面向创新与复杂问题求解能力培养的计算机网络实验教学改革
张会兵1，潘芳2
（1.桂林电子科技大学 计算机与信息安全学院，广西 桂林；2.广西师范大学 教务处，广西 桂林）
摘 要： 面向新工科建设对创新和复杂问题解决能力培养的要求，以培养“精益求精、追求卓越”的工匠精神为基本理念重构计算机网络课程实验教学全过程：教学组织方式、考核方式以及教学内容。围绕协议理解、设计、优化，融入新技术、新理念、新应用，突出实验内容、过程及结果的开放性。着力培养学生开放思维、系统思维、问题意识、创新意识以及对结果的经济学、社会学乃至美学的综合评估能力。
关键词： 新工科；工匠精神；计算机网络实验
当前，以新技术、新产业、新业态和新模式为特征的新经济革命加速发展。世界主要发达经济体纷纷启动“再工业化”战略，加快工业化、网络化、智能化和信息化的融合进程。德国为在新工业革命发展进程中抢占具有国际竞争力的战略制高点，推动中国从制造大国向制造/智造强国的转变，从4个方面、9项战略及10个重点领域展开部署。一方面，该战略为当前“三期叠加”的新常态发展注入强大的创新动力，将有效推动经济社会转型升级、提升国际竞争力和国家硬实力；另一方面，该战略也对高校培养创新性工程人才提出了更高更迫切的要求。为此，教育部启动了新工科建设规划：瞄准工业革命新机遇、聚焦国家新需求、谋划工程教育新发展。在理念引领、结构优化、模式创新、质量保障等多个维度开拓工程教育改革新路径，持续深化工程教育改革。要以实施“卓越工程师教育培养计划2.0版”为抓手，优化人才培养全过程、各环节，着力培养“精益求精、追求卓越”的工匠精神[1]。
工匠精神的培养离不开扎实的实践教学，创新能力的培养更多的是从实际操作中磨练出来的。因此，如何构建高水平的、能适应创新型工程师要求的实验课程是当前的一项紧迫任务。为此，这里结合多年计算机网络课程的教学实践与思考，给出面向创新和复杂问题解决能力培养的计算机网络课程实验教学内容设计。
随着外商投资、私营等企业的发展，嘉兴市就业机会越来越多，农民的非农就业水平也由于义务教育的普及和职业技能的培训有所提高，更能适应高技能、高效率的工作。因此更多农民在考虑劳动力机会成本的条件下，选择从事非农产业，降低了对土地的依赖程度。劳动力从第一产业到第二、三产业的大量转移，导致农业耕作的劳动力严重不足，推动了农村土地流转[8]。
一 计算机网络课程实验现状与存在的问题
（一）内容设置不合理
现有的课内实验包含网线端接与测试、简单LAN设计与以太网帧分析、IP网络规划与路由设计、TCP/UDP协议分析与Socket应用设计、小型网络综合设计等。存在着部分内容比较简单、有些内容学时安排偏少等问题。同时，网络课程的理论教学主要是讲解网络协议基本原理、协议内容及动态交互过程。而实验课内容却偏重网络工具、网络命令的使用，偏向组网工程基本操作。
霍铁又好气又好笑，正想打趣她两句，却发现张大爷也一样露出了惊恐的表情，指着监控画面喊道：“来了，来了！”
（二）课内课外脱节
目前，实验教学主要依赖课堂教学进行，基本上没有学生课外实验、开放实验室实验。由于局限于课内实验时间，学生阅读准备、设计操作、过程分析、结果汇报等必要的实验过程都被严重压缩，甚至完全没有，实验教学效果不理想。
（三）缺乏系统性、实质性的实验内容
改变传统的单一课内实验的组织方式，依据实验内容和实验室资源划分为课内、课外以及开放实验室。其中，课外实验原则上不提供实验室，完全由学生自己查阅资料、设计实验步骤、自由安排时间（只要在某一时间点完成即可）；开放实验室类实验由实验室提供实验材料、设备或专用软件，主要由学生自己查阅资料、设计实现，相对灵活安排实验时间（依据个人进度可多可少），由专任实验室老师提供辅导答疑；课内实验由专任实验老师针对性的讲解演示实验内容、操作方法，学生在规定的时间内完成实验操作。同时，对选做类型的实验鼓励跨年级、跨专业组队完成实验。
（四）教学考核方式单一
目前主要采用实验老师讲--学生跟着做—验收实验结果的三步教学考核方式。学生照着老师讲的内容做一遍，得到一个实验结果给老师验收。这种方式学生缺乏主动思考、设计实验内容，综合分析、展示实验结果的有效训练，不利于综合工程能力的培养[2]。
（1）遵循三条原则重构教学内容。以协议为核心、围绕协议理解、设计、优化和应用展开。通过“报文分析”实验，使学生理解网络各层典型协议的封装格式、交互过程及运行结果，理解网络协议的目标结果呈现状态；通过“源码分析”实验，使学生理解如何依据协议规范来具体实现，包括数据结构、关键算法设计、代码优化与执行效率，使学生掌握协议实现的基本方法路径；通过“开源实战”整体上了解网络体系结构并理解和操作系统的关系，为设计和使用协议提供整体指导；通过“网络性能分析”初步了解网络性能优化的一般方法及如何依据特定需求来优化功能参数，为更高水平的探索研究奠定基础；通过“局域网设计与实施”了解网络设计构建的基本原理、技术和工程经验；通过“协议设计开发”掌握特定协议的实现的基本方法和技术；通过“应用设计开发”掌握网络编程的基本技术和编程模型；通过“典型物联网系统通信设计”使学生能够综合运用所学网络知识进行技术选择、方案设计和工程实现。这些实验内容围绕协议依次展开，覆盖了识记、理解、设计、探索、综合运用等各个层面的目标要求。
二 计算机网络实验教学内容设计
日语形容词“旨い”可表示多个义项，如①表示美味，香甜，好吃，饮食物的味道好；②好，巧，善于，顺利。对自己有利，自己所期望的状态；③用于惯用句“旨い汁を吸う”中表示揩油，占便宜，不劳而获，自己不付出辛苦而得到利益等。④用于惯用句“旨い話し”中表示有利可图的事情，条件合适和非常方便的事。对于日语形容词的多个义项现象，学者们进行过较充分的研究。例如，武藤(2001)从认知语言学视角出发，分析了形容词“甘い”的语义拓展方式，指出其各个义项并非彼此孤立存在而是相互关联，拓展义基本上都是通过隐喻或转喻等认知机制对原型义进行的拓展。本文将以“旨い”的多个义项为基础，通过考察其后续名词的词性来进行分析。
表1 以协议为核心的计算机网络实验教学内容
三 计算机网络实验教学内容的实施
（一) 教学组织方式的变革
从前面的实验内容安排可以看出，操作性、仿真性、使用性的内容居多，关于协议设计、协议实现、协议动态交互过程的内容较少。从本质上讲，计算机网络课程是对协议的理解和掌握，而不是对协议的使用、对网络命令及工具的使用。由于实验内容偏向了工程使用性，进而导致对对协议分析的系统性不强。
（二）教学内容的变革
(2)人力资源管理的差异.国际化经营企业在人力资源管理上遵循一系列管理制度，有的是人本原则，有的是严格科学的人事管理制度，这也造成了企业文化的冲突.跨文化管理者之间的文化冲突会使管理团队缺乏凝聚力，导致决策效率降低，企业目标无法顺利达成.
计算机网络课程的基本目标是通过对网络体系结构中基本概念、分层原理和分层策略、协议内容和协议工作方式的讲解，使学生理解网络的工作原理、各层的基本功能和实现方法及协议。从这个意义上讲，对分层体系结构的整体把握是基础、对协议的理解和掌握是核心，在此基础上能够搭建简单的网络、查看网络状态、验证、设计开发网络协议、使用网络协议开构建应用系统。签于此，我们认为，实验内容的设计应围绕协议展开，充分考虑课外实验和开放实验室的重要作用，结合考核方式的改革综合提升实验效果[3,4]。 表1所示的实验内容以协议的理解和应用为核心，重构实验内容，充分利用实验室资源和学生的课外时间，探索新的考核方式，综合提升学生实验设计、实际操作、过程分析、报告撰写及展示汇报的能力。
（2）融入新技术、新理念、新应用。当前“互联网+”的理念渗透到各行各业，以新技术、新产业、新业态和新模式为核心的新经济蓬勃发展。互联网是推动新经济发展的强大引擎、新经济的快速发展也促进了网络相关技术的进步和广泛应用，如NBIoT/LoRa、5G等网络通信技术；各种共享、智慧产业、智能硬件等新应用模式。计算机网络实验课程应该及时对接产业发展趋势，着力培养学生需求创新、产品创新及设计开发能力。为此，引入物联网、共享经济典型系统模块，并鼓励跨年级组合来设计开发，以更好的培养学生的合作意识、最大限度的发挥学生的创新精神。
（3）突出实验内容、过程及结果的开放性。传统的实验教学往往是依据实验指导书给出的确定操作步骤、得到确定实验结果。学生只是机械的参照操作即可，既不需要查阅资料、设计方案，也不需要评估操作可信性、结果正确性，这种机械性训练不利于学生创新型工程能力的培养。为改变这种被动局面，在课外实验和开放实验室实验中进行了大胆探索：只给出实验题目或需求，及部分参考资料。在基础实验中，要求学生自己查阅资料、确定操作方法及实验结果的正确性；在协议理解和设计综合类实验中，要求学生寻找问题、分析问题、设计方案、并确定目标结果。这些实验从问题到结果都是开放的，充分体现了创新的不确定性，能够很好的磨练学生创新意志、创新能力。
（三) 考核方式的变革
改变传统的重结果不重过程、重技术不重表达的考核方式，依据实验内容灵活采用结果验收、结果验收+实验报告、结果验收+PPT答辩三种考核方式。一方面，通过单一的结果验收，省去了部分内容比较简单的实验报告，有效降低学生的学习强度；另一方面，增加PPT答辩，锻炼学生成果展示、汇报演讲的能力，并在师生问询-解答的互动过程中深入问题细节，激发快速反应、语言组织、沟通交流的能力。
四 结束语
通过计算机网络实验不但要加深学生对网络基本概念、原理和技术的理解，更重要的是培养学生开放思维、系统思维、问题意识、创新意识以及对结果的经济学、社会学乃至美学的综合评估能力。基于这一目标，我们从实验内容、组织方式及考核方式三个方面进行了尝试。下一步，将依据实际的教学效果，优化实验内容以更好的适应不同专业方向发展的需求。
参考文献
[1]焦以璇，李薇薇.新工科建设形成“北京指南”，中国教育报/2017年/6月/12日/第001版.
[2]周欢，邹耀斌，李昭.面向卓越工程师的计算机网络实验课程教学改革[J].教育教学论坛,2016(7)：81-82.
[3]徐涛,李旭宏,潘雯雯,等.网络工程专业《计算机网络》课程实验教学探索与实践[J].赤峰学院学报(自然科学版),2016,32(02):271-272.
[4]朱立才,耿珍,黄津津.网络工程专业计算机网络实验教学的设计与实施[J].实验技术与管理,2017,34(05):161-164.
本文引用格式： 张会兵,等.面向创新与复杂问题求解能力培养的计算机网络实验教学改革[J].教育现代化,2019,6(62):62-64.
DOI： 10.16541/j.cnki.2095-8420.2019.62.020
基金项目： 本文系广西高等教育本科教学改革工程项目(2016JGA196)；广西师范大学2017年本科教育教学改革立项项目(2017XJGA30)的研究成果。
作者简介： 张会兵,男，河南人，桂林电子科技大学计算机与信息安全学院，副教授。
通讯作者： 潘芳，女，广西师范大学教务处，助理研究员。
标签：新工科论文; 工匠精神论文; 计算机网络实验论文; 桂林电子科技大学计算机与信息安全学院论文; 广西师范大学教务处论文;