基于競賽理念的計算機網絡實驗教學模式改革

陳 盈, 郭文平, 黎建華

(臺州學院 數學與信息工程學院, 浙江 臨海 317000)

基于競賽理念的計算機網絡實驗教學模式改革

陳 盈, 郭文平, 黎建華

(臺州學院 數學與信息工程學院, 浙江 臨海 317000)

針對計算機網絡實驗教學現狀和學生特點,分析了當前實驗教學改革的手段和方法,提出了基于競賽理念的實驗教學模式。經過3年多的探索與實踐,基于競賽理念的實驗教學模式能更好地提升學生的主動性與積極性,有助于培養學生的實踐能力和創新思維。實驗效果和學生反饋均表明該模式能極大地實現課程目標,可為國內同類院校相關課程的實驗教學提供參考。

實驗教學; 基于競賽學習; 實踐能力; 創新思維

隨著當代信息技術的高速發展,計算機網絡的重要性深入人心,網絡工程師認證考試業已成為我國工程師制度改革的重要內容。做好計算機網絡的實驗教學工作,對提高當代大學生的綜合能力和競爭實力有重要意義[1-2]。因此,進一步改革教學方法和手段,構建合適的計算機網絡實驗教學模式,實現教育部“卓越工程師教育培養計劃”提出的強化培養學生創新能力和實踐能力目標,充分擴大學生視野,是計算機網絡實驗教學的新要求。

1 計算機網絡實驗教學現狀

計算機網絡實驗一般被看作是理論教學的延伸,目標在于幫助學生理解與驗證理論知識。當前各高校在實驗教學方面仍較多沿用傳統教學目標定位下的教學模式,與計算機網絡的快速發展形成一定的不適應,如:理論和實踐教學的知識結構獨立導致學生無法較好融合,創新能力積累不足;在面向考試的教學背景下,學生并無太多機會動手檢驗所學到的知識,弱化了實踐能力;此外,學生大多在獨生子女環境下成長,合作與協同意識較差。

近年來,各高校已逐漸意識到實驗教學對創新能力和實踐能力培養的重要性,并開始關注實驗教學方法和手段的改革。

(1) 在實驗教學方法改革方面。計算機網絡實驗教學方法的改革目前常見的有3類:一是推行自主化和開放式教學,加強創新能力培養[3];二是嘗試常規實驗結合拓展實驗、設計性實驗結合研究性實驗[4],將實驗內容分級[5],提高不同層次學生的實踐能力;三是建設網絡虛擬實驗平臺[6],向移動化學習方向發展。這3類教學方法改革通常也會結合考核形式的改革,如在學生實驗過程中提出相似度檢測,防止學生抄襲[7]。但這3類改革在形式上均是從教師主體出發,以學生為客體,學生在積極性方面還有所欠缺。

(2) 在實驗教學手段改革方面。不僅是計算機網絡,也包括其他周邊學科,在實驗教學手段的改革方面目前主要是以實驗競賽為主,分2類:一是為實驗課單獨舉辦實驗教學競賽[8-9]或開設新型實驗競賽項目[10];二是以現有競賽為載體推動實驗教學改革,如全國大學生智能汽車競賽[11]、全國大學生電子設計競賽[12]、國際大學生程序設計競賽[13]等。第一類改革需要高校投入額外的時間[8]和經費[9],可推廣性受限制;第二類改革則因為參賽隊伍的精英化和小眾化,學生整體受益面并不高。

雖然現有實驗教學方法對學生能力的培養有針對性,但學生參與度需提升,另外,雖然現有實驗手段對學生主動性和積極性有鼓舞,但投入和受益面受限。故此,結合2方面長處,將競賽理念引入教學,將每一個實驗本身以競賽的形式推出,融合創新思維與動手實踐,再輔以教學方法的改革,能激發學生的主動性。目前也有一些團隊在其他學科做出了嘗試,如北京航空航天大學推出的基于項目學習法(PBL,project based learning),提出了基于競爭、項目實施和團隊分工合作的口號[14];西班牙維哥大學則提出基于競爭學習法(CBL,competition-based learning),推行競賽理念刺激學生的積極性和表現15]。

我校在2005年初建設了一個容納32人的網絡技術專業實驗室,構建了華為(Quidway)系列交換機、路由器、防火墻的硬件平臺,和以GNS3、Wireshark等開源軟件為主的軟件平臺,并在2010年擴充至64人規模,將計算機網絡實驗獨立設課,面向計算機及相關信息化專業學生開課。學生在實驗課程中獲得了在真實網絡設備和環境下的鍛煉,加深了對網絡理論知識的理解,調動了學習的興趣,提高了動手實踐能力。實驗室在浙江省實驗教學示范中心、浙江省高校實驗室工作研究項目等的支持下,不斷進行教學改革和探索,近年來一直致力于基于競賽理念的實驗教學模式研究,提出的基于競賽理念的計算機網絡實驗教學模式,經過3年多的教學實踐,在學生的動手能力、合作意識和專業素養等方面均取得了較好的效果。

2 基于競賽理念的實驗教學模式

實驗內容本身要求學生掌握課程的基礎知識,而競賽則要求學生深入系統地理解計算機網絡相關原理,熟練掌握網絡實踐技能,更要求學生具有很強的探索精神和創新精神,能夠探索新的知識和新的方法,創造出獨立的實驗成果。競賽機制一方面能激發學生對計算機網絡技術的興趣和潛能,另一方面鍛煉和培養學生的創新思維和實踐能力。

2.1 引入競賽理念

將競賽的理念引入教學,并將競賽作為推動教學的手段,通過競賽檢驗階段教學成果。學科組在實驗教學中將必須完成的內容均改成以競賽的基本項目形式推出,任課教師按照教學進度面向全體學生安排。以本學期我校信管專業的計算機網絡實驗課程為例,課程組設計了如表1所示的實驗內容作為競賽項目。

學生通過參加基本競賽項目鞏固必須掌握的基礎知識,而部分學生則通過對競賽中高級項目的探索進行深入學習,使競賽成為推動教學和學習的手段,也以競賽的方式改變傳統實驗教學的模式。

表1 實驗競賽項目的設計

表1(續)

2.2 實驗教學過程改革

基于競賽理念的教學模式的要點在于將實驗內容作為學生的競賽項目,要保證項目的順利實施,需要在教學方法上做出改革。

2.2.1 建立獎懲機制,激發創新思維

在以往的實驗教學中,經常會出現學生抄襲實驗方案、報告等行為,導致部分學生自己不動手做實驗,使自主完成實驗的學生的積極性受到影響。為了杜絕此類現象,推動學生投入實踐,設置了競賽項目完成時間和積分掛鉤及實驗方案原創積分獎勵等機制。只要學生實驗完成度好、效率高,方案為原創,即可獲得積分。積分可轉換成平時成績等。若發現抄襲行為,將扣除其積分作為懲罰,以此來鼓勵學生以獲取積分為動力,從而激發學生實踐和創新的熱情,同時也可以保證學習成績的公平性。

2.2.2 借助競賽規則,培養團隊協作

不管是基于項目的學習，還是基于競賽的學習,通行的做法都是團隊協作,因此在競賽項目的組織上,均安排為需要多人協作完成的內容,要求學生組隊完成。對學生而言,具備良好的團隊合作精神和順暢的溝通能力可以更快更好地完成實驗內容。

實際劃分小組時,類似北京航空航天大學做法,一般3～5人一組,選定1名組長,由組長負責組內分工。學生實驗過程中,在與團隊其他成員合作時,也需面對其他小組的競爭。每次實驗要根據不同完成情況獲取相應積分。在實驗過程中的不同環節,同一實驗選題的不同小組,還可以積分為籌碼進行面對面的辯論,展示自己的實驗結果,如調查報告、設計的方案、完成情況等。一旦在辯論中獲勝便可贏取對方積分。

2.2.3 引入游戲元素,提高主動意識

在實驗競賽中,我們采用類似西班牙維哥大學的做法,引入“游戲”的元素,通過一個關卡,相當于打敗一個Boss,可以獲得積分。例如在雙絞線的制作實驗中,我們設計了這樣一個場景:一臺固定位置(無Internet接入點)的計算機,硬盤中存儲了一份積分文件,除網絡適配器接口之外,其余外接端口如USB等均被物理封閉,學生如順利獲取積分文件,則可取得對應積分。這就需要學生制作一條交叉網線,并通過對等網組建,利用網絡共享的形式獲取文件。游戲的引入增加實驗競賽內容的趣味性,讓學生在學習中“玩游戲”,促進了良好學習風氣的形成。同時在游戲環境下,出現學生希望更多更好地解決問題的趨勢,增強了學生主動學習的意識。

2.3 實驗考核方法改革

實驗成績評價也有別于以往的傳統實驗的評價方式,重視過程考核,形成科學合理的實驗考核方法。我們設計了過程與能力有機結合的考核體系,見圖1。

圖1 基于競賽理念的計算機網絡實驗考核體系

(1) 過程考核(積分成績)?；诟傎悆热莸膶嶒?通過引入實驗表現,將態度與能力、對團隊的參與和貢獻度等考核要素實施由個人自主評價、團隊評價和教師評價3部分加權平均組成。學生實驗中的參與度、質量、內容完成情況等均與積分掛鉤,實時變化,充分反映學生的學習動態,通過學期累計客觀考查學生學習過程,最后轉化為學生的過程考核成績。對過程考核,主要是強調過程綜合評價。

(2) 能力考核(過關成績)。計算機網絡實驗的過關成績,設計為競賽類似的考核方式,以最終關卡和大Boss的形式出現。以設計性和綜合性實驗內容為載體,給出實際工程中的典型問題或需求為對象的案例作為最終高級競賽項目,考核學生立足相應的專業知識與技能進行規劃、設計、實施與測試的綜合動手實踐和創新應用的能力。另外,通過競賽中的面試問答和書面的競賽報告等形式考核學生的專業口語和文字表達能力。對能力考核,主要強調過關能力與表現。

2.4 教學效果

基于競賽理念的計算機網絡實驗教學在我校已實施3年,實驗教學效果已從以下幾個方面得到反饋:

(1) 學生參與實驗的興趣得到很大的提升。完成所有的競賽項目后,學生有很強的成就感,進一步激發了學生的求知欲。

(2) 部分學生將在實驗室中的創新性實驗成果用于科研項目申請和各種比賽,動手實踐能力有明顯提高。

(3) 參與各級網絡工程師認證考試的學生明顯增加,很多學生因此獲得了參與企業實際網絡建設實習的機會,并有部分學生被相關企業直接錄用。

3 結束語

實驗教學是高等院校應用型人才培養的重要途徑和手段。建立基于競賽理念的計算機網絡實驗教學模式,旨在以計算機網絡實驗教學為載體,引入競賽理念,激發學生的創新思維,提高學生的團隊協作能力和主動意識,結合實驗考核體系改革,全面提升專業表達溝通、團隊協作與管理等專業素質和進一步加強實踐能力和創新思維的訓練。

References)

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[2] 于延,張軍,周國輝,等.面向應用型人才培養的開放式實驗教學模式[J].計算機教育,2010(16):127-130.

[3] 劉艷芳,張力軍,焦福菊.面向創新能力培養的計算機網絡實驗教學[J].實驗技術與管理,2014,31(4):28-31.

[4] 黃曙江.實驗技能競賽與實驗教學的改革探討[J].高校實驗室工作研究,2009(2):24-25.

[5] 陳盈,王崢,郭文平.基于學生工程創新能力培養的網絡實驗分級教學模式[J].臺州學院學報,2013,35(3):70-74.

[6] 郭昉,段佳勇.高?！八奈灰惑w”實驗教學模式的探索與實踐[J].實驗室研究與探索,2012,31(10):138-140.

[7] 陳榮欽,胡永良,應建健,等.在線評測系統中的源碼相似度檢測研究與實現[J].實驗技術與管理,2014,31(4):109-111,149.

[8] 呂念玲,蘇圖,殷瑞祥.獨立開展實驗教學競賽,不斷提高教學質量[J].實驗技術與管理,2012,28(11):20-22.

[9] 張育廣,鄧俊,李彥旭,等.實驗技能競賽與創新實踐能力培養的探索[J].實驗室研究與探索,2010,29(8):207-209.

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[14] Chen D,Li Z,Wang T.Exploration and practice:A competition based project practice teaching mode [J].Mechatronics,2014,24(2):128-138.

[15] Burguillo J C.Using game theory and competition-based learning to stimulate student motivation and performance [J].Computers & Education,2010,55(2):566-575.

Reform of experimental teaching mode of computer network based on competition

Chen Ying, Guo Wenping, Li Jianhua

(School of Mathematics and Information Engineering,Taizhou University,Linhai 317000,China)

Aiming at the teaching status of computer network experiment course,taking the characteristics of undergraduate students into consideration,and analyzing the current reforms of experimental teaching method and means,Taizhou University improves the previous teaching mode,and forms a competition-based experimental teaching mode.After three year’s exploration and practice,this mode more easily stimulates the enthusiasm and initiative of students,enhances their hands-on ability and innovative thinking.The experimental achievements and feedbacks from students prove that this mode has largely realized the goal of the course,which can share some references for domestic colleges.

experimental teaching; competition-based learning; hands-on ability; innovative thinking

2014- 10- 31 修改日期：2014- 12- 05

浙江省高校實驗室工作研究項目(YB201433);臺州市教育科學規劃研究課題(GG15015)

陳盈(1981—),男,浙江諸暨,碩士,講師,研究方向為計算機網絡和智能信息處理.

E-mail：ychen222@tzc.edu.cn

G642.0

B

1002-4956(2015)6- 0181- 04