基于学科竞赛的计算机网络课程教学改革研究

章惠 王凯 王振杰

关键词：产教融合；西门子竞赛；课程改革；真实的工作任务

1 引言

高职高专院校以培养应用型人才为目标，产教融合的办学模式可以实现产业和学校密切合作，相互支持、共同发展，将“教学与生产”进行有效结合，才能培养出符合社会需求的高水平人才。根据国务院办公厅《关于深化产教融合的若干意见》，学校需要大力“推行面向企业真实生产环境的任务式培养模式。”纵观典型的产教融合模式，“能力本位教育”和“推行面向企业真实生产环境的任务式培养模式”是它们重要的共同点。能力本位教育强调的是培养综合职业能力，包括专业知识、职业技能、工作态度、职业素养等方面。对于实践性较强的专业而言，“面向企业真实生产环境的任务式培养模式”也是一种行之有效的教学模式，把职业资格认证项目写入人才培养方案，将企业工作内容嵌入课程体系，把行业标准融入课程标准，把企业文化嵌入职业道德教育，以此来实现人才供给与需求的快速匹配。课程结构体系也是一样，需要对接产业链的需求，应当体现能力本位而不是知识本位。以本校信息与智能工程系计算机网络技术这门课程为例，利用参加西门子学科竞赛的优势，结合能力本位和面向企业真实生产环境的任务式培养理念，分别对课程内容、教材及资源、教学设计等方面进行改革研究。

2 课程的定位和性质

计算机网络技术是一门专业基础课，面向大数据技术、人工智能技术应用、物联网应用技术、机电一体化技术等专业，目的是培养学生计算机网络互连、服务器及网络设备配置、组网规划设计及实现等技能，根据不同专业需求，分别开设64学时和32学时。

计算机网络技术是一门实践性很强的课程。学生需要掌握计算机网络的产生、发展、内涵、参考模型、智能网络管理等基础性理论知识，还需要掌握计算机网络规划与设计、配置与测试的基本知识和方法；了解网络空间安全相关技术；了解工业网络应用、物联网、云计算、云机器人等一些新的网络应用服务；了解网络管理的基本概念和基本功能；掌握SNMP协议、ICMP协议的基本原理和配置方法；掌握常用网络管理工具及命令的基本原理及使用方法。

计算机网络技术也是学生参加“1+X” Web前端职业技能等级证书、“1+X” Python程序开发职业技能等级证书、“1+X”物联网场景设计与开发职业技能等级证书考试和网络技术类学科竞赛的专业基础课。

3 改革的基础

学校从2018年开始组织并指导学生参加“西门子杯”中国智能制造挑战赛的信息化网络化赛项。该挑战赛是在教育部与西门子公司战略合作框架下的一项国家级 A 类赛事。2019年，成为中国高等教育学会“全国普通高校学科竞赛排行榜”竞赛。信息化网络化赛项基于工业4.0数字化工厂网络，参赛选手需要根据所提供的工厂描述和具体通信技术需求完成厂区网络结构实施、 网络功能实现、通信验证等一系列任务，目的是培养一流的具备工业网络及工业信息安全系统实施以及网络异常处理等综合能力的应用实施人才。比赛内容和计算机网络技术课程直接相关。截至2023年，共参加了五届竞赛，学生不仅在学习积极性和成绩方面有了很大程度的提高，也总结了一条以赛促教课程改革的思路，并且开展了基于课程内容、教材及资源、教学设计的实证研究。

4 学情分析

课程的授课对象为高职大二学生，动手意愿强，但学习主动性不强，思维不够活跃，缺乏耐心和恒心；不愿意预习复习，不愿学理论，不愿思考，缺乏将所学知识和技能融会贯通、实际应用的能力，缺乏遇到问题解决问题的能力。

知识储备方面学生已经学习了信息技术基础，具有初步的计算机网络基础、IP 地址、局域网等相关理论知识。操作技能方面学生已具备基本的设计及绘制网络拓扑图、网络设备选型及配置、思维导图和 Visio 绘图的操作技能等。

通过暑期实训和课程实验，学生了解 CiscoPacket Tracer 仿真模拟软件、思维导图软件和 Visio 绘图软件；学生已经能在仿真软件中完成了VLAN、环网冗余等独立知识点的操作。

参赛学生已经在工业网络实验台上完成了IP配置、VLAN等的实践操作，因此部分同学有了一定的切身体会和感受。

总的来说，学生理论知识不扎实，分析问题和解决问题的能力不足，对于国家规范的具体要求不明确，尚未养成遵守国家规范、标准的职业习惯。由于参与竞赛的学生只有少数，大部分同学不参加工业网络实践，较难实现以赛促教的效果。

5 课程改革

参加西门子竞赛以来，从一开始侧重面向参赛学生的辅导，到现在将竞赛内容转化成真实工作任务融于课程的转变，切实将以赛促教、产教融合的理念落到实处，从点到面带动更多的学生实施任务式培养。下面将分别从课程内容、教材及资源、教学设计、课程考核等方面展开讨论。

5.1 课程内容

计算机网络技术这门课程既需要掌握扎实的理论知识，学生需要学习计算机网络基础、IP 地址、VLAN逻辑局域网、环网冗余及生成树协议等相关理论知识，同时需要熟练地掌握仿真模拟软件、思维导图软件和Visio绘图软件，在仿真软件中完成VLAN、环网冗余等独立知识点的操作，但是操作主要在仿真软件中完成。

结合西门子竞赛内容，着眼基本的操作技能，更新教学实践内容。首先通过计算机仿真软件进行同步练习，在掌握一定的操作技能的基础上，合理选择竞赛中的部分内容，结合工业网络应用项目，将完整的项目根据知识点和技能点拆分成一个个独立的工作任务，组成一系列逻辑完整的工作任务单，开展任务式教学实践。比如开设工业信息化网络基本配置、工业无线网络设置、配置环网冗余等实践环节。

在开展任务式教学的时候，还需要注重从细节之处，培养学生的价值观、工作态度、团队精神、工匠精神。例如在教学过程中培养学生精益求精、耐心严谨的态度，告诉学生遇到问题不要急躁，要树立自信，要认真做好每一件事情，不能好高骛远。

5.2 教材及教学资源

计算机网络技术课程面向的是大数据技术专业、人工智能技术应用、物联网应用技术、机电一体化技术等非网络技术的工科专业，虽然计算机网络技术教材很多，但很难找到在课程设置以及专业背景方面完全吻合的。因此，在多年教学经验和指导学生参加比赛经验的基础上，教师编写了计算机网络技术这本教材，并且开发了相关线上教学资源。

对于非网络技术专业而言，计算机网络技术是专业基础课，需要为各专业提供与网络相关的理论知识以及培养必要的动手实践能力。在内容的编排上，首先需要了解计算机网络技术梗概，然后重要的分支再进行具体阐述。教材编写团队成员专业背景不同，专业发展方向也各有千秋，包括计算机网络方向、通信工程方向、自动化方向等，对于计算机网络技术，专业上既有关联也存在偏重。因此，在编写教材的过程中，能够集众家之所长。同时团队成员具有丰富的教授计算机网络技术这门课程的教学经验，在教材内容上既能确立网络技术的核心位置，又能发现与专业发展吻合的特色和创新内容。例如，融合工业网络、云机器人等新兴技术是该教材的创新，也和系部专业基础及发展方向一致。

该教材主要针对高职院校和应用型本科院校，内容侧重实践，因此针对传统教学内容，适当减少了理论部分，增加了实践课时，每一章都设置了实训环节，在设计实践任务时，采用任务驱动式设计方式，共精炼出18个独立的学习任务。教材编写新颖，推广应用和社会评价良好。根据出版社反馈，目前北京、广州、辽宁、桂林等多所院校采用了这本教材，两年之内已经进行了二次印刷。

同时，为了丰富教材资源和教学方式，还开发了线上教学资源库，包括相关教学文档、多媒体PPT、课堂教学视频、操作指导视频、微课、课后习题、企业资源等丰富的多媒体资源。

5.3 教学设计

以往的教学过程中，多侧重单个知识点的讲授和练习操作，学生学习之后，很难将知识点应用到实际问题中，遇到问题不能独立思考并解决问题。因此，我们在教学设计上采用32字原则，即任务叠加、用学结合；鼓励引导、检查纠错；点评互动、反馈督促；总结过程、分析思路。教学内容设置环环相扣，采用任务叠加的方式，包括前阶段学习和现阶段学习的知识点。教学的目标是把知识点融入应用中，要“用”起来，而不是仅仅“学”。教学设计中的任务式内容，学生通过仿真和工业网络实验台完成。课程还提高了学生独立完成任务及练习的比重，实践性教学课时累计超过总课时的50%。

5.4 课程考核

课程教学任务采用课前导学，课中讨论、教师示范、虚拟仿真操作等形式，使学生的参与度有了显著提高，学生对知识、技能的掌握有了提升，从一开始拿到任务的茫然到最后完成了任务中的每个环节。根据线上大数据统计（学习记录+提交的仿真作业），反馈 85%学生完成了学习任务。单元教学的特色创新在于任务环节设置层层递进，注重任务的完整性。整个课程采用分类评价、多元考核（出勤、作业、实训、理论）、书证融通（获奖证书加分）来考核。

6 总结

通过将西门子竞赛和课程内容的有效融合，学生的积极性有了很大程度的提高，解决问题的能力也提升很多，学生对于实训安排的认可度很高，纷纷表示愿意并且希望能更多参与，也能看出他们在解决问题之后所获得的成就感。在西门子竞赛方面，连续五年获得国家奖项。更多的同学报名参加竞赛，由于大赛报名名额的限制，往往需要进行校内筛选。各方面的反馈说明改革行之有效，收到较好的效果。结合现在的基础和不断深入的产教融合，我们展开了进一步的设想，拟从以下四个方面进行探索和延伸。

6.1 工作场地教学

在上海及周边区域范围内，深入调研专业对口企业发展情况，筛选满足场地、师资、设备、管理和安全等要素的企业，开展工作室教学模式，借鉴企业工作流程和管理方式，进行任务式教学。每组可以安排1-2个教师，和企业工作人员在工作场地内共同完成。学生可以沉浸式地在真实环境中学习和操作，提前感受真实的工作环境与工作氛围。

6.2 承办西门子竞赛

西门子杯”中国智能制造挑战赛，具有丰富的参赛及指导经验。随着西门子竞赛的参赛学校不断壮大，主办方也有意增加新的比赛场地。现有的实训室已经具备了场地和设备的条件，专业教师通过参加西门子师资及竞赛培训，获得相应资质后，即可申请承办信息化赛项的比赛，既可以为竞赛作出一点努力，又可以增加兄弟院校间的交流和合作。

6.3 开展社会培训

学校和专业教师在获得资质之后，还可以面向社会开展相关的培训，提供西门子工业网络技术的场地和辅导，专业教师也可以参加其他技术培训的教学和辅导工作，加深和行业及社会的合作。

6.4 增加实习锻炼的机会

随着与企业的合作深入，还可以为学生增加一些参与企业活动的机会，例如在实习阶段可以去企业顶岗工作、利用专业优势帮助企业开展问卷调查及数据分析的工作、尝试开发小程序帮助企业提高管理效率等。

通过学校和企业的结合，充分发挥学校资源和企业资源，走出校门求合作，面向生产来教学。本研究为深化产教融合、基于竞赛实施课程改革提供了实例与参考，今后将继续在课程改革方面展开进一步的研究和创新。