面向工程教育认证的计算机网络实验教学改革实践

白英 陈颖 张少仲

摘  要： 为了培养及提升学生的工程能力和创新能力，在工程认证教育理念引领下，分析了计算机网络实验教学存在的问题。在实验教学课程设置、实验教学设计等方面提出改进方法并予以实践，取得了较好的实验教学效果，提升了学生分析解决复杂工程问题和综合创新能力。

关键词： 工程认证; 计算机网络; 实验教学设计; 创新能力

中图分类号：TP393          文献标识码：A    文章编号：1006-8228（2021）09-74-04

Abstract： In order to cultivate and enhance students' engineering ability and innovation ability， under the guidance of the concept of Engineering Education Accreditation， this paper analyzes problems existing in computer network experiment teaching. The improvement methods are put forward in the aspects of experiment teaching curriculum setting and experiment teaching design， and are put into effect to obtain better experiment teaching effect， which improves students' abilities of analyzing and solving complex engineering problems and comprehensive innovation.

Key words： Engineering Education Accreditation; computer network; experiment teaching design; innovation ability

0 引言

在经济全球化的大背景下，各个国家之间的工程技术人员流动、工程项目合作日益频繁。为方便人才流动和工程合作，要求工程教育质量不仅在本国得到认可，还要国际间互认，所以需要在各国之间建立某种形式的学位互认机制，因此，具有国际实质等效的工程教育认证应运而生[1]。

由美国、英国等六个国家的民间工程专业团体在1989年发起并签署的《华盛顿协议》经过30多年的发展，已经成为具有国际影响力的教育互认协议。2016 年，中国正式被国际工程联盟大会批准为“华盛顿协议”成员国，这标志着中国高等工程教育正式开始与国际接轨，中国高等工程教育进入了新阶段[2-3]。

《华盛顿协议》的工程教育专业认证有三大核心教育理念：以学生为中心、产出导向及持续改进。在产出导向教育理念中，教学单位必须对学生毕业后5年左右应达到的职业能力有明确的设定，即有明确的培养目标。所有的教学环节包括课程设置、教学内容、教学方式等，都是为达到培养目标而设计的[4]。

计算机网络是网络工程专业的专业基础课，课程内容涵盖了计算机网络的发展和计算机网络原理，计算机网络体系结构，计算机网络物理层、数据链路层、网络层、运输层、应用层，网络安全、无线网络、下一代因特网等内容，要求学生掌握计算机通信技术基础、理解计算机网络的组成原理、了解计算机网络的组织技术及其应用领域，培养学生的计算机网络应用实践能力[5]。该课程基本概念多、理论原理多、内容覆盖面广，具有高度的抽象性。在传统教学模式下，尽管教师充分准备，认真授课，但因受到课程设置等因素的影响，实验教学效果不理想。为了改善实验教学效果、进一步提高实验教学质量，培养提升学生的创新意识和工程能力，课程组以工程教育专业认证为契机，开展基于成果导向和“以学生为中心”的计算机网络实验课程的教改工作，分析计算机网络实验教学中存在的问题，在工程教育专业认证教育理念的引领下提出解决方案并予以实施。

1 存在的问题

1.1 课程设置需要优化

一直以来，计算机网络实验教学依附于理论教学而存在。计算机网络总课时是46学时，其中理论教学36学时，实验教学10学时。在课时分配上，理论课时与实验课时比接近4：1，课时分配失衡。实验课时不足，导致无法开设综合型性、设计性的实验项目。实验教学内容多为验证性实验，上课时教师提供教学PPT，学生照葫芦画瓢，机械地重复实验步骤，只关注实验最终结果，不关注实验中数据的变化，在实验中缺少思考，缺乏对实验整体的认识。在课程成绩分配上，实验成绩只占课程总成绩的20%。实验课时少、实验成績占总成绩比例低都在向学生传递着实验课不重要的信号，导致学生在主观思想上忽视实验课，实验态度不端正，实验中缺少热情、缺少主观能动性。

1.2 实验教学设计需要改革

受课程设置、实验课时的限制，在实验教学设计时，未能充分考虑学生的个体差异，只按学生的平均能力去设计实验教学内容，未能充分贯彻“以学生为中心”的教育理念。学生之间学习能力、动手能力的差异，会导致其完成相同实验内容的速度和质量有很大差别。按照学生平均水平实施实验教学，只是照顾了大多数学生，但会有一小部分学生认为实验太简单，实验内容不饱满，感觉“吃不饱”，学生的学习能力、研究能力没有得到充分发挥;还有小一部分学生认为实验难度较大，实验课时太少，因不能及时提交实验成果而导致实验成绩不及格。

1.3 实验考核方式单一

由于实验课时少、实验成绩占总成绩比例小，所以实验考核也比较简单，实验结束后学生只需要提交实验报告和最终的实验结果。实验考核只单纯看重最终的实验结果，偏重于知识的终结性评价，忽视了对学生在实验过程中所展现的实验技能、创新意识、合作精神等项目的考核评价。

2 实验教学改革的具体实施

在工程教育专业认证背景下确定计算机网络实验课的课程目标：①系统掌握计算机网络基础理论知识和专业知识，理解计算机网络的基本概念、知识结构和技术方法;②掌握计算机通信技术基础、了解计算机网络的组成原理、理解计算机网络的组织技术和应用领域;③培养学生的网络应用实践能力。围绕计算机网络实验课课程目标，课程组对计算机网络实验课程设置、教学方法、考核方式等教学环节进行了一系列改革实践。

2.1 计算机网络实验独立设课

计算机网络实验设置成独立的一门课程。把实验教学从理论教学中完全剥离出来，增加实验课时数，改变实验教学的附属地位，解决实验教学课时少的问题。首先计算机网络实验教学课时数增加至24学时，相对应的理论课课时是48学时，实验课时和理论课时比由原先的1：3.6提高到1：2，在课时上保证了实施包含复杂工程问题综合性实验的可能性;其次，学生修完计算机网络实验会获得独立的学分和绩点，在课程设置上给予实验教学重视的效果在实验教学中会相应地显现出来。学生为了获得保研或考研的机会，要保证自己的学分、平均绩点不低于相应的要求。所以为了取得好成绩，实验课上，学生必须端正实验态度，认真开展实验，不能再抱着应付的态度。

2.2 计算机网络实验教学设计

2.2.1 “以学生为中心”的层次化实验教学

教学工作“以学生为中心”是工程教育专业认证三大核心教育理念之一。课程组在实验教学设计中坚持“以学生为中心”的教育理念，充分考虑学生的个体差异，层次化设计实验教学内容，学生可以根据自身能力选择实验任务，尽量保证每个学生的实验任务工作量都比较饱满，绝大多数学生都能完成实验。层次化实验教学既能保证课程目标的达成度符合要求又能为实验能力超强的学生提供充分的展示空间。

在实验教学实施过程中，把实验内容设计成三个层次：基础实验、提高实验、创新实验。基础实验目的是加强学生对概念、原理的理解，并通过实验操作把知识融会贯通;提高实验目的是培养学生的系统意识、工程意识，提高学生分析问题、解决问题的能力。创新实验目的是提高学生的研究能力、创新能力、团队合作能力。由3-4名学生组成一个团队，合作完成实验任务。总体考核要求是，学生必须完成基础实验任务，可根据自身能力选择完成提高实验或创新实验;只要完成基础实验就可以取得及格成绩，若要获得更好的成绩就必须完成提高实验和创新实验。

2.2.2 增加综合性、创新性实验

2017年11月修订的工程教育认证标准中提到的“复杂工程问题”除了必须具备特征：必须运用深入的工程原理，经过分析才可能得到解决;还应具备具备下述特征⑴-⑹的部分或全部：

⑴ 涉及多方面的技术、工程和其他因素，并可能相互有一定冲突;

⑵ 需要通过建立合适的抽象模型才能解决，在建模过程中需要体现出创造性;

⑶ 不是仅靠常用方法就可以完全解决的;

⑷ 问题中涉及的因素可能没有完全包含在专业工程实践的标准和规范中;

⑸ 问题相关各方利益不完全一致;

⑹ 具有较高的综合性，包含多个相互关联的子问题。

计算机网络实验是网络工程专业的专业基础课，教学实施中必须注重培养提升学生解决复杂工程问题的能力。通过对计算机网络实验教学特点的研究，相关理论知识的融合，模拟设置复杂工程问题，设计了综合性、创新性实验。通过综合性、创新性实验，将学生置身于解决实际复杂工程问题的环境中，采取“做中学”这一策略，培养学生从工程的角度出发了解计算机网络体系，融会贯通相关理论知识。

2.2.3 使用仿真软件等现代技术工具助力实验教学

仿真软件Packet Tracer是由Cisco公司开发的一个网络辅助学习工具，可以为网络技术初学者提供网络设计、配置、排除网络故障的仿真环境。使用者可以在图形化的界面上直接建立实验网络拓扑图，学习网络设备的配置，了解数据包在传输中的处理过程。

计算机网络实验中配置管理DHCP服务器等实验项目需要至少两台计算机才能完成，正常的实验室台式机是按照一人一台计算机标准配置的，计算机数量不足，影响了配置管理DHCP服务器等实验完成的质量。为解决这个问题，在计算机网络实验教学中引入了仿真软件Packet Tracer，在虚拟实验环境中，学生可以根据需要选择多个台式机。并且学生可以利用仿真软件进入虚拟实验环境预习实验，然后再循环到实验室进行有实物实验，把虚拟的实验环境和真实的实验环境有机结合起来，提高了设备利用率，取得了较好的实验效果。

2.3 多元化实验考核

在实验教学中践行以持续改进为目标的教育理念，必须不断完善实验考核方法，改变实验考核只看最终实驗结果的状况，重视对学生在实验过程中所展现的实验技能、创新意识、合作精神等项目的考核评价。

2.3.1 增加学生互评的考核环节

在创新实验中，实验任务需要由3-4个学生组成团队合作完成，要求团队成员合理分配工作量，定期进行学习讨论。考虑到同一个团队的学生相互之间比较了解，能更客观地确认彼此的工作量、评价彼此的创新意识和团队合作精神，所以改变了实验成绩完全由任课教师考核的传统方式，增加学生互评的考核环节。合理引导学生开展互相评价，能充分发挥学生的主观能动性，也彰显了以学生为中心的教学理念。

学生互评成绩占创新实验成绩的30%，学生互评成绩设优、良、及格、不及格四个等级，同一个团队内各等级名额占比为：优占25%、良占50%、及格和不及格合计占25%。教师依据团队创新实验的整体完成情况来核定成绩，教师核定的成绩占创新实验成绩的70%。

2.3.2 层次化实验考核

根据层次化实验教学特点，从有利于激发学生自主性学习，提高学生对实验课程学习兴趣，提高实验能力角度出发，实施层次化实验考核方式。

在基础实验的考核中，要对学生的实验原理掌握情况以及实际动手操作能力进行全面考核，采取笔试、实验操作考核相结合的方式;其中，笔试题目根据实验课程的教学要求，主要考核实验课程涉及到的基本理论和基础原理知识;实验操作考核方法是，教师随机抽取一个基础实验项目，设置故障，学生进行排除并解释其理论依据。在提高实验考核中，重点对实验操作、实验报告环节进行检查。在创新实验的考核中，增设了實验答辩环节，团队先介绍总体完成情况，详细介绍实验方法、实验手段等方面的创新点，然后回答老师和其他同学提出的问题，依据团队答辩情况以及实验完成质量核定该环节实验成绩。

2.3.3 实验过程考核和实验结果考核并重

实验过程的考核是指在实验中实时对学生的实验操作、实验能力等方面做出定量或定性的评定[6]。实施实验过程考核是实验课程的重要环节。学生在实验课程中的参与度， 对实验设备 、实验原理、实验程序认知程度， 对实验数据、实验现象的分析程度等直接决定了实验课程的效果。实验过程考核是一种实时性考核， 不但能够督促学生端正态度，认真实验 ，还能够通过师生实时的互动交流， 及时掌握学生实验动态，更好地引导学生培养自己发现问题、解决问题的能力。

3 结束语

为了提升学生的工程能力和创新能力，提高学生的职业竞争力，课程组从计算机网络实验教学特点和学生实际情况出发，优化实验课程设置、丰富实验教学方法教学手段、实施多元化实验考核等教改方案，将工程教育专业认证教育理念融入日常具体的实验教学中，取得了较好的教学效果。在后续的计算机网络实验教学中，需进一步加强实验教学设计，把新技术、新成果融入到实验项目里，设计出更富有吸引力的实验项目，不断提升学生的工程能力和创新能力。

参考文献（References）：

[1] 林健.工程教育认证与工程教育改革和发展[J]. 高等工程教育研究，2015.2：10-19

[2] 马亲民，王晓春.工程教育专业认证体系的研究[J].教育教学论坛，2018.16：251-253

[3] 白艳红.工程教育专业认证背景下课程目标的形成性评价研究与实践[J].中国高教研究，2019.12：60-64

[4] 王保建，陈花玲等.工程教育认证标准下的课程教学设置[J].实验室研究与探索，2018.37（8）：162-166

[5] 谢希仁.计算机网络[M].电子工业出版社，2017.

[6] 李建军，李国安.实验过程考核意义和途径[J].实验室研究与探索，2007.26（4）：106-108