基于OBE理念的计算机网络课程教学改革与实践

熊 骏，金 文，丁 飞，王 凯

（1.南京邮电大学 物联网学院，江苏 南京 210023；2.南京邮电大学 财务处，江苏 南京 210042）

0 引言

《华盛顿协议》是工程教育本科专业在国际间的互认协议，我国于2013 年6 月成为该协议的签约成员，为我国工程人才资格的国际互认奠定了前期基础。《华盛顿协议》将成果导向教育（Outcome Based Education，OBE）作为工程师教育的标准，主张以学生的学习能力、教育目标和工程需求作为导向进行高等教育［1-2］。加入该协议有助于我国培养符合国际化标准的工程人才，对实现我国工程技术领域与国际互联互通具有重大意义。

计算机网络是网络工程专业的一门专业理论课程［3］，主要面向本科大一学生。作为一门基础性专业理论课程，其目的是帮助学生建立计算机网络的知识框架，便于学生进一步学习各类网络技术知识，为后续的专业知识学习奠定基础。探究如何将OBE 理念对于工程教育的要求融入到计算机网络课程的教学实践中是提高课程质量的重要抓手，具有重要的研究意义与价值。

1 传统计算机网络课程教学实践中存在的问题

随着国内工程教育认证的开展，OBE 理念被国内各大高校广泛采用，并贯彻于本科工程教育过程［4-5］。计算机网络作为一门理论与实践相结合的课程，需要在课程教学环节和实验教学环节进行相应改革。现阶段在教学中存在的问题有以下几个方面：①课程的教学目标以掌握理论基础知识为主，与培养目标、毕业要求之间的关联性不够强［6］。该课程的教学目标是帮助学生较为全面地了解网络技术的基础架构，建立后续学习的知识框架。然而作为网络工程的基础课，其相关知识框架较为宽泛，且缺乏一定的前置课程作为铺垫，导致学生在学习过程中目标感不明确；②课程教学主要模式局限于“教师讲，学生学”，忽视了学生在学习方面的主体性和能动性。学习过程往往是根据教材的设计按部就班地进行，教学形式单一导致学生缺乏积极性，并未在课程教学中充分培养学生主动探索知识点、主动分析问题的能力；③实验教学体系完整性不足，难以完善衔接课程教学知识点和实验教学内容，导致学生理论与实践相结合的能力不足［7］。作为一门专业导论课，传统计算机网络的课程教学内容侧重于知识框架的搭建，对于具体知识点的讲授不够深入细致。然而实验教学内容侧重于具体问题的工程化实现，这种理论与现实的脱节不利于培养学生理论与实践相结合的能力；④实验教学环节模式较为单一，忽视了学习过程中延展性学习能力的培养。现有计算机网络实验教学内容是在教材的指导下进行指定的代码编写，学习网络通信协议的基本功能与特点。这种在指定代码基础上进行网络编程的“照图搭积木”式实验教学环节不利于培养学生的创新精神与工程实现能力。

为解决上述教学中存在的问题，需要以OBE 理念为导向进行课程教学改革，不断优化教学流程，帮助学生获得预期的专业知识能力。

2 基于OBE教育理念的课程设计框架

OBE 最早于20 世纪80 年代初期由美国社会学家William G Spady 提出，是以国家需求、学生培养需求为导向，自顶层向下设计和组织教学模式的教育理念，其最终目的是确保学生能力得到有效发展［8］。同时期美国大力推动高新技术发展与社会经济改革，要求注重学生问题解决能力、动手操作能力、问题分析能力的培养。由此OBE 理念在美国的高等教育系统得到推广，并逐渐成为英国、加拿大等国家教育改革的主流理念，近年来也成为我国工程教育认证的核心要求。

OBE 理念是以学生预期能力培养为目标进行组织和实施的教育模式，学生是整个教育教学过程的核心，其关键特征是根据学生在教学结束后预期获得的能力进行教学设计［9-10］。在OBE 理念的教学设计中，首先需要定义学生的预期学习产出，即课程教学目标。其是以国家和社会需求为导向，以人才能力培养为根本目标，通过学生毕业要求和课程关系逐层递推得到；其次是预期学习成果实现，即课程教学的实现过程，通常通过课堂教学、实验教学等方式实现；最后是预期学习成果评价，即课程教学的评价反馈，可在课程、院系等多个方面进行，其中课程评价是最基础的手段。

如图1 所示，为了实现基于OBE 理念的课程设计，需要从3 个方面入手：①课程的教学目标优化强调培养目标、毕业要求与课程教学之间的联系；②课程的教学过程优化则着重于培养学习与实践的主观能动性，注重理论与实践相结合；③课程的教学评价优化从更全面与合理的角度确定教学目标是否实现，并从理论角度解释课程设计的科学性。上述3 个方面并非相互独立、顺序进行的，而是基于互相反馈、协同演进的持续改进过程。三者相互制约、相互促进，例如高水平教学过程可以适应更高要求的教学目标，并基于此修改教学评价与指导方法。

3 教学改革与实践方法

根据以上基于OBE 教育理念的课程设计框架可知，计算机网络课程的教学改革需从目标、过程、评价3 个方面进行，全方位优化现有教育教学手段。

3.1 基于毕业要求优化课程教学目标

国家和社会经济发展在不同时期对于专业人才的需求是不同的，因此需要根据专业人才在生产生活中的实际需求，结合学校定位、学科特色等因素，设定相应的毕业要求以满足预期的人才素质要求［11-12］。计算机网络在电子信息类专业中的定位是必修专业基础课，旨在建立学生对于计算机网络和数据通信的知识框架，了解并掌握相应的基本原理与实现技术。根据网络工程的毕业要求，应当从以下4个方面优化该课程的教学目标。

3.1.1 网络技术认知能力

能够正确认知计算机网络与数据通信基本技术，在参考模型的基础上了解相关网络技术的基本原理；根据当代网络技术的应用情况，掌握常见的连接技术与通信协议。

3.1.2 网络技术问题独立分析能力

能够对计算机网络应用中的问题进行独立分析和求解，采用科学的方法针对网络技术问题设计实验、分析结果和解释现象；能够合理恰当运用计算机仿真软件、网络设备实现网络技术问题的模拟仿真分析。

3.1.3 网络设备操作能力

能够根据实际工程对于数据通信的需求操作基本网络设备，结合现代网络工具和手段设计并实现复杂的网络应用项目［13］；能够对实际应用中的需求进行分析研究，并通过操作相应的设备有效满足工程需求。

3.1.4 网络技术相关人文素养

能够正确理解网络技术与社会需求、社会价值导向之间的关系，理解工程技术对社会健康发展的影响；具备相应的人文社科素养、职业操守、社会责任感，能够理解并遵守网络技术相关的职业道德规范。

上述4 方面能力的前3 项为专业能力，属于依次递进关系，是由基础专业技能到高阶专业技能的提升过程；最后一方面属于综合素质，旨在培养适应社会需求的专业人才。上述教学目标与网络工程专业毕业要求之间的支撑关系如表1所示。

Table 1 Supporting relationship between the educational goals of “computer network” and graduation requirements表1 计算机网络教学目标与毕业要求之间的支撑关系

计算机网络是一门理论与实践相结合的专业基础课，不仅要求学生掌握网络技术相关理论，还要求其在此基础上解决相应的实际工程问题。由表1 可知，计算机网络支撑了9 个毕业要求点，优化后的教学目标有效满足了网络工程专业的毕业要求。

3.2 以OBE理念优化教学过程与内容

要解决教学过程中存在的问题，需要基于OBE 理念进行优化，以教育目标为框架，关注学生的学习成效，反向递推应该如何设计教学过程以保障成效。

3.2.1 增强问题意识培养，强化知识框架建立与技术认知

计算机网络课程涉及的知识面较广，不仅包括网络基本架构相关的概念化知识，还包括网络协议、调制技术等不同专业方向的知识点，所覆盖的知识范围广，对于学生知识框架的完善性要求较高［14］。因此，需要强化学生的问题意识，即“为什么学”与“学什么”的问题，在此基础上强化学生对于课程目标合理性的理解，提升学习目标感；此外，还需要在教学过程中强化不同知识点之间的关联性，从而增强学生对于计算机网络整体知识框架的理解，使学生从更全面的角度认知各类网络技术。

3.2.2 优化课程教学模式，增强主观能动性、分析能力培养

计算机网络是一门与实际工程问题联系紧密的课程，要求学生能够针对实际问题进行分析与解决。为培养学生分析与解决问题的能力，首先要优化课程教学模式，根据课程内容特点采用问题式、任务驱动式、互动式等多种教学模式增强学生对于知识点探索分析的主观能动性。例如在网关设备教学中将中继器、交换机、路由器等实物引入课程教学，以任务驱动形式指导学生实现预定的网络通信目标，有效增强其对于课程的主观能动性，促进其实际问题分析能力的培养。

3.2.3 优化实验教学内容，增强课程环节与实验环节一体性

传统计算机网络教学在课程环节与实验环节存在一定程度的脱节，不利于培养学生的理论实践结合能力。因此，需要优化实验环节的教学内容，设置贴近课本内容、工程实际的实验内容，增强课程教学对于实验教学的指导性。例如在TCP/IP 协议的教学中，首先在课程教学环节详细介绍各类控制协议的功能与作用，然后在实验环节让学生使用Ping、Tracert 等协议命令进行上机实操。学生在前期完成TCP/IP 协议学习的基础上再进行相应的协议命令实验，能够有效强化学生对于协议内容的理解，实现理论与实践的有机统一。

3.2.4 增加工程人文素养教学内容，树立正确的专业观、职业观

计算机网络技术在应用层面与社会人文相关程度高，培养有正确价值导向的专业人才是社会健康发展的基础［15］。为此，需要添加与网络技术相关的思政元素，紧密围绕社会主义核心价值观与中华优秀传统文化开展相应的课程教学［16］。以计算机网络发展史为例，可通过介绍中国在IPV6 网络建设中的突出贡献与成果来涵盖核心知识点，与此同时能够实现思政内容与专业知识的融合，从而提升学生的工程人文素养，培养具备职业操守、社会责任感的专业人才。

3.3 教学质量评价与持续改进

可靠完善的教学质量评价监督体系是保障教学活动质量、维持教学活动推进的重要基础。在OBE 理念的指导下，需要保证所有的学习成果与教学预定目标相匹配，否则难以证明在结课时是否获得了预期的教学成果［17］。

表2 展示了基于OBE 理念的计算机网络课程考核评价方法与教学目标的关系以及相应的计分标准，可以看出，为了更合理地考察预定教学目标的达成情况，课程考核结合了过程考核与考试考核2 种形式，其中平时成绩占40%，期末考试成绩占60%。考虑到计算机网络包含有课程教学与实验教学环节，平时成绩分为课前预习（10%）、课堂表现（30%）、课程实践（40%）、课后作业（20%）4 个部分，期末考试分为上机测试（40%）与试卷测试（60%）2 个部分。

Table 2 Correspondence between assessment criteria and educational goals of computer networks course表2 计算机网络课程考核评分方法与教学目标的关系

从表2 还可以看出，该考核评分方法针对不同教学目标采用了不同的考核方式。例如对于网络技术的认知能力（技术认知）侧重于记忆、理解本课程的基本知识点与概念，学生可通过自学的形式掌握，因此在平时成绩中采用课前预习与课后作业的形式进行考核，让学生在预习与复习中熟悉相关知识；在期末考试中则采用填空题、选择题和简答题进行考核，能够有效考察学生对于基本知识的掌握度。而对于网络设备的操作能力（操作实践），则将其作为计算机网络课程的考察重点，在平时成绩和期末考试中均设置比重为40%。由于实验环节具有一定挑战性，因此操作实践在平时采用课堂实践的形式进行考核，便于授课教师及时进行指导；在期末考试中则采用上机测试的形式进行考核，能够较为全面地反映学生对于操作实践能力的熟练度。

此外，在教学质量评价的基础上持续改进教学活动是OBE 教育理念必不可少的一环。课程考核评分方法为教学目标的达成度提供了数据支撑，可根据学生评分统计各个教学目标的完成情况，在教学环节中有针对性地强化达成度较低的目标。根据表2 的评分考核标准，表3 展示了2020-2023 年网络工程专业的计算机网络课程达成度统计情况。以2020年为例，学生在操作实践能力方面的达成度较低，这与前期课程教学、实验教学的一体性较差等问题直接相关，导致学生在理论到实践的知识迁移方面存在不足，同时也制约了课程知识点的掌握。从2021 年起，依据本文所设计的教学改革方法，网络工程专业针对计算机网络课程着重优化了实验教学内容，增强了课程环节与实验环节的一体性，同步优化了相应的教学内容和教学模式。经过两年的教学改革实施，实践相关的考核项目达成度均得到了提升。以上机测试为例，其达成度由2020 年的0.72稳步提升至2022 年的0.82。得益于实践能力的提升，学生对于本门课程知识点的掌握程度也有所提升，以试卷测试为例，其达成度由2020年的0.76提升至2022年的0.82。上述达成度数据有力证明了教学改革的有效性。

Table 3 Statistics of goal achievement for computer networks course in 2020-2023表3 2020-2023年计算机网络课程达成度统计情况

4 结语

计算机网络课程作为网络工程专业的重要基础课需要根据OBE 理念不断进行改进。针对传统计算机网络课程在课程教学与实验教学环节中存在的问题，构建了教学目标优化、教学过程优化、教学评价优化三者有机统一的教学改革框架，有力提升了计算机网络的教学效果，有效提高学生的理论与实践能力。近两年的课程达成度统计结果表明，针对课程教学和实验教学环节的优化获得了一定成效，实践相关的考核达成度均得到了提高；学生理论知识掌握度也有所提升，主要表现为试卷测试达成度的提升，证明了OBE 理念课程改革方法在计算机网络课程中的有效性。针对课前预习、课堂表现、课后作业等薄弱环节，下一步课程组将基于OBE 理念继续探索教学改进方法，以进一步提升计算机网络课程的培养效果。