基于OBE理念的計算機網絡課程教學改革與實踐

熊 駿，金 文，丁 飛，王 凱

（1.南京郵電大學 物聯網學院，江蘇 南京 210023；2.南京郵電大學 財務處，江蘇 南京 210042）

0 引言

《華盛頓協議》是工程教育本科專業在國際間的互認協議，我國于2013 年6 月成為該協議的簽約成員，為我國工程人才資格的國際互認奠定了前期基礎?！度A盛頓協議》將成果導向教育（Outcome Based Education，OBE）作為工程師教育的標準，主張以學生的學習能力、教育目標和工程需求作為導向進行高等教育［1-2］。加入該協議有助于我國培養符合國際化標準的工程人才，對實現我國工程技術領域與國際互聯互通具有重大意義。

計算機網絡是網絡工程專業的一門專業理論課程［3］，主要面向本科大一學生。作為一門基礎性專業理論課程，其目的是幫助學生建立計算機網絡的知識框架，便于學生進一步學習各類網絡技術知識，為后續的專業知識學習奠定基礎。探究如何將OBE 理念對于工程教育的要求融入到計算機網絡課程的教學實踐中是提高課程質量的重要抓手，具有重要的研究意義與價值。

1 傳統計算機網絡課程教學實踐中存在的問題

隨著國內工程教育認證的開展，OBE 理念被國內各大高校廣泛采用，并貫徹于本科工程教育過程［4-5］。計算機網絡作為一門理論與實踐相結合的課程，需要在課程教學環節和實驗教學環節進行相應改革?，F階段在教學中存在的問題有以下幾個方面：①課程的教學目標以掌握理論基礎知識為主，與培養目標、畢業要求之間的關聯性不夠強［6］。該課程的教學目標是幫助學生較為全面地了解網絡技術的基礎架構，建立后續學習的知識框架。然而作為網絡工程的基礎課，其相關知識框架較為寬泛，且缺乏一定的前置課程作為鋪墊，導致學生在學習過程中目標感不明確；②課程教學主要模式局限于“教師講，學生學”，忽視了學生在學習方面的主體性和能動性。學習過程往往是根據教材的設計按部就班地進行，教學形式單一導致學生缺乏積極性，并未在課程教學中充分培養學生主動探索知識點、主動分析問題的能力；③實驗教學體系完整性不足，難以完善銜接課程教學知識點和實驗教學內容，導致學生理論與實踐相結合的能力不足［7］。作為一門專業導論課，傳統計算機網絡的課程教學內容側重于知識框架的搭建，對于具體知識點的講授不夠深入細致。然而實驗教學內容側重于具體問題的工程化實現，這種理論與現實的脫節不利于培養學生理論與實踐相結合的能力；④實驗教學環節模式較為單一，忽視了學習過程中延展性學習能力的培養?，F有計算機網絡實驗教學內容是在教材的指導下進行指定的代碼編寫，學習網絡通信協議的基本功能與特點。這種在指定代碼基礎上進行網絡編程的“照圖搭積木”式實驗教學環節不利于培養學生的創新精神與工程實現能力。

為解決上述教學中存在的問題，需要以OBE 理念為導向進行課程教學改革，不斷優化教學流程，幫助學生獲得預期的專業知識能力。

2 基于OBE教育理念的課程設計框架

OBE 最早于20 世紀80 年代初期由美國社會學家William G Spady 提出，是以國家需求、學生培養需求為導向，自頂層向下設計和組織教學模式的教育理念，其最終目的是確保學生能力得到有效發展［8］。同時期美國大力推動高新技術發展與社會經濟改革，要求注重學生問題解決能力、動手操作能力、問題分析能力的培養。由此OBE 理念在美國的高等教育系統得到推廣，并逐漸成為英國、加拿大等國家教育改革的主流理念，近年來也成為我國工程教育認證的核心要求。

OBE 理念是以學生預期能力培養為目標進行組織和實施的教育模式，學生是整個教育教學過程的核心，其關鍵特征是根據學生在教學結束后預期獲得的能力進行教學設計［9-10］。在OBE 理念的教學設計中，首先需要定義學生的預期學習產出，即課程教學目標。其是以國家和社會需求為導向，以人才能力培養為根本目標，通過學生畢業要求和課程關系逐層遞推得到；其次是預期學習成果實現，即課程教學的實現過程，通常通過課堂教學、實驗教學等方式實現；最后是預期學習成果評價，即課程教學的評價反饋，可在課程、院系等多個方面進行，其中課程評價是最基礎的手段。

如圖1 所示，為了實現基于OBE 理念的課程設計，需要從3 個方面入手：①課程的教學目標優化強調培養目標、畢業要求與課程教學之間的聯系；②課程的教學過程優化則著重于培養學習與實踐的主觀能動性，注重理論與實踐相結合；③課程的教學評價優化從更全面與合理的角度確定教學目標是否實現，并從理論角度解釋課程設計的科學性。上述3 個方面并非相互獨立、順序進行的，而是基于互相反饋、協同演進的持續改進過程。三者相互制約、相互促進，例如高水平教學過程可以適應更高要求的教學目標，并基于此修改教學評價與指導方法。

3 教學改革與實踐方法

根據以上基于OBE 教育理念的課程設計框架可知，計算機網絡課程的教學改革需從目標、過程、評價3 個方面進行，全方位優化現有教育教學手段。

3.1 基于畢業要求優化課程教學目標

國家和社會經濟發展在不同時期對于專業人才的需求是不同的，因此需要根據專業人才在生產生活中的實際需求，結合學校定位、學科特色等因素，設定相應的畢業要求以滿足預期的人才素質要求［11-12］。計算機網絡在電子信息類專業中的定位是必修專業基礎課，旨在建立學生對于計算機網絡和數據通信的知識框架，了解并掌握相應的基本原理與實現技術。根據網絡工程的畢業要求，應當從以下4個方面優化該課程的教學目標。

3.1.1 網絡技術認知能力

能夠正確認知計算機網絡與數據通信基本技術，在參考模型的基礎上了解相關網絡技術的基本原理；根據當代網絡技術的應用情況，掌握常見的連接技術與通信協議。

3.1.2 網絡技術問題獨立分析能力

能夠對計算機網絡應用中的問題進行獨立分析和求解，采用科學的方法針對網絡技術問題設計實驗、分析結果和解釋現象；能夠合理恰當運用計算機仿真軟件、網絡設備實現網絡技術問題的模擬仿真分析。

3.1.3 網絡設備操作能力

能夠根據實際工程對于數據通信的需求操作基本網絡設備，結合現代網絡工具和手段設計并實現復雜的網絡應用項目［13］；能夠對實際應用中的需求進行分析研究，并通過操作相應的設備有效滿足工程需求。

3.1.4 網絡技術相關人文素養

能夠正確理解網絡技術與社會需求、社會價值導向之間的關系，理解工程技術對社會健康發展的影響；具備相應的人文社科素養、職業操守、社會責任感，能夠理解并遵守網絡技術相關的職業道德規范。

上述4 方面能力的前3 項為專業能力，屬于依次遞進關系，是由基礎專業技能到高階專業技能的提升過程；最后一方面屬于綜合素質，旨在培養適應社會需求的專業人才。上述教學目標與網絡工程專業畢業要求之間的支撐關系如表1所示。

Table 1 Supporting relationship between the educational goals of “computer network” and graduation requirements表1 計算機網絡教學目標與畢業要求之間的支撐關系

計算機網絡是一門理論與實踐相結合的專業基礎課，不僅要求學生掌握網絡技術相關理論，還要求其在此基礎上解決相應的實際工程問題。由表1 可知，計算機網絡支撐了9 個畢業要求點，優化后的教學目標有效滿足了網絡工程專業的畢業要求。

3.2 以OBE理念優化教學過程與內容

要解決教學過程中存在的問題，需要基于OBE 理念進行優化，以教育目標為框架，關注學生的學習成效，反向遞推應該如何設計教學過程以保障成效。

3.2.1 增強問題意識培養，強化知識框架建立與技術認知

計算機網絡課程涉及的知識面較廣，不僅包括網絡基本架構相關的概念化知識，還包括網絡協議、調制技術等不同專業方向的知識點，所覆蓋的知識范圍廣，對于學生知識框架的完善性要求較高［14］。因此，需要強化學生的問題意識，即“為什么學”與“學什么”的問題，在此基礎上強化學生對于課程目標合理性的理解，提升學習目標感；此外，還需要在教學過程中強化不同知識點之間的關聯性，從而增強學生對于計算機網絡整體知識框架的理解，使學生從更全面的角度認知各類網絡技術。

3.2.2 優化課程教學模式，增強主觀能動性、分析能力培養

計算機網絡是一門與實際工程問題聯系緊密的課程，要求學生能夠針對實際問題進行分析與解決。為培養學生分析與解決問題的能力，首先要優化課程教學模式，根據課程內容特點采用問題式、任務驅動式、互動式等多種教學模式增強學生對于知識點探索分析的主觀能動性。例如在網關設備教學中將中繼器、交換機、路由器等實物引入課程教學，以任務驅動形式指導學生實現預定的網絡通信目標，有效增強其對于課程的主觀能動性，促進其實際問題分析能力的培養。

3.2.3 優化實驗教學內容，增強課程環節與實驗環節一體性

傳統計算機網絡教學在課程環節與實驗環節存在一定程度的脫節，不利于培養學生的理論實踐結合能力。因此，需要優化實驗環節的教學內容，設置貼近課本內容、工程實際的實驗內容，增強課程教學對于實驗教學的指導性。例如在TCP/IP 協議的教學中，首先在課程教學環節詳細介紹各類控制協議的功能與作用，然后在實驗環節讓學生使用Ping、Tracert 等協議命令進行上機實操。學生在前期完成TCP/IP 協議學習的基礎上再進行相應的協議命令實驗，能夠有效強化學生對于協議內容的理解，實現理論與實踐的有機統一。

3.2.4 增加工程人文素養教學內容，樹立正確的專業觀、職業觀

計算機網絡技術在應用層面與社會人文相關程度高，培養有正確價值導向的專業人才是社會健康發展的基礎［15］。為此，需要添加與網絡技術相關的思政元素，緊密圍繞社會主義核心價值觀與中華優秀傳統文化開展相應的課程教學［16］。以計算機網絡發展史為例，可通過介紹中國在IPV6 網絡建設中的突出貢獻與成果來涵蓋核心知識點，與此同時能夠實現思政內容與專業知識的融合，從而提升學生的工程人文素養，培養具備職業操守、社會責任感的專業人才。

3.3 教學質量評價與持續改進

可靠完善的教學質量評價監督體系是保障教學活動質量、維持教學活動推進的重要基礎。在OBE 理念的指導下，需要保證所有的學習成果與教學預定目標相匹配，否則難以證明在結課時是否獲得了預期的教學成果［17］。

表2 展示了基于OBE 理念的計算機網絡課程考核評價方法與教學目標的關系以及相應的計分標準，可以看出，為了更合理地考察預定教學目標的達成情況，課程考核結合了過程考核與考試考核2 種形式，其中平時成績占40%，期末考試成績占60%?？紤]到計算機網絡包含有課程教學與實驗教學環節，平時成績分為課前預習（10%）、課堂表現（30%）、課程實踐（40%）、課后作業（20%）4 個部分，期末考試分為上機測試（40%）與試卷測試（60%）2 個部分。

Table 2 Correspondence between assessment criteria and educational goals of computer networks course表2 計算機網絡課程考核評分方法與教學目標的關系

從表2 還可以看出，該考核評分方法針對不同教學目標采用了不同的考核方式。例如對于網絡技術的認知能力（技術認知）側重于記憶、理解本課程的基本知識點與概念，學生可通過自學的形式掌握，因此在平時成績中采用課前預習與課后作業的形式進行考核，讓學生在預習與復習中熟悉相關知識；在期末考試中則采用填空題、選擇題和簡答題進行考核，能夠有效考察學生對于基本知識的掌握度。而對于網絡設備的操作能力（操作實踐），則將其作為計算機網絡課程的考察重點，在平時成績和期末考試中均設置比重為40%。由于實驗環節具有一定挑戰性，因此操作實踐在平時采用課堂實踐的形式進行考核，便于授課教師及時進行指導；在期末考試中則采用上機測試的形式進行考核，能夠較為全面地反映學生對于操作實踐能力的熟練度。

此外，在教學質量評價的基礎上持續改進教學活動是OBE 教育理念必不可少的一環。課程考核評分方法為教學目標的達成度提供了數據支撐，可根據學生評分統計各個教學目標的完成情況，在教學環節中有針對性地強化達成度較低的目標。根據表2 的評分考核標準，表3 展示了2020-2023 年網絡工程專業的計算機網絡課程達成度統計情況。以2020年為例，學生在操作實踐能力方面的達成度較低，這與前期課程教學、實驗教學的一體性較差等問題直接相關，導致學生在理論到實踐的知識遷移方面存在不足，同時也制約了課程知識點的掌握。從2021 年起，依據本文所設計的教學改革方法，網絡工程專業針對計算機網絡課程著重優化了實驗教學內容，增強了課程環節與實驗環節的一體性，同步優化了相應的教學內容和教學模式。經過兩年的教學改革實施，實踐相關的考核項目達成度均得到了提升。以上機測試為例，其達成度由2020 年的0.72穩步提升至2022 年的0.82。得益于實踐能力的提升，學生對于本門課程知識點的掌握程度也有所提升，以試卷測試為例，其達成度由2020年的0.76提升至2022年的0.82。上述達成度數據有力證明了教學改革的有效性。

Table 3 Statistics of goal achievement for computer networks course in 2020-2023表3 2020-2023年計算機網絡課程達成度統計情況

4 結語

計算機網絡課程作為網絡工程專業的重要基礎課需要根據OBE 理念不斷進行改進。針對傳統計算機網絡課程在課程教學與實驗教學環節中存在的問題，構建了教學目標優化、教學過程優化、教學評價優化三者有機統一的教學改革框架，有力提升了計算機網絡的教學效果，有效提高學生的理論與實踐能力。近兩年的課程達成度統計結果表明，針對課程教學和實驗教學環節的優化獲得了一定成效，實踐相關的考核達成度均得到了提高；學生理論知識掌握度也有所提升，主要表現為試卷測試達成度的提升，證明了OBE 理念課程改革方法在計算機網絡課程中的有效性。針對課前預習、課堂表現、課后作業等薄弱環節，下一步課程組將基于OBE 理念繼續探索教學改進方法，以進一步提升計算機網絡課程的培養效果。