計算機網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗教學(xué)模式探索論文
【摘要】實(shí)驗教學(xué)是高校工程教育的重要部分，高校實(shí)驗教學(xué)還不滿(mǎn)足新工科建設的要求。結合工程認證和新工科建設，提出了全天候、體系化、交叉融合的實(shí)驗教學(xué)模式，并進(jìn)行了計算機網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗教學(xué)實(shí)踐，取得了一定成效。
【關(guān)鍵詞】新工科；實(shí)驗教學(xué)；工程教育認證；計算機網(wǎng)絡(luò )
1引言
第四次工業(yè)革命和以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)、新模式為特點(diǎn)的新經(jīng)濟對工程人才的培養提出了更高的要求。世界各國都在推動(dòng)高等工程教育的變革，國際工程聯(lián)盟發(fā)起了國際本科工程教育認證的“華盛頓協(xié)議”得到大多數工業(yè)強國的認可[1]，中國業(yè)已成為華盛頓協(xié)議的成員國。2010年，中國啟動(dòng)了“卓越工程師計劃”，雖然取得了一些成績(jì)，但是還遠沒(méi)有達到計劃目標[2]。為了改革工程教育的現狀，取得先發(fā)優(yōu)勢，為經(jīng)濟發(fā)展提供新動(dòng)能，2017年，多所高校達成了“復旦共識”、倡議了“天大行動(dòng)”，教育部制定了“北京指南”。這三個(gè)綱領(lǐng)性文件闡述了新工程教育的內涵、特征，指出了新工科建設的路徑，制定了新工科建設項目指南[3-5]�！叭A盛頓協(xié)議”、“卓越工程師計劃”、“新工科”建設分別從不同角度、不同方面描述了新的工程教育培養目標，其本質(zhì)是一致的，就是要以學(xué)生為中心，工程教育回歸工程本質(zhì)，工程畢業(yè)生應該能夠借助數學(xué)、工程、自然科學(xué)、人文等多學(xué)科知識，研究、表述、驗證復雜工程問(wèn)題的相關(guān)文獻，通過(guò)現象觀(guān)察、實(shí)驗設計、數據分析等進(jìn)行復雜工程問(wèn)題調研，提出滿(mǎn)足多種約束的復雜問(wèn)題解決方案并進(jìn)行評價(jià)，應該通過(guò)交叉融合提高創(chuàng )新能力、應該具有溝通、協(xié)作、組織能力，應該具有自主學(xué)習能力[6，7]。趙繼等從當前工程教育實(shí)踐出發(fā)，提出了新工科的內在特質(zhì)并探討了推進(jìn)工程教育創(chuàng )新需要解決的當前和長(cháng)遠問(wèn)題[8]�；谄髽I(yè)視角，楊毅剛等提出了工程教育改革的新理念、新結構、新模式、新質(zhì)量、新體系[9]。戴亞虹等提出了依托政府產(chǎn)業(yè)學(xué)科優(yōu)勢開(kāi)展創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)工程人才培養的多層次、模塊化、研究性實(shí)踐教學(xué)體系[10]。呂小艷分析和總結了地方高校工科學(xué)生實(shí)踐能力培養的現狀和影響因素，提出了培養工科學(xué)生實(shí)踐能力的對策[11]。陳萬(wàn)通基于新工科建設理念，探索了移動(dòng)通信實(shí)驗教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)模式[12]。結合工程認證和新工科建設，我們進(jìn)行了計算網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗教學(xué)模式探索，提出了全天候、體系化、交叉融合的實(shí)驗教學(xué)模式，并進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐，取得一定成效。
2實(shí)驗教學(xué)存在的問(wèn)題
實(shí)驗教學(xué)在培養工科學(xué)生工程實(shí)踐能力方面發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵的作用，雖然高等學(xué)校重視實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)，但是我國高校的工程教育仍然沒(méi)有采用工程范式，導致實(shí)驗教學(xué)存在很多問(wèn)題，遠遠沒(méi)有到達工程認證的標準，也不符合新工科建設的目標和要求。
2.1教學(xué)模式僵化
�。�1）項目固定：很多高校存在“唯課程”“唯大綱”的傳統觀(guān)念，教師必須嚴格按照計劃進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生只能在教學(xué)計劃指定的時(shí)間、到規定的實(shí)驗室做指定的實(shí)驗；學(xué)生不能自主進(jìn)行探索性實(shí)驗，不能根據學(xué)習中碰到的問(wèn)題設計實(shí)驗；實(shí)驗項目之間關(guān)聯(lián)性不強，實(shí)驗教學(xué)不能形成體系，不能訓練學(xué)生的創(chuàng )新能力、自主學(xué)習能力和解決復雜工程問(wèn)題的能力。
�。�2）過(guò)程固化：教師為了提高教學(xué)效率，避免在實(shí)驗教學(xué)中忙中出錯，經(jīng)常編寫(xiě)實(shí)驗指導手冊，在指導手冊上詳細列出所有的實(shí)驗步驟以及每一步實(shí)驗出現的結果，學(xué)生對照實(shí)驗指導手冊按圖索驥進(jìn)行實(shí)驗，不能培養學(xué)生觀(guān)察實(shí)驗現象、進(jìn)行實(shí)驗分析的能力。多數學(xué)生認為看指導手冊就已經(jīng)知道實(shí)驗的過(guò)程和結果，再進(jìn)行實(shí)驗操作，沒(méi)有任何意義，經(jīng)常有學(xué)生在實(shí)驗室干與實(shí)驗無(wú)關(guān)的事情。
�。�3）考核重結果輕過(guò)程：一方面學(xué)生只是照葫蘆畫(huà)瓢做實(shí)驗，過(guò)程考核已經(jīng)沒(méi)有意義，所以教師往往只關(guān)注實(shí)驗報告的完整性、公正性、整潔程度；另一方面，實(shí)驗成功才認為完成實(shí)驗，實(shí)驗失敗就認為沒(méi)有完成實(shí)驗，忽視學(xué)生的實(shí)驗操作過(guò)程扼殺了學(xué)生的創(chuàng )新意識和動(dòng)力。（4）脫離工程背景：實(shí)驗項目多是理論結果的驗證，沒(méi)有結合工程場(chǎng)景的實(shí)驗項目，不能訓練學(xué)生的觀(guān)察能力和分析能力，不能激發(fā)學(xué)生的探索興趣和意識，不能培養學(xué)生的工程思維。
2.2理論教學(xué)與實(shí)驗教學(xué)隔閡高校的績(jì)效評價(jià)體系使得教師把主要精力放在科研上，教師不重視工程知識的學(xué)習和積累。理論授課時(shí)喜歡用于語(yǔ)言、動(dòng)畫(huà)、板書(shū)闡述復雜的理論，說(shuō)一千，道一萬(wàn)，無(wú)論語(yǔ)言多么翔實(shí)、動(dòng)畫(huà)多么生動(dòng)也不如做一個(gè)實(shí)驗。上實(shí)驗課時(shí)，只關(guān)注學(xué)生是否在做與實(shí)驗無(wú)關(guān)的事情，只要求學(xué)生按照指導手冊完成實(shí)驗任務(wù)，一般考核學(xué)生分析出現某種實(shí)驗現象的原因。
3新實(shí)驗教學(xué)模式
針對實(shí)驗教學(xué)的問(wèn)題，對照工程認證的“華盛頓協(xié)議”和新工科建設的目標，在計算機網(wǎng)絡(luò )的實(shí)驗教學(xué)中進(jìn)行了以學(xué)生為中心新模式的探索。
�。�1）全天候實(shí)驗教學(xué)：除了網(wǎng)絡(luò )設備相關(guān)實(shí)驗，其他實(shí)驗全部基于網(wǎng)絡(luò )仿真軟件，在教學(xué)時(shí)間段內，學(xué)生可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗；每個(gè)實(shí)驗設置若干考核點(diǎn)，實(shí)施過(guò)程考核。
�。�2）個(gè)性化實(shí)驗教學(xué)：培養學(xué)生有疑問(wèn)不僅問(wèn)老師、問(wèn)網(wǎng)絡(luò )，還要問(wèn)實(shí)驗的意識，鼓勵學(xué)生針對學(xué)習中碰到的問(wèn)題，設計實(shí)驗并進(jìn)行驗證分析，如果自己不能設計完成實(shí)驗，學(xué)還可以發(fā)起實(shí)驗眾籌，組成實(shí)驗小組，設計實(shí)驗并進(jìn)行驗證分析。
�。�3）理論與實(shí)驗交叉融合教學(xué)：理論課上用仿真實(shí)驗取代動(dòng)畫(huà)進(jìn)行演示，實(shí)驗課上，基于理論分析實(shí)驗現象。
�。�4）實(shí)驗體系化：基于計算機網(wǎng)絡(luò )的層次化特點(diǎn)，設計了以太網(wǎng)組網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)搭建與配置，在搭建的互聯(lián)網(wǎng)上部署Web服務(wù)器、DHCP服務(wù)器、DNS服務(wù)器。這些實(shí)驗涉及從鏈路層、網(wǎng)絡(luò )層、傳輸層直到應用層的內容，使學(xué)生能夠深入領(lǐng)會(huì )解決復雜問(wèn)題的層次化策略。
�。�5）融合工程背景通過(guò)工程背景的敘述引出實(shí)驗的要求和目的，利用協(xié)議分析軟件抓取不同應用的數據，進(jìn)行數據分析，基于應用背景，設計通信協(xié)議，并通過(guò)Socket編程實(shí)現。
4結束語(yǔ)
在我校計算機科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的兩個(gè)班進(jìn)行了新實(shí)驗教學(xué)模式的實(shí)踐，學(xué)生反映比較熱烈，手機不離手的現象沒(méi)了，如果在實(shí)驗室沒(méi)有完成實(shí)驗，在課余仍然持續進(jìn)行，有問(wèn)題首先設計實(shí)驗驗證，也不問(wèn)網(wǎng)絡(luò )了。在實(shí)施過(guò)程中也出現一些問(wèn)題，如教師進(jìn)行過(guò)程考核費時(shí)、費心、費力；學(xué)生看重考試分數，自選實(shí)驗往往比較簡(jiǎn)單，不能到達課程培養要求。新實(shí)驗模式的實(shí)施要學(xué)生、教師、學(xué)校多方聯(lián)動(dòng)綜合考慮，學(xué)生的評優(yōu)評先不能只看分數、學(xué)校的績(jì)效考核要做到分類(lèi)分型，增加實(shí)驗教學(xué)的考核比重。我們正在探索把人工智能技術(shù)引入到實(shí)驗教學(xué)，基于機器進(jìn)行自動(dòng)過(guò)程考核來(lái)減少教師的教學(xué)壓力，基于機器鑒別實(shí)驗難度，以實(shí)驗難度做實(shí)驗考核的權重來(lái)增加實(shí)驗考核的合理性。
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