论课也有相应提升。改进措施的采用起到了较好的作用。

表1 教学效果比较表

5 结 语

中外合作办学在国内正在蓬勃发展，发展过程中有很多问题有待解决，而且中英班实验课程是使同学更好、更快理解课程培养分析问题、解决问题能力的重要环节，故进一步提升中英班办学质量面临重大挑战。本文总结了针对中外合作办学计算机系统与网络导论课程的教学经验，在课堂教学、考核机制和问题反馈几个方面进行了有益探索与实践，以不断提高中外合作办学质量。