摘要:针对国家赋予研究型大学培养创新型拔尖人才的任务,提出了一种创新型课程教学模式的理念,并结合湖南大学软件学院计算机网络课程教学的特点,分别从教学内容创新、教学方式创新、教材组织创新3个主要方面,对如何具体实施创新型课程教学模式进行了实例分析与探讨。
关键词:创新型课程教学模式;计算机网络课程;创新型人才培养
目前,国家对研究型大学赋予了为建设创新型国家培养创新型拔尖人才的任务[1],作为国家“211”工程和“985”工程建设的重点大学,湖南大学肩负着科教兴国、人才强国和科教兴湘的历史重任。近年来,湖南大学紧密结合建设研究型大学的实践,在推进培养创新型拔尖人才的课程教学模式改革、提高人才培养质量方面进行了一系列卓有成效的积极探索。湖南大学软件学院作为全国首批35所示范性软件学院之一,一直以来坚持以培养高层次、实用型、复合型、国际化、创新型的软件人才为目标,并结合自身的办学特点,提出了研究型大学创新型课程教学模式的新理念,主要包括教学内容创新、教学方式创新、教材组织创新3个主要方面。
1教学内容创新
教学内容是决定人才知识能力结构的一项关键要素,在教学模式改革中,教学内容的改革是最重要的一个方面。要培养创新型拔尖人才,必须要使得课程教学内容与时俱进,教学内容要在保证学生在掌握一定的基础理论和基本原理同时,及时将课程所属学科领域的新知识、新技术、新工艺引进课堂,把学生带到科技发展的最前沿。
计算机网络作为一门交叉科学,涉及计算机技术与通信技术两个学科。计算网络技术虽然仅具有40多年的历史,其发展速度却极为迅速,知识更新日新月异,新的网络技术层出不穷。而目前国内大部分高校关于计算机网络课程教学方面的现状却是沿用传统计算机网络课程教学内容,重点讲述计算机网络的基本概念、体系结构、网络协议等计算机网络基础知识,很少为学生介绍当前计算机网络技术的研究热点与最新进展,从而使得教学内容离实际越来越远,让学生有一种学过的用不上、要用的又没学的无奈之感,进而给学生造成一种以为计算机网络课程学习用处不大的错觉。
基于上述计算机网络技术迅速发展的特点与当前计算机网络课程教学内容的现状,我们在为本科生开设计算机网络课程时,对如何调整课程的教学内容进行了一些有益的尝试,其中,课程教学内容调整的原则主要如下。
1.1以计算机网络的基本原理为出发点
随着计算机网络应用的迅速普及,考虑到现代大学生虽然对计算机网络的基本概念都已有一定程度的了解,但却对计算机网络的基本原理一般仍缺乏系统掌握,为此,我们在教学内容的设计上以计算机网络的基本原理为出发点,该部分的教学内容主要包括计算机网络的定义、体系结构、网络协议等,但不再讲述过时的局域网技术,因此在课时上压缩为该课程总课时的1/3。该部分教学内容设计的主要目的是让学生对计算机网络的基本原理与基本概念有一个较为深入系统的了解,从而为后续对计算机网络新技术与新概念的进一步学习奠定坚实的基础。
在如何使学生能够深入了解计算机网络的基本原理与基本概念方面,我们通过引入做中学与学中做的教学模式,以问题为导向,以案例为驱动,使学生在学习的过程中,可以更形象直观地了解相关知识的具体思想与原理,真正做到知其然并知其所以然,以此从根本上提高学生对计算机网络基本原理与基本概念的熟知度。
1.2以计算机网络技术的发展历程为主线
技术的发展都是以需求的发展为前提。为了让学生在掌握现有计算机网络技术的主要内容的同时,进一步掌握如何进行创新的方法,我们在课程教学内容的设计上以计算机网络技术的发展历程为主线,对计算机网络在不同发展阶段出现的不同技术进行分类介绍,同时介绍导致这些技术产生的需求背景。在实际教学内容设计中,我们采用的是如图1所示的双主线内容设计方式。
其中,第一条主线为基于有线网络发展历程的内容设计,所涉及的主要内容节点包括面向终端的远程联机系统、计算机互连网络、标准化计算机网络、以及网络互连与高速网络4个阶段,推动计算机网络沿着该主线发展的需求背景分别为人们对小范围内的资源共享、对局部范围内的资源与信息共享、对信息的广泛共享、以及对网络带宽与速度需求的不断提高。
第二条主线为基于网络对移动性支持的发展历程的内容设计。该主线又分为两条副线,其中,第一条副线所涉及的主要内容节点包括有线网络、无线网络(单跳无线网络)、移动自组网络、无线传感器网络、物联网五个阶段,推动计算机网络沿着该副线发展的需求背景主要为人们对移动性逐步增强的移动环境下的网络接入要求。第二条副线所涉及的主要内容节点包括有线网络、无线网络(窄带无线网络)、宽带无线网络三个阶段,推动计算机网络沿着该副线发展的需求背景主要为人们对移动环境下的网络接入性能要求的不断提高。
基于以上教学内容安排,使得学生能够在掌握不同阶段的计算机网络技术的主要内容的同时,可以更清晰地看到实际需求对技术发展的巨大推动作用,从而也使得学生可以更加清楚技术创新不是凭空想象与闭门造车的结果,而是需要用发展的眼光去寻找现有技术的不足。
1.3以当前计算机网络技术的研究热点与最新进展为重点
创新的前提是要站在研究领域的最前沿,只有了解技术发展的最新进展与热点问题才可能进行实际意义的创新。目前已有的课程教学内容大部分都局限于基础知识的介绍,而忽略了对大学生创新精神的培养,在计算机网络课程教学方面也是如此。而在实际上,大学生所处的年龄阶段是每个人一生之中的一个黄金阶段,很多伟人都是在这个年龄阶段就做出了杰出的成就,例如:伽罗华19岁提出了群论、牛顿22岁发现了二项式定理、爱因斯坦26岁提出了相对论。与前人相比,现代大学生不但具有更广博的知识,同时也不缺乏研究的激情,因此,如何引导学生在掌握已有技术的基础之上进一步学会思考与研究,是一个值得认真思考的问题。
为此,与传统的以基础知识与基本原理为重点的课程教学内容设计方法不同,我们在计算机网络课程教学内容的设计上是以当前计算机网络技术的研究热点与最新进展为重点,在前述以计算机网络的基本原理为出发点的基础上,以计算机网络课程教学的总课时的1/3介绍当前计算机网络技术的最近研究进展与热点研究课题,具体包括3G移动通信网络、无线传感器网络、物联网、下一代互联网等最新计算机网络技术的有关内容,使得学生不再有课程教学内容陈旧、学的都是过时技术等悲观情绪。同时,还可积极引导学生开展学术研究与技术创新,开拓学生的学术与技术视野,培养学生发现问题、解决问题的兴趣与爱好。
1.4以课程实验为辅助
实践是检验真理的唯一标准。在教学内容的安排上也很有必要采取理论与实践相结合的设计模式,特别是针对工程类课程的教学而言。为此,我们在计算机网络课程教学内容的设计上以课程实验为辅助,为每一类关键技术配设一定的实验教学内容,以利于加深学生对理论知识的了解,同时有效提高学生的实际动手能力。例如:计算机网络基本原理部分的学习,为学生设计相关网络平台搭建与数据通信实验内容,具体实验内容包括构造一个小型局域网所需的网络设备的剖析,如何搭建完成一个小型的局域网,以及在搭建好的小型局域网平台中进行节点之间的收发数据包的实验;在无线传感器网络的学习部分,为学生设计基于无线传感器网络的温度数据实时采集实验内容等,具体实验内容包括对Crossbow公司提供的Smart Dust温度传感器节点组成结构的剖析、基于Smart Dust温度传感器节点的无线传感器网络平台的搭建、以及在搭建好的无线传感器网络平台中利用Smart Dust节点进行温度数据的采集实验。该部分内容占计算机网络课程总课时的1/3。
2教学方式创新
好的教学内容如果没有好的教学方式来进行表达,也无法激起学生的学习兴趣。采用传统的知识“浇灌式”教学方式,不但直接导致学生缺乏自主学习和知识自我获取能力等方面的培养,而且还使得学生缺乏自我发现问题、解决问题以及甄别问题解集优劣性的能力,导致学生的创新能力差,因此,该类教学方式不再适用于国家对研究型大学所赋予的为建设创新型国家培养创新型拔尖人才的任务要求。
目前,计算机网络应用已遍及政治、经济、军事、科技、生活等人类活动的一切领域,并正在对社会发展、生产结构以致人们日常生活方式产生深刻的影响与冲击。计算机网络技术的发展,已被誉为是“近代最深刻的技术革命”、“新兴生产力代表”。人们已用“网络时代”、“网络经济”和“新经济”等术语来描述计算机网络对社会信息化与经济发展的影响。在这种形势下,计算机网络已逐步形成一门新兴的学科,许多有关专业都开设了计算机网络课程,国内外教学科研人员也对计算机网络课程教学方式进行了探讨,提出了一些不同的计算机网络课程教学方式,主要包括以下几种。
2.1基于案例(Case based)的教学方式[2-3]
案例教学法(Case Study)是由美国哈佛大学克里斯托•弗哥伦姆布斯•朗道尔(Christopher Columbus Langdell)教授首先提出来的,在教学过程中,根据教学大纲规定的教学目的要求,以案例为切入点,以书面形式展现出的案例作为被剖析的对象,在教师的指导下,教师和学生要共同参与案例的分析、讨论、评价、寻找对策等工作。案例教学的目的是在学生掌握了基本知识的基础上,通过独立思考和集体协作,进一步提高其识别、分析、解决问题的能力。在教学任务上,要求学生通过对案例的研究获得经验,以发展自己的创造才能,并在学习期间参与社会生活。在教学活动中,在教师引导下研究和解决问题,学生活动在教学中处于主要地位,教师则起引导作用。在教学方法上,案例教学法强调以学生的独立研究为主,教师的传授、指导都应配合学生进行。在教学过程上,总是从案例开始,通过研究解决问题,得出结论。因此,引导学生搞好独立研究是基于案例教学法教学的中心环节,而教学的准备、教师的指导都要为学生的研究服务。
2.2基于项目(Project based)的教学方式[4]
基于项目的教学方式起源于美国卡内基梅隆大学(CMU)软件研究中心,该中心开设了一系列的实训课程,学生可以通过完成项目来取得某门课程的学分,学生课程学习的过程同时就是一个自主学习、自主创新的过程;这种方法的重点放在了学生解决问题和完成项目任务的概念和原则上,同时允许学习者自治地构造自己的知识库,并和其他学习者进行交流,培养合作精神。在基于项目的教学方式中,老师只负责设计项目并对学生在项目实施中的表现进行连续评估,学生是项目实施的主体,因此,项目的完成可使得学生对课程内容有深刻的体验。
2.3“做中学”(Learning by doing)的教学方式[5-6]
“做中学”是20世纪80年代由美国率先开创的科学教育改革计划,我国科协和教育部也于2001年启动了“做中学”科学教育改革实验计划。该方法是在教学过程中以实际问题为基础,以学生小组讨论为主体教学手段,学生针对实际问题进行思维、推理和分析,导师只是起导向的作用,不直接回答学生的提问,从而培养学生的自主学习能力和知识自我获取能力。目前该方法已经被广泛应用到大学的教学中。
我们在计算机网络的实际教学过程中主要综合了以上几种教学方式的优点,提出了一种“因材施教”的教学新方式,其中,“材”不是指传统意义上的学生资质,而是指教材的内容,即:依据教学内容的不同而采取不同的教学方式。例如:在讲述局域网技术内容时,我们选择采用基于案例的教学方式;在讲述物联网技术内容时,我们选择采用的是基于项目的教学方式;在讲述3G移动通信网络技术内容时,我们选择采用的则是基于“做中学”的教学方式。而对整个课程内容的讲解,我们采用的则是基于传统讲授与专题讲座相结合的教学方式,其中,针对网络基础知识部分采用的是基于传统讲授的教学方式,而针对现代计算机网络技术则结合采用专题讲座的教学方式。通过采用上述基于不同教学内容的灵活多变的教学方式,不但能有效调动学生的学习积极性,不让学生感到课程教学的沉闷枯燥,而且有助于提高学生的主观能动性,让学生学会用不同的方法来解决不同的问题。
2.4教材组织创新
教材的组织与选择直接关系到教学内容将按照怎样的次序组成,目前,关于教材的组织方法主要有以下3种:1)逻辑式组织:按照有关科学知识的内在逻辑顺序组织教材。2)心理式组织:以学生为本位,注重学生的兴趣、需要和能力,强调以学生的经验作为教材组织的出发点,逐步扩大教材的内容范围,使学生愿学、乐学,而较少考虑知识体系的完整性。3)折衷式组织:兼顾学科与学生两方面的需要和情况,择采两者之长。不过在兼顾学科与学生这两方面时,在不同的学科和学生不同的学习阶段,又有所侧重。
目前,在国内关于计算机网络课程的经典教材主要都是以介绍计算机网络的基础知识为主,很少有教材涉及到对现代计算机网络最新技术与研究热点进行综合介绍的内容,从而使得在依照目前已有教材进行教学时,无法让学生了解当前计算机网络技术的最新发展与研究现状的目的。鉴于此,我们在计算机网络课程教学实践中,首先采用折衷式教材组织方式来进行教材的组织,从目前已有的计算机网络课程经典教材以及介绍现代计算机网络最新技术与研究热点的专著与研究论文出发,挑选合适的内容来进行教材的组织,然后在此基础上,基于教学效果与学生反馈的意见对教材内容进行及时调整、精益求精,最后形成了一套适合我校计算机网络课程教学实际情况的特色自编教材,该教材分为以下3个主要部分:第一部分为计算机网络技术基础,重点系统介绍计算机网络技术的相关基本原理与基础知识;第二部分为现代计算机网络技术,重点系统介绍3G移动通信网络、P2P网络、无线传感器网络、物联网、NGN等目前计算机网络技术的最新进展与最新技术;第三部分为计算机网络安全,重点系统介绍基于密码学、防火墙、网络入侵检测技术的计算机网络安全保障技术。
3结语
笔者结合湖南大学软件学院计算机网络课程创新型教学实践,分别从教学内容创新、教学方式创新、教材组织创新三个主要方面探索了实施创新型课程教学模式的途径。创新型教学是一项复杂的系统工程,如何在教学过程中把握好教与学的互动,进一步启迪学生的创新性思维,是我们下一步将要研究的课题。
参考文献:
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