以学为中心的数据通信与网络技术课程教学改革研究

石立新

（大连民族大学 信息与通信工程学院，辽宁 大连 116600）

数据通信与网络技术是电子信息类相关专业的一门专业基础必修课程。该课程知识点多、技术更新快、工程实践强、应用广泛。传统的课程教学存在着很多问题。一是学习主动性差。教师教什么，学生就学什么，缺少主动学习的意识。二是重知识、轻能力。学生习惯于知识的记忆，不擅于应用知识分析问题解决问题。教师简单传授知识，忽略对学生能力的培养。三是考核方式单一。形成性评价占比低，评价途径局限于点名、作业。终结性评价占比高，期末试卷中选择、填空、判断、简答题分数多。导致学生平时不学，期末突击复习，课程学习效果差。2018 年6 月21 日，在新时代全国高等学校本科教育工作会议上时任教育部部长陈宝生提出，高校要以学生为中心办教育，以学生的学习结果为中心评价教育，以学生学到了什么、学会了什么评判教育的成效[1]。“以学为中心”包含学生和学习2 个维度，既强调学生的主体地位，也突出学习的核心任务。只有关注学生在教育过程中的学习体验和学业获得，提高学生的学习性投入和参与度，促进学生的增值发展，才能真正实现高水平本科教育的人才培养目标[2]。基于这一理念，课组从教学目标、教学内容、教学方法及手段、考核评估等方面进行了改革与探索。

一、课程教学目标

按照学校应用型人才培养定位和工程教育认证标准，培养学生解决复杂网络工程问题的能力，培养学生的职业素养和道德品质。通过本课程的理论教学和实验训练，达到下列教学目标。

课程目标1：掌握OSI 体系结构、TCP/IP 体系结构及局域网体系结构的各种标准、技术和规范等基础知识，能够将其应用于网络通信系统的理解、分析与计算。

课程目标2：能够运用网络体系结构知识、协议分析方法，完成网络工程问题的分析、设计与实现。

课程目标3：通过物理层、数据链路层、网络层的实验训练，能够设计实验方案、完成实验过程、记录和分析实验数据。

教学目标对毕业要求指标点的支撑情况见表1。

表1 教学目标对毕业要求指标点的支撑

二、内容与资源建设

课程团队按照应用型人才培养定位、结合学校教学资源及学生实际、以课程教学目标为指导，删减陈旧的教学内容，增添数据通信与网络技术的新技术、新标准等内容，引入综合性设计项目。整合原有实验内容，发展为虚实结合、前后关联、逐层递进的实验项目。利用MOOC（慕课）、学习通、雨课堂等手段，充实线上教学资源。

（一）合理增减教材，确保教学内容的前沿性、时代性

数据通信与网络技术的技术更迭快速，教材无法紧跟技术的进步。因此，教学过程中必然删减已经被市场边缘化的技术，补充最新技术、主流技术。以太网单元删减十兆以太网，补充万兆以太网；交换式局域网单元补充虚拟局域网技术、第三层交换技术；无线局域网单元删减802.11，补充802.11n、802.11ac；网络层单元减少IPv4 学时，增加IPv6 学时。

（二）引入综合性设计项目，培养学生解决复杂网络问题能力

课程围绕OSI、TCP/IP 体系展开，包含物理层、数据链路层、网络层等。课程设置综合性设计项目（例如政府网络设计、企业网络设计），涉及网络拓扑结构、结构化综合布线、局域网技术、IP 地址规划、网络应用、网络安全等方面的技术选择、设备选择、数量计算，如图1 所示。通过综合性设计项目，培养学生解决复杂网络问题能力。

图1 综合性设计项目

（三）虚实结合，循序渐进开展验证型、设计型、综合型、创新型实验

根据网络实验的复杂程度以及实验设备情况，虚实结合地规划实验项目。利用数据通信实验室的交换机、路由器等设备，完成验证型、设计型、综合型实验。利用PacketTracer 仿真软件开展创新型实验，完成源地址区分路由、服务区分路由等实验项目。实验项目涉及物理层、数据链路层和网络层，既逐层递进、又前后关联。物理层实验中制作网线、构建对等网；数据链路层实验时应用自己制作的网线以及交换机搭建局域网、配置VLAN；网络层实验利用路由器将前一个实验配置的VLAN 连通；仿真实验为路由设置规则，使网络可以按照设置的条件进行连通。

（四）完善课程共享资源建设

引进名校名师的慕课、微课等资源为课程助学，指导学生观看《互联网时代》《国之利器：5G》等优秀纪录片。依托学习通平台，建设微课短视频资源库，陆续录制教学重点、难点短视频，帮助学生理解知识点；建设课堂练习题、课后作业题思考题、阶段测试题资源库，实现线上过程化考核；建设仿真实验项目资源库，鼓励学生开展创新型实验。利用雨课堂教学工具，通过弹幕、投稿、课堂红包、随机点名等形式进行师生互动，通过选择题、判断题、投票题等形式随时检测教学效果。

三、教学组织实施

坚持以学生为中心，进行课堂教学设计。课前、课中提出问题，吸引学生，引导学生勤于思考、主动学习。预留知识点，交由学生自主学习，培养学生自主学习能力。开放实验室，鼓励学生进行探索性实验，提高实践能力。有机融入课程思政，培养学生具备电子工程师的职业素养和道德品质，培养学生的爱国情怀、社会责任感和使命感。

（一）以问题为导向，紧紧抓住学生

以学生为主体，以问题为起点，围绕问题编排教学内容，组织教学实施[3]。课前利用学习通发布学习资料，设置思考问题。学生预习，汇总疑问。课中精讲重点难点，答疑解惑。引入工程案例，分组讨论，总结评价。课后布置作业，安排自学内容，线上讨论、答疑。“IP 地址”单元课前，布置学生查询中国和美国各有多少上网人口，查询各获得多少IPv4 地址。课堂上交流查询结果使学生明白，只有提高自身能力、献身科学研究、发展原创科技才能打破被动、落后局面。同时引出新的问题：中国获得的IP 地址远远不能满足实际需求，如何解决？通过悬疑设问，吸引学生。围绕学校机房计算机IP 地址分配以及接入互联网实例展开新课。

（二）翻转课堂，让学生成为课堂主角

互联网为学生提供了丰富的信息获取渠道，为“翻转课堂+自主学习”模式提供了强有力的支持[4]。在物理层、数据链路层等8 个主要单元后面预留1 个知识点，交给学生自主学习。3 名左右同学组成1 个自学小组，选择1 个自学题目。通过互联网、图书馆等多种途径，查找、阅读相关技术的技术背景、工作原理、实现方式及应用领域等内容，经过梳理、融会贯通，编写自学报告。制作PPT，在课堂上进行5 分钟左右的讲解。1 组讲解，其他组（或教师随机抽取）提问，教师讲评。全体同学利用学习通评价讲解清晰情况，教师评价知识的准确性完整性。师生协同给出小组平均成绩，组长分配组员成绩。通过翻转课堂，提高了学生学习的积极性、主动性，锻炼了学生的自主学习能力和独立思考能力。

（三）充分利用企业资源，开展校企融合教学

大连民族大学中兴学院企业教师具有丰富的实践经验，邀请他们参与教学研究、开展实践教学。将内容相关、规模适当的工程项目编制成工程案例或综合性设计项目，做到理论联系实际。如EPON 宽带接入项目、校园VLAN 项目等。发挥企业教师经验丰富的优势，指导学生开展创新型实验。目前已经开展源地址区分路由、服务区分路由等实验项目。利用校企共建实验室的充沛设备，开放实验室，鼓励学生探索链路聚合、端口镜像、交换机与路由器混合、有线与无线共存网络等实验项目。

（四）有机融入课程思政，实现知识传授、能力培养与价值引领的有机统一

在课程教学中，通过课程内容相关的史实和案例，实现知识传授、能力培养与价值引领的有机统一，培养学生具备电子工程师的职业素养和道德品质，培养学生的爱国情怀、社会责任感和使命感。在“计算机网络概论”单元中，要求学生观看纪录片《互联网时代》，感受网络时代带来的巨大变化，了解我们面临的机遇和挑战，培养学生不畏艰险、勇于担当的使命感。在“局域网体系结构”中，介绍华为公司在5G 领域取得的优异成绩，增强学生的民族自豪感；同时，介绍中兴、华为公司受到美国的制裁，指明科学是有国界的，培养学生的爱国情怀。在“网际层”单元中，让学生查找中国有多少互联网用户，又获得多少IPv4 地址，使学生明白落后就是受人欺负，激发学生发愤图强、自主创新、爱国敬业。在“IP 访问列表的配置”综合性实验中，通过网络规划、参数设置对网络连通性的影响，让学生领悟求是、严谨的工程师职业素养。

四、达成考核

课程以达成评价为导向，采取多元化过程化的考核方式[5-6]。课程成绩构成采用形成性评价与终结性评价相结合的形式。课程形成性评价包括课程作业（10%）、课堂测验（5%）、自学（15%）、实验（20%）；终结性评价采取课程期末考试（50%）。

2018 级学生的课程目标达成考核途径见表2。

表2 课程目标达成考核途径

五、结束语

课组针对课程教学遇到的重点问题，坚持学生为中心、产出导向、持续改进的教学理念，进行教学设计和组织实施。通过对学生学习数据分析、督导评审、同行评价、学生评价等方面进行分析，并与以往情况进行比较，取得以下改革成效：（1）达成度整体提高，2018 级3 个课程目标的达成度分别为0.79、0.82 和0.83。（2）学习的积极性、主动性明显提高，从反感抗拒到欣然接受该教学模式。（3）学生的实践能力明显提高，创新型实验从无所适从到运用自如。