网络安全与管理专业方向的人才培养除了满足网络工程专业人才培养基本要求外,还需要注重培养两方面的专业能力:网络系统安全保障能力和网络管理维护能力[3]。网络系统安全保障能力是指熟悉信息安全基本理论和常见网络安全技术的工作原理,掌握主流网络安全产品的安装、配置和使用方法,能初步设计开发网络安全产品。网络管理维护能力是指熟悉常见网络设备与系统的工作原理,掌握网络管理的主流模型、系统功能、以及各类管理技术与方法,能初步管理和维护网络与信息系统。
2网络安全与管理方向专业课程体系
2.1知识结构
网络工程专业网络安全与管理专业方向人才要求具备的知识可分为三大类:公共基础知识、专业基础知识、专业知识。公共基础知识相对固定,具体知识包括政治理论知识、人文社科知识、自然科学知识。其中,政治理论知识包括马克思主义基本原理、中国近现代史纲要、思想和中国特色社会主义理论。人文社科知识包括大学英语、大学生心理健康、思想道德修养与法律基础、社会和职业素养、军事理论、体育。自然科学知识包括高等数学、线性代数、概率论与数理统计、大学物理、大学物理实验。专业基础知识根据网络工程专业人才的专业能力要求制定,具体包括电子技术基础、计算技术基础、计算机系统基础。其中,电子技术基础包括数字电路、模拟电路和电路基础,技术技术基础包括数据结构、离散数学、程序设计、算法分析与设计,计算机系统基础包括计算机组成原理、操作系统、数据库原理、软件工程。专业知识相对灵活,通常根据所在院校的专业特色和办学条件制定,具体包括专业核心知识、专业方向知识、专业实践环节[1]。下面重点讨论这部分内容。
2.2课程体系
依据上述知识结构,结合笔者所在学院的师资力量、办学条件和专业特色,制定了网络工程专业网络安全与管理方向的专业课程体系,如图1所示。由于公共基础课程基本固定不变,在此不再列出。图1所示的课程体系包括专业基础课程、专业核心课程、专业方向课程和专业实践环节。其中,专业核心课程包括计算机网络、网络编程技术、网络互联技术、网络工程设计。专业方向课程分为网络安全和网络管理两个分支。专业实践环节包括课程实验、课程设计、实习实训、毕业设计。我们认为专业核心课程的设置依据是,计算机网络是所有网络工程专业课程的核心基础,网络编程技术是网络工程专业各方向(包括网络安全与管理方向)的软件开发基础,网络互联技术是网络工程设计的基础,而网络工程设计是网络管理分支方向的基础。
2.3专业方向课程知识点
网络工程专业网络安全与管理方向可分为网络安全和网络管理两个分支。其中,网络安全分支课程包括信息安全基础[4]、网络安全技术[5]、网络攻防技术,每门课程的主要知识点如表1所示。网络管理分支课程包括网络管理[6]、网络性能测试与分析、网络故障诊断与排除,每门课程的主要知识点如表1所示。
关键词:网络工程;专业课程群;创新思维教学法;创新思维训练
文章编号:1672-5913(2013)14-0081-05 中图分类号:G642
1 网络工程专业人才培养
高等学校网络工程专业的培养目标是培养德、智、体全面发展,具有深厚的专业基础知识和扎实的专业知识,能从事网络工程的规划设计与实施、网络设备和网络协议的研发、网络应用系统的设计与开发、网络管理与维护、网络安全保障等技术工作的高级网络技术人才,满足我国信息化建设人才的需求。
网络工程专业源自网络技术的发展、网络应用的普及和社会用人单位对网络系统建设、管理与维护的需求,课程体系的制订和课程内容的设置必须反映当前网络理论与技术的最新进展,还应遵循“需求驱动、宽基础、强化实践能力培养”的原则,坚持理论与实践相结合,知识与能力并重,强化工程实践训练。网络工程专业人才的培养包含侧重于素质培养的基础知识和侧重于能力培养的专业知识。学生在公共基础课程知识学习的基础上,再根据社会用人单位的需求、个人爱好特点和发展潜力,学习网络工程专业知识并实践,进行组合式的能力培养。学生通过知识的学习掌握、能力的训练和素质的养成,达到了三者互相促进和协调发展的效果。
1.1 课程知识体系
网络工程专业是在计算机科学与技术、通信技术和电子科学与技术等专业基础上产生和发展的一个新专业,因此该专业知识与这些领域的专业知识有不同程度的交叉与重叠,但又有自己独特的内容。根据青岛大学应用基础型人才培养特色名校建设的发展目标和网络工程专业的发展特点,我们经过近10年的探索,逐渐形成了图1所示的网络工程专业课程知识体系。
1.2 核心课程群建设
网络工程专业课程具有与通信和计算机学科知识交叉,涉及复杂概念、协议和技术,课程内容来源于科技创新实践等特点。根据网络工程专业课程特点和课程知识体系,青岛大学信息工程学院建设了计算机网络核心课程群。计算机网络核心课程群包括计算机网络原理、计算机网络管理、Linux操作系统、信号与系统和通信原理5门课程。其中,计算机网络原理是学科基础课,计算机网络管理和通信原理是两门专业基础必修课,信号与系统和Linux操作系统是两门专业选修课。
计算机网络原理主要讲授计算机网络的基础概念、基本原理和基本方法,要求学生掌握计算机网络的基础知识、TCP/IP协议的体系结构、网络分层参考模型的各层功能和典型网络协议,了解典型网络设备的组成、特点和工作原理,能够运用计算机网络的基本概念、原理和方法进行网络系统的分析、设计和应用。信号与系统主要讲授连续时间与离散时间信号与系统的定义及分析方法,包括3大变换(傅里叶变换、拉普拉斯变换和Z变换)的基本内容与应用、线性非时变系统的基本理论与基本分析方法,培养学生运用信号与系统的基本理论和分析方法解决实际问题的能力,为学生进一步学习通信原理奠定基础。通信原理主要讲授现代通信的基本原理与基本方法及提高通信系统性能的基本技术措施,其中数据通信的基础知识(如传输介质、数据编码、信道复用技术、差错控制、数据交换技术等)为学生学习网络工程专业课程奠定基础。计算机网络管理主要讲授网络管理系统的体系结构、管理功能域、主要协议SNMP、管理信息库组成、远程网络监视功能、网络管理系统的应用以及开发方法。Linux操作系统主要讲授Linux系统的用户管理、文件系统管理、设备管理、shell编程及基于C语言的模块编译等。通过学习这5门课程,学生能够分层次地逐步完成网络工程专业核心课程的学习,具备网络协议分析设计与实现以及网络系统配置、管理与维护的能力。
2 创新思维教学法及实践
当前网络工程专业课程教学中存在如下问题:(1)传统的教学模式中,教师在课堂上侧重传授专业知识,课堂以“教师讲、学生听”为主,学生缺乏创新思维方法训练;(2)专业课程虽然内容丰富,但课堂授课只着重于单门课程知识本身,没有课程知识在网络应用方面的拓展;(3)学生参与课程学习的主动性较弱;(4)部分学生对于课堂理论知识掌握得较好,但知识拓展和创新能力不足。
2.1 创新思维教学法
科学思维的内涵是相信存在客观事实,愿意探究和认识未知事物;基于已有经验知识和理论知识,通过思考提出对未知事物的猜想,通过科学方法进行推理论证,得出事实。科学方法是认识改造客观世界的手段、方法和工具。科学方法有两类:一类是描述事实的经验认知方法;一类是解释事实的归纳、演绎和推理方法。
先进的教学方法应当以培养善于学习者和创新者为目标,教师应有传授专业知识和培养学生创新能力的责任。学习的一般认知规律是学习新知识时以知识点为基础,逐个学习各个知识点,积少成多,形成知识体系,达到掌握该领域知识的目标,而学生创新能力的培养需要在专业课学习中不断融入创新思维训练;因此,教师传授专业知识是基础,对学生进行创新思维训练是保障,将两者结合起来才能更好地培养创新人才。
我们提出的创新思维教学法CTT=Function(Knowledge,Question,Interactive,Experiments)包含如下核心要素。
(1)Knowledge是课程知识点。知识是基础,知识包含低层次的经验知识和高层次的理论知识。观察报告、实验记录等经验知识是由一系列“是什么”组成的知识,而用来回答“为什么”的则是理论知识。
(2)Question是探究性问题。问题是驱动,教师在备课阶段需精心准备每个知识点所包含的具有启发性、能引起学生兴趣的探究性问题,引导学生课前带着问题预习,进而参与课堂教学;课后通过研讨交流给出问题的解决方案并进行知识的拓展与应用。
(3)Interactive是师生互动。学生通过课前预习思考,对探究性问题有了初步认识;在教师授课时,可以参与到授课过程中,加深对理论知识的理解和掌握;课后通过教师博客、网络教学平台和研究型学习与创新项目,增强师生间在课下的交流沟通,拓展课程知识应用。
(4)Experiments是实验。实验是对理论知识的验证,学生通过上机实验可以验证课堂理论知识,通过分析实验结果可进一步引发新的思考和问题。
(5)Function(…)是创新思维教学法的函数实现,需综合运用knowledge,Question,Interactive,Experiments这4个元素;教师在传授知识时需对学生进行创新思维能力训练。
2.2 创新思维教学法实践
创新思维教学法包括作好课前预习(思考)、增加课堂研讨(实验验证)、增强课后交流3个教学环节。学生课前查阅相关教学资源和资料,进行自主学习;课上以小组形式合作交流,辅以教师的实验课教学引导学生进行实验验证;课后通过网络教学平台和教师博客,增强师生间的交流。教师鼓励学生参加研究型学习与创新项目,拓展知识应用技能训练。
(1)作好课前预习。教师在备课阶段对课程内容进行梳理,理清课程核心知识点,精心设计每个核心知识点所包含的具有启发性的、能引起学生兴趣的探究性问题,引导学生课前带着这些问题预习,查阅资料,思考并获得初步认知。
(2)增加课堂探讨。在课堂授课环节,教师以“问题驱动法”讲授课程知识点,调动学生参与课堂教学的积极性,加强师生互动,引导学生积极思考并参与教学研讨,通过实验课验证加深学生对核心知识点的掌握。
(3)增强课后交流。学生课后可通过网络教学平台讨论区和教师博客加强师生间的交流,开发课下拓展知识的潜能。围绕教师提出的问题,师生互动得越频繁,学生的知识迁移和能力扩展就可能越主动和高效。学生主动性和积极性的充分发挥,必然促进学生对知识技能的理解与掌握,有利于创新思维与创新能力的形成与发展。
3 创新思维教学法在网络工程专业课程群中的研究与应用
创新思维教学法不是通过一门课就能让学生建立起创新能力,而是需要将创新思维训练融合到网络工程专业各门课程教学中。根据网络工程专业课程知识体系和课程的特点,青岛大学信息工程学院建设了网络工程专业核心课程群,课程群教师定期集体备课和交流,对于课程中相互交叉和具有连贯性的知识点进行归纳梳理。教师在学生参与教学的全过程中均采取记分制,对课堂与网络讨论、实验、课后作业和理论考试给予不同的权重并计分。
3.1 创新思维教学法训练举例
教师组织学生以学习小组(包括3~5名学生)为单位参与教学活动全过程。学生以交流协作和相互督促的方式进行预习、准备课堂讨论发言、收集网络资料、讨论学习重点难点和交流学习方法等。在课前预习阶段和课后讨论阶段,教师围绕课程知识点提出一些探究性问题,组织3~5名学生以学习小组为单位,进行资料查询和问题交流讨论,给出解决方案或算法设计,准备PPT并在课堂研讨阶段进行宣讲,在课后形成总结报告和实验报告。
在计算机网络原理这门课程中,教师对于网络层知识点准备的探究性问题举例如下。
(1)课前预习问题:对于网络层的路由选择协议,教师可给出一个具体的网络拓扑结构,要求学生思考并构造拓扑图中结点的最短路径。教师可提示学生:路由器可以与相邻结点交换信息(即基于距离矢量的路由选择算法);或者将路由器的路由信息汇集到某处计算处理(Dijkstra算法);又或者采用类似于交换机的自学习方法等。
教师在课前要求学生以学习小组为单位进行课前自主学习讨论,提出想法,进行总结,形成小组PPT;在课堂研讨时,挑选2~3个小组的方案并由学生在课堂宣讲和讨论,鼓励学生提出发散、创新思维观点,分析算法利弊,引导学生得出正确结论。教师在进行实验课教学时,可引导学生配置路由器的RIP和OSPF协议、观察路由选择协议的工作过程、记录报文交换的内容、观察链路状态变化后两种协议收敛的过程,使学生通过实验手段直接验证理论算法,并在网络实验环境下比较两种算法的不同思想、优缺点及适用网络。
课后学生以小组为单位进行讨论与交流,完善算法和实验结果分析,形成研究报告和实验报告。
(2)课后研讨问题:子网划分和利用路由聚合技术构造超网问题。教师可给出图2所示的具体的网络拓扑,将给定IP地址空间222.118.1.0/24划分为两个子网,分配给局域网1和局域网2,保证每个局域网至少包含120个IP地址,要求学生给出R2的路由表,使其明确包括到局域网1的路由、局域网2的路由、域名服务器的主机路由和互联网的路由;使用路由聚合技术给出R1到局域网1和局域网2的路由,构造路由器Rl的路由表。
教师可提示学生如下知识点。①划分子网是从两极IP地址到三级IP地址。划分子网的基本思路是从网络的主机号借用若干比特作为子网号,而主机号就相应减少若干个比特,于是两极IP地址在本单位内部就变为三级IP地址:网络号、子网号和主机号。②在路由表中利用无分类编址CIDR地址块查找目的网络,这种地址的聚合称为路由聚合,它使得路由表中的一项可用来表示很多个原来传统分类地址的路由,也称为构造超网。③路由表项中包含到目的网络的表项、特定主机的表项、默认路由表项。
3.2 网络教学平台的辅作用
图3所示的校园网络教学平台整合了专业课程群教改成果,提供每门课程教学大纲、教学日历、教学课件、教师教学录像、教学笔记、常见问题解答、研究型教学文档、课后习题等教学内容,并链接检测习题库以供学生进行自我测试。学生可以通过网络教学平台查询相关资料,开展网上讨论和答疑,在探究过程完成后以学习小组为单位提交总结报告。
3.3 研究性学习与创新实验项目培养学生的创新能力
网络工程专业教学计划对于研究型学习与创新实验项目设置3个学分,主要在探索性实验开发环节,为网络工程专业二、三年级学生提供一些与专业课程相关的研究型学习与创新实验项目,鼓励学生以3~5人为一个小组参与到项目的研究与开发中,在学生中逐步营造研究型学习氛围,带动多数学生积极参与到研究型学习与创新实验项目和教师的科研项目中。
为期1年的研究型学习与创新实验项目的开展,可以让学生参与项目分析、设计、开发的全过程。学生通过查阅资料、提出设计方案、进行实践开发和系统测试等一系列科研活动,开展与教师和同组同学的交流学习,拓宽了视野,提高了科研创新能力。我们通过对青岛大学信息工程学院2007级、2008级和2009级成功考研的学生进行调查统计发现,有近90%的学生在二、三年级时参加过研究型学习与创新实验项目,并且通过该项目提高了创新思维和主动学习能力。
4 结语
教学改革的关键在于充分发挥教师的主导作用和学生的主体作用,充分调动学生学习的积极性,从而培养学生的创新能力。笔者根据近几年开展创新思维教学法改革的实践,研究创新思维教学法在网络工程专业核心课程群建设中的应用,通过让学生作好课前预习、提高学生参与课堂教学和实验验证的积极性、调动学生课下拓展知识应用等教学环节的创新思维训练,激发了学生的学习兴趣,提高了学生自主学习和创新能力,在网络工程专业课程教学中取得了较好的教学效果。
参考文献:
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关键词:课程体系;计算机网络;分层次教学;课程建设;人才培养
信息社会,计算机网络已经深入到人们生活、工作和学习的方方面面。计算机网络课程已经成为计算机类专业的核心课程[1]、非计算机类专业的必修课程。不同专业对计算机网络知识的学习有不同的侧重和要求,需要通过计算机网络课程体系改革寻找出路。针对不同专业的特点,研究和设计与各专业计算机网络知识要求相适应的教学内容、教学方法已是当务之急。
以计算机网络课程为核心的计算机网络课程体系建设应充分考虑到各专业对计算机网络知识教学的需求。改革和探索主要围绕分层次的计算机网络课程体系知识领域框架设计、实践课程设计、课程体系教学大纲、教材和实验指导书编写等方面展开。
1研究思路与研究方法
1.1分层次的课程体系设计
不同专业的计算机网络课程的教学内容和需求要有所差异,需要针对不同专业网络知识需求,设计由一般要求、基本要求、较高要求和专业要求组成的分层次课程体系。对网络工程专业的计算机网络课程教学应有专业要求。对计算机类专业,如计算机科学与技术、软件工程和数字媒体等专业应有较高要求。对理工类专业,如通信工程、信息安全、电子信息工程、自动化、信息与计算科学等应有基本要求。对理工类专业,如会计学、电子商务、金融学等应有一般要求。分层次的计算机网络课程体系如图1所示。
按网络工程专业、计算机类专业、理工类专业和经管类专业划分层次,设计不同层次满足对计算机网络知识需求的课程。不同层次计算机网络教学中,与计算机网络课程体系相关的课程如表1所示。
计算机网络作为课程体系的核心课程,针对不同专业特点和能力需求,以及讲述内容的不同,设计有3门课程:“计算机网络(甲)”适用网络工程专业和计算机类(计算机科学与技术、软件工程、数字媒体)专业;“计算机网络(乙)”适用学校其他理工类专业;“计算机网络及应用”适用学校经管类专业。
1.2分层次的课程群
课程体系分为计算机网络理论、计算机网络技术、计算机网络设计与应用3个课程群。计算机网络课程体系中的课程群如表2所示。
以计算机网络课程为核心,设计出计算机网络理论、技术和应用相融合的计算机网络课程体系,可以很好地使各课程内容前后衔接、融会贯通、知识结构循序渐进、易学易懂。3个课程群分别体现计算机网络理论、技术和应用知识的基本要求,覆盖了计算机网络知识结构组成的全部内容,可以满足不同专业对计算机网络教学内容的选取,培养了学生应用计算机网络的动手能力,可以为学生掌握计算机网络核心技术提供很好的帮助,提高学生学习和应用计算机网络的兴趣。
1.3理论、技术和应用相融合的教学方法
设计计算机网络理论、技术和应用相融合的教学方法,目的是让学生知道计算机网络理论、技术发展的来龙去脉,使学生知道所学、掌握所用,明白所学知识将来如何用,为今后工作就业打下坚实的计算机网络知识基础,这样才能提高学生学习的兴趣。
分层次的计算机网络课程体系设计立足让学生通过身边和所用的网络,结合各专业培养方案,设计优化的计算机网络课程体系各课程的教学大纲;结合身边的网络应用学习计算机网络知识;采用类比人类社会中的通信活动过程来学习网络知识。针对各专业的特点和学生对学习计算机网络知识的需求,把计算机网络理论、技术和应用融合到每一门课程的教学内容中,努力做到“学思结合、融会贯通、知行统一”。
例如,在计算机网络课程的教学过程中,通过对计算机网络体系结构和网络协议理论的阐述,说明计算机网络涉及到的各种技术,例如交换、复用、协议分析、寻址、路由等,结合因特网应用,例如域名系统、Web应用、电子邮件、局域网等应用,使学生容易理解网络的理论基础知识、掌握组建网络所需要的技术、熟悉管理和应用计算机网络的方法。
1.4设计针对不同专业需求的计算机网络组合实验
设计出适用不同专业学生特点和能力要求的组合实验[2],这些组合实验有:因特网应用、网络工具与命令、基本组网、路由交换、网络设计与工程、Linux网络、网络编程、网络仿真与模拟、IPv6网络等。各个组合实验又包括多个相关的实验。
不同专业可以根据专业网络课程内容选用相应的实验组合进行实验教学。例如,经管类专业可以选用因特网应用、网络工具与命令等实验组合。
通过设计一系列适用不同专业学生特点和能力要求的组合实验,使学生具有扎实的网络基础知识和较强的网络应用操作能力。
2课程体系实施和研究内容
2.1提出分层次的课程体系框架
采用“分层次”的课程体系研究方法,针对不同层次对学习计算机网络知识的不同需求,我们提出了网络工程专业注重网络设计、分析和研究,计算机科学与技术类专业侧重网络基本理论和组网技术,全校其他专业又分为理工类和经管类,分别侧重于Internet程序设计和因特网操作使用的课程体系。
研究的思路是以网络工程本科专业的计算机网络课程体系建设为主线,结合计算机类专业的计算机网络相关课程,以及理工类和经管类专业计算机网络通识课及相关课程的实施方案,设计出计算机网络理论、技术、应用课程群。各层次和各专业计算机网络教学可以依据各自的培养方案,选择适用的计算机网络教学课程,体现了该课程体系框架的灵活性和可扩充性。
课程体系把课程分为计算机网络理论、计算机网络技术、计算机网络设计与应用3个课程群,采用理论、技术和应用融合的教学方法。课程体系框架设计立足让学生通过身边和所用的网络,类比人类社会中的通信活动学习网络知识,让学生知道所学、明白所用,激发和帮助学生逐步形成对网络理论、技术、应用学习的兴趣,从而做到举一反三、触类旁通。
2.2优化教学内容和修订教学大纲
在修订各专业培养方案中有关计算机网络课程内容的基础上,制定并不断调整各门相关课程教学大纲,删除过时的或与相应层次要求不适应的教学内容,及时将网络新理论、新技术纳入教学大纲。例如,增加的新课程包括:Linux网络环境、网络仿真与模拟、移动网络、IPv6技术、网络理论与技术新进展等。
2.3编写适用不同层次教学需求的教材
在教学实践过程中我们感到,一本好的教材对教和学会有很大的帮助,由于计算机网络理论和技术发展很快,需要研究不同层次计算机网络教学的特点,我们编写出适用不同层次计算机网络教学的教材。例如,由机械工业出版社2010年7月出版的《计算机网络――原理、技术与应用》[3],把计算机网络的理论、技术与应用融合到一本书中,给出对不同层次网络教学对教学内容和教学课时选择的建议,对教学内容灵活取舍,可以很好地满足不同专业计算机网络课程教学的需求。
2.4设计适用不同层次的网络实验内容
研究和设计适用不同专业学生特点和能力要求的组合实验,依据对计算机网络知识的专业要求、较高要求、基本要求和一般要求设计组合实验的实验内容。例如:对一般要求,可以开设因特网应用、网络工具与命令等实验组合,进行一般因特网应用、网页设计、常用网络命令使用、网站设计等方面的实验;对于专业要求,可以开设基本组网、路由交换、网络设计与工程、Linux网络、网络编程、网络仿真与模拟、IPv6网络等组合实验。
结合组合实验设计,编著相应的实验教材和指导书,包括《组网技术与配置》、《计算机网络实验》、《计算机网络常用命令》等。目的是提高不同专业学生设计网络、组建网络、使用网络、管理和维护网络的动手能力,理论与实践相结合,达到知行统一。
3分层次教学的应用和示范作用
3.1应用情况
分层次的计算机网络课程体系建设需要一个长期的过程,需要团队合作精神,充分调动有关教师的积极性,需要踏踏实实做的教学工作有很多。经过一段时间建设,目前我们已经形成了较好的分层次课程体系,各课程之间知识结构互为支持,在计算机网络课程教学中较早地构成计算机网络课程群。不断追踪计算机网络理论与技术的新进展,逐步开设出一系列新课程,如IPv6技术、Linux网络环境等。
分层次的计算机网络课程体系以及部分课程教学大纲,已经应用于2004级至2008级5届的网络工程专业、计算机类各专业和学校其他理工类、经管类专业。例如,每年计算机类各专业有800余名学生学习计算机网络课程体系中的课程;又如,嵌入式系统等课程,提供了计算机网络协议、网络编程、网络工具与实践等理论和技术知识。每年学校的电子信息工程、信息安全、编辑出版学等专业有1 000余名学生学习计算机网络课程体系中的课程。为学生在数学建模、电子设计、财会信息化和机器人大赛取得优异成绩打下扎实的计算机网络知识基础。
3.2示范作用
分层次的计算机网络课程体系建设需要在教学实践过程中不断发现新的问题、研究和寻找解决问题的方法和途径。继续完善分层次计算机网络课程体系的理论研究,在总结前阶段工作的基础上,积极吸收其他高校适应不同专业课程体系建设的经验,取长补短。
分层次计算机网络课程体系要扩大实践范围,分层次计算机网络课程体系建设中的经验可以推广到其他课程体系的教学改革中,应有一个较长的时间进行实践检验,需要在更大范围内对教学大纲作更深入的研究和实践。召开由学生、教师参加的座谈会,认真倾听他们对教学改革和课程体系建设的意见。
我们积极倡导与国内、外高校就分层次计算机网络课程体系建设进行合作研究,对中、外高校计算机网络课程体系进行比较研究,并对国外计算机网络课程体系教材进行分析,找出值得借鉴的地方,为进一步搞好分层次课程体系研究和教学实践提供依据。
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Construction of Hierarchical Computer Network Curriculum System
WANG Xianglin
(College of Computer,Hangzhou Dianzi University,Hangzhou 310018,China)
课程实践教学在应用型人才的技术应用与实践能力培养上有着理论教学所不可替代的作用,但同时又要与理论教学紧密结合,才能使学生知其然并知其所以然。计算机专业开设的网络类课程通常包括通信原理、计算机网络、广域网技术、网络工程等,着重以培养网络工程技能为目的。大量前期课程中的知识点和分散的验证性实验教学成果,都集中反映在网络工程的实践教学环节。因此,在这样一个课程体系中,网络工程实践教学环节对学生网络工程技能的培养起着关键的总结和检验作用。而从以往的经验来看,网络工程实践教学过程中,存在着学生提不起兴趣,教学效果难以达成等问题。笔者通过长期从事网络技术相关课程的教学工作,总结出导致上述问题的原因有以下几点:(1)实验内容不合理,复杂的网络原理和对设备的陌生,使学生们无所适从。(2)实验设备过于陈旧,和现实工程中的设备不匹配,无法切合实际应用,从而使学生们觉得学无所用。(3)实验平台的网络拓扑过于简单,无法满足学生们对网络综合应用的知识需求。(4)实验形式单一,单兵作战无法激起学生的责任感和培养团队合作能力。综上所述,选用合适的设备构造一个合理的实验环境,以此为基础,科学地编排实验内容与实验形式,成为构建网络工程实践教学体系的关键因素。目前,大量的一线教学工作者及教学管理人员对网络类课程的实践教学模式进行了大量的研究,提出了多种教学方法、教改模式及课程群建设思路。文献[2]提出一种培养创新性思维的教学方法,把课程知识点、探究性的问题、师生互动和实验内容统一考虑,以系统性的角度进行教学内容的优化。文献[3-4]则从网络工程课程群实践教学体系建设的角度出发,涉及实验内容与教学方法、实践教材建设、实验室建设等方面。文献[5]则从实践项目的具体设计出发,定义了能够满足网络工程师职业能力的实践教学内容。文献[6]从实验教学内容和教学环境两方面出发,对重实践、创环境的教学体系进行研究。文献[7-8]的主要研究内容是实践教学平台的规划和设计,以网络教学的方式弥补课堂教学的不足。文献[9]结合学生技术实践能力与创新能力培养目标,对网络工程实践课程体系的规则、设计进行了探讨。文献[10]从课程群建设的角度出发,介绍了计算机专业课程的实践环节设计和实施。文献[11-12]的研究内容是符合学生职业技能培养目标的计算机网络课程群建设,从课堂教学到实践教学分别进行了讨论。文献[13]研究了网络课程群建设过程中的结合企业需求的技术型人才培养模式。相关学者的研究,对网络技术类课程的实践体系建设有极大的启发意义。总之,了解企业需求,合理的设计实践教学内容和方法,完善课程资源建设以满足学生多种学习方式,定义操作性强的网络工程实践教学模式,势在必行。
2网络工程实践教学设计思路
CDIO工程教育模式的培养大纲将工科毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、团队能力和工程系统能力4个层面。我国的“卓越工程师教育培养计划”强调工程教育中的3个特点:校企合作、行业标准培养工程人才、强化培养学生的工程能力和创新能力。可以看出,无论是CDIO模式还是“卓越计划”其实都以培养具有实际工程能力和职业素养的工科人才为最终目标。我们可以分析企业需求,理清知识和技能培养目标,形成可操作性强、可持续的教学内容及方法,并在相关专业课程中由浅入深,由点及面的贯彻。首先,要明确课堂教学和实践教学是不可分割的整体,知识点的定义和分解要从全局出发;其次,通过教学资源的建设以及合理的组织,形成满足学生需要的多阶段、多形式的学习模式;最后,设计实践教学内容和方法,并在完成实践教学后,通过反馈信息进行新一轮整改。2.1知识点定义与分解如何定义企业需求,是培养应用型人才过程中需要解决的首要问题。单源信息可能存在片面性和特殊性。因此可以结合就业服务网站、企业实地调研、学生反馈、网络工程师资格认证和厂商的技能认证达标要求等信息,结合专业培养目标,对网络技术类课程的知识点进行定义和分解,形成课程群知识点AOE图,以确定每个知识点所需教学时间和知识点间的进度关系。进一步结合学校的开课情况,把上述知识点拓扑图进一步分解成以课程为单位的线索知识树森林,完成知识点的定义与分解。每完成一个线索知识树的内容即可进行单元考核。最后通过理论分析和实践总结,不断调整图和树的结点内容和关系。企业需求重点体现在要求学生有实际动手能力、团队合作能力和沟通能力。这就要求我们在知识建设过程中除了要落实知识点的定义和分解,还要充分考虑采用合理的教学模式和考核模式,及教学过程组织方式,来突出沟通能力和团队合作能力的培养。2.2构建多阶段、多形式的学习过程根据我们的经验,学生动手能力的培养不可能只依赖有限的课堂时间完成。要求学生课前预习所要完成的实践内容及其涉及的理论知识,可以提高实践环节的效率,同理可以让学生知其然并知其所以然。而课后对已经掌握的知识进行重复演练,则可巩固所学知识,使整个实践环节保持连贯性。这就需要我们提供可以满足学生多阶段学习的资源和环境。因此,建设一个服务于实践教学的Web平台,既能打破时间和空间上的学习限制,又能使教师了解学生的关注重点。有条件的学校可以建设教学、实验、考核一体化的教学资源平台。上述工作中建立的课程知识拓扑图和线索知识树,也可以体现在平台内容的组织过程,通过超链等形式,体现实践过程中理论知识的相互联系,使学生自主地回溯学习。
3实践教学环节
课程群实践教学体系建设过程中,教学环节的重要程度不言而喻。而能否落实设计好的教学内容则需要满足要求的实践环境,因为网络设备种类繁多并更新较快,对大多数学校而言,不可能投入大量资金购买昂贵的网络硬件设备。因此,我们利用软件和硬件结合,搭建了性价比较高、实用性较强的实践平台,并在实践教学内容和环节的设计,以及教学过程和考核方式的组织上,充分考虑对学生沟通能力、责任感和团队合作能力的培养。3.1结合虚拟实践平台与真实设备搭建实践环境针对在网络工程实践教学中存在的问题,我们可以通过改变教学环境、改善教学形式相结合,重点着手于设计循序渐进的教学过程,逐步提高学生们的学习兴趣和降低学习难度。通过长期的教学经验总结,结合对网络工程教学目标的分析与相关认证的技能需求调研,我们选用了几款优秀的网络工程模拟软件,构成虚拟实验平台,详细介绍如下:(1)PacketTracer是由Cisco公司的一个辅助学习工具,为学习CCNA课程的网络初学者去设计、配置、排除网络故障提供了网络模拟环境。学生可在软件的图形用户界面上建立网络拓扑,观察网络实时运行情况。(2)BosonNetSim可以模拟路由器和部分交换机,而且是它最先提出自定义网络拓扑的功能,且反应时间较小,实验内容丰富。(3)GNS3是一款优秀的具有图形化界面的多平台网络模拟器,可以在PC上实现网络拓扑。主要特点是通过加载不同设备的IOS,可以真实地模拟网络设备,配置该设备支持的所有功能。但当设备较多时,会占用大量内存和CPU时间。(4)Aspire是思科工作公司出品的一款RPG游戏,在游戏中,玩家扮演一名网络工程师,完成各种网络工程相关的任务,无论设备的购买、安装、配置、调试、验收都有合理的情节模拟。对于学生来讲,这种寓教于乐的软件有相当的吸引力。(5)真实设备构成的网络工程实践教学环境:由3台思科2950交换机,2台思科2600路由器,1台思科3550三层交换机组成,拓扑如图1所示。上述设备价格适中,属于经典型号的思科设备,比较有代表性。可以在机柜上做一套配线架,网络的拓扑可根据学生的设计,在配线架上做改变,又不至于因为频繁的接线而损坏设备接口,减少了对实验设备的损耗。3.2实践教学实施过程根据上述虚拟实验平台和真实设备构成的实验环境,我们把网络工程实践教学的过程分为4个阶段。前3阶段为组网技能实训阶段,属于逐步深入、层层递进的教学模式,第4阶段为网络设计能力培养阶段,具体流程如下。1)熟练阶段。这个阶段的教学目标是让学生先接触网络工程模拟软件,结合各软件不同的特点,了解网络设备与其配置方法,设计如下:(1)让学生通过BOSONNetsim模拟器熟悉常用网络设备基于CLI的设置,完成软件附带的实验指导书中CCNA考试部分若干个实验即可,而且可以排除ISDN、帧中继这些已过时的实验内容。(2)在学生对典型网络设备熟悉的基础上,通过PacketTracer软件完成无线网络、NAT等实验的操作,这些实验是BOSON软件所不能提供的。利用PT的图形界面,减少实验耗时。(3)所有的模拟软件中,只有GNS3是真实的模拟网络设备,但需要用户自己准备IOS,可以在教学资源网站提供下载。通过使用这一软件,可以完成诸如HSRP(HotStandbyRouterProtocol)这类高级应用。2)巩固阶段。这个阶段可以让学生独立或分组完成Aspire游戏的攻略制作,更全面地体验网络工程的各个实施环节,对于非英语母语国家的学生来讲,能够理解游戏中的网络需求,完成各种设备的采购和实施。可以加深其对网络工程理论知识的理解,巩固专业英语,并进一步提高学习兴趣。3)实战阶段。通过上述实践教学环节的实施,学生应该已经消除了对网络设备、网络拓扑的陌生感。在本阶段,建议采用分组、开放的实验形式,学生3人1组,讨论自己想完成的实验内容并自主设计网络拓扑,或组间的合作与协调。不但能够锻炼学生真实的组网能力,同时也体验了团队合作和沟通的过程。4)网络设计阶段。首先要设计实践教学中的网络系统集成案例,这一实践过程,应该有如下特点:(1)案例的设计符合行业实践需求,同时案例的规模适于8个课时的实践教学过程。(2)案例的实施贯穿网络设计的需求分析、规划、设计、选型和实施及测试的全过程。(3)明确项目结题时提供的文档,如网络系统需求分析与可行性报告、网络拓扑图、网络设备选型明细表,虚拟软件中的网络实施过程、网络测试计划和总结报告。对这一阶段的教学形式,建议如下:(1)以电子文档的方式下达网络集成项目的要求和验收标准。(2)分组竞赛的模式,由4~6名学生组成网络工程组,接受任务后能够分工明确、团队合作,最后根据答辩内容确定最优方案若干。(3)教师交替地以客户与顾问的角色与每组的组长进行沟通和指导。组内成员分阶段汇报进度和讲解自己的工作进展。具体的实验内容与学时安排如表1。课后需要学生最后上交网络工程实训报告、网络设计报告、网络设计答辩PPT,以此作为实践课程的主要考核依据。
4结语
关键词:任务驱动;模拟项目驱动;计算机网络;教学方法
1研究背景
随着国家信息化进程的不断推进和信息技术的广泛应用,计算机网络技术已经成为信息化领域的核心理论基础和工程技术基础。作为计算机及网络工程相关专业的专业基础和核心课程,计算机网络在信息技术人才培养中占有十分重要的地位。计算机网络课程的教学目标,就是学生通过本课程的学习,掌握计算机网络体系结构、网络系统组成及工作原理、网络设备组成及工作原理、网络应用以及网络管理和网络安全知识[1]。具有一定的计算机网络系统架构、设计、集成、维护、管理和应用开发能力,具备网络协议分析与设计、计算机网络系统分析与设计、网络设备的设计与开发能力[2]。计算机网络课程不仅具有较强的理论体系,而且具有明显的工程技术应用特点,如何将理论教学与工程训练有机地结合起来,达到课程学习的目标,已经成为计算机网络教学方法与手段改革的核心问题。
建构主义学习理论是历经对皮亚杰、布鲁纳、维果茨基、维特罗克(M.C.Wittrock)等人的早期建构主义思想的不断发展,同时伴随着对认知心理学的批判和发展,于20世纪90年代出现在心理学领域中的新型学习理论。建构主义学习理论认为,学习的过程是学习者主动建构知识的过程,学习活动不是由教师单纯向学生传递知识,也不是学生被动地接受信息的过程,而是学生凭借原有的知识和经验,通过与外界的互动,主动地生成信息的过程。任务驱动教学模式是问题―探究式教学模式的提升,它是一种吸收了当今构建主义教育思想而建立起来的、富有活力的教学模式[3]。基于项目任务驱动的教学模式,是在教学过程中针对不同知识领域和知识单元,由教师为学生设计一个完整的学习任务,使学生在设计的教学任务驱动下,通过分析、讨论,利用所学知识进行自主探索和互动协作学习的教学方法。项目任务驱动教学模式特别适用于工程背景突出的计算机网络课程的教学过程。该教学方法的应用,可以很好地培养学生的主动自学能力、严密的思维能力、独立分析解决问题的能力以及团队合作的能力。
2计算机网络课程的层次化教学体系
作为信息技术领域的核心基础课程,计算机网络不仅在计算机及相关专业开设,而且在非计算机专业的选修课程体系中设置。针对不同的专业需求,我们将课程设置成多种方案,以适应不同学科和不同层次学生对课程深度和广度的要求[4]。课程设置应当对计算机网络的知识领域和知识单元进行合理的组合,分层次设置教学内容。我们根据授课对象的不同,将计算机网络教学划分为三个不同的层次:面向网络工程专业的科学型教学层次、面向计算机专业的工程型教学层次和面向非计算机专业的应用型教学层次,如图1所示。
1) 面向网络工程专业的科学型教学层次定位,主要针对网络工程专业的学生设计教学内容。课程的教学目标是培养基于理论研究的计算机网络分析、设计与开发型网络技术研究人才。重点培养学生掌握计算机网络的体系结构设计、网络协议分析与设计、网络设备分析与设计、网络信息安全技术的基础理论和设计技术。为后续核心专业课程的开设奠定理论基础。
2) 面向计算机专业的工程型教学层次定位,主要针对计算机科学与技术专业的学生设计教学内容。课程的教学目标是培养基于工程设计的计算机网络架构、集成与管理型网络技术工程人才。重点培养学生掌握计算机网络的规划、设计、集成、选型与管理的知识与技术,使学生具有一定的计算机网络架构、设计与管理及网络工程的实施能力,能够完成计算机网络工程的方案设计、设备选型、技术集成和项目管理。
3) 面向非计算机专业的应用型教学层次定位,主要针对非计算机专业的计算机基础教学设计教学内容。课程的教学目标是培养基于技术应用的计算机网络的应用、维护与组网型网络技术应用人才。重点培养学生基本掌握计算机网络的工作原理、网络系统的组成、网络设备的维护以及网络管理方面的知识。使学生具有基于计算机网络开展其他工程领域研究与开发所需的网络技术信息化综合能力。
针对网络工程专业和计算机科学与技术专业的课程体系,计算机网络的先修课程和后续课程如图2所示。对于两个不同的专业,可根据培养目标的不同开设不同的后续课程。
3基于任务驱动模式的理论教学方法
“计算机网络”课程的教学内容具有概念繁多、原理复杂、协议与技术交叠的特点。它涉及众多的概念、原理、协议和技术,这些内容以错综复杂的形式交织在一起,既有原理的复杂性,又有技术的时效性。所以,在该课程的教学过程中,学生普遍反映无法深入理解网络的原理与技术,知识点的衔接也无法形成整体。在实验过程中,知识的应用具有盲目性。现有的课堂教学模式无法很好地实现理论与实践相结合、提升学生网络技术能力的教学目的。
我校计算机网络的教学内容按照网络体系结构的层次,采用先整体后局部的教学方法进行内容组织。根据ISO/OSI体系结构,借助网络分层模型和系统化的教学内容组织方法,将教学内容划分为四个知识单元:计算机网络体系结构及工作原理、计算机网络的底层通信与数据传输、计算机网络的网络互联与传输控制、计算机网络的应用服务与信息安全。在课堂教学方法设计上,基于构建主义的任务驱动教学模式,进行各个知识单元的任务设置,以此为支撑点启动各类知识点的教学。基于任务驱动教学模式的设计分4个阶段,内容如下。
1) 基于知识单元的任务设计阶段。根据每一知识单元的核心知识点,由授课教师进行学习任务设计。按照难易适中、问题明确、求解可行、激发兴趣的原则选取任务事例,而且集中体现本单元的核心知识。使学生通过分析、讨论、探究、自主学习和互助学习,达到教学目的。
2) 教师指导下的任务分析阶段。通过教师课堂讲授相关概念和原理,帮助学生建立问题求解的方法和策略,引导学生进行问题分析与方案设计,最终形成一个学习任务求解的方案。
3) 实验环境下的任务求解阶段。在实验环境下实现学生自行设计的学习任务求解方案。在实验过程中,教师要适时提出和归纳所包含的学习知识点,进一步讲解其原理和技术。
4) 项目答辩式的任务评价阶段。由学生汇报其学习任务完成情况,教师通过分析学生在分析问题、思维能力及实践技巧等方面的情况,肯定学生好的思维方法和算法思想,同时对其他没有涉及的理论进行补充,以达到完善认知结构、实现教学目标的目的。
任务驱动教学模式是问题探究式教学模式的提升。在计算机网络的教学方法改革中,基于任务驱动的教学模式就是知识与实验的结合,通过设计包含教学要求知识点的学习任务设计,在实验过程中进行验证和学习。计算机网络课程所划分的4个知识单元中,并不是所有的知识单元教学都适合于任务驱动的教学模式。对于计算机网络体系结构及工作原理知识单元,强调的是计算机网络的组成、网络体系结构、网络性能指标以及相关的概念和原理,适合于认知性和验证性学习,采用传统的课堂教学方式并加以相关的验证性实验进行教学是合适的。
对于计算机网络的底层通信与数据传输知识单元,其核心知识点是有关信号与信道、编码与调制、传输介质与物理层设备、差错处理技术、HDLC和PPP协议,同时涉及计算机通信网部分的以太网、高速以太网、环形网、无线局域网以及局域网交换方面的内容。其工程性较强,可实施学习任务驱动的教学模式。
对于计算机网络的网络互联与传输控制知识单元,其核心知识点是网络层和传输层所包含的知识内容,主要包括网络服务模型及组网方式、IP/ICMP协议族、路由算法和路由协议、IP多播及移动IP、TCP/UDP协议族以及可靠传输的建立等。同样适用于任务驱动模式的教学。
计算机网络的应用服务与信息安全知识单元,主要包括HTTP服务、文件传输FTP、电子邮件SMTP、网络管理SNMP、域名解析DNS以及socket应用编程接口和访问控制、网络检测和加密机制等知识。可以通过多个学习任务进行任务驱动式教学。
当所有课程知识单元学习完成后,教师最后通过一个网络项目实例,将计算机网络系统的工作原理和不同层次协议之间的交互过程进行整体性教学案例逆向分析,不仅使学生学习和掌握每层协议的功能、特性、组成、报文格式和工作原理,而且让学生从总体上分析各类协议在整个网络体系结构中的地位、作用和功能。这就保证了教学内容的整体性和完整性,使学生透过复杂的局部知识看到其内部的不同协议和技术核心。
4基于项目驱动模式的实践教学方法
计算机网络不仅是一门理论性很强的专业课程,而且是一门实践性很强的实验课程。基于项目任务驱动的教学模式,很重要的实现途径就是通过课程实验和实习实训实施。所以,实践教学在整门课程的教学中占有十分重要的地位,在实验学时分配上,以课堂教学与实验教学达到3∶1的比例为宜。同时要在教学体系中设置计算机网络工程综合实验周和计算机网络综合课程设计以及3周以上的逆向工程案例教学,整个课程的学习应当在一个学年内完成。
计算机网络的实践教学内容,要在分析课程知识单元和知识点教学目标的前提下,进行整合和优化。在内容设置上,要减少和改造验证性实验,调整并充实综合性实验,突出设计性和探究性实验的数目和质量。建立验证性实验、综合性实验、设计性实验和探究性实验的分层实践教学体系。实验教学内容要体现由易到难、由简单到综合、由注重传授基本方法和技能到注重创新能力培养的特点。实践教学采用与任务驱动教学模式相统一的项目驱动策略,在课堂教学中所设计的学习任务,应当包含了相关的实验内容。基于项目驱动的实验教学适合于综合性和设计性实验教学过程。
综合性实验是指实验内容涉及本课程的综合知识,学生通过运用综合的实验方法和技术来进行问题求解的实验类型。开设这类实验是通过实验内容、方法、手段的综合,培养学生综合分析问题和解决问题的能力。在基于项目驱动的实验内容安排上,要把握住综合性、探索性的原则。综合性实验适合于计算机网络的底层通信与数据传输知识单元和网络互联与传输控制知识单元的实验设计。
设计性实验是一种小型项目设计实施的工程实验类型。它是指学生应用所掌握的知识,根据教师给定的实验题目、要求和实验条件,自主查阅参考资料、设计实验方案、选择实验方法和实验器材、拟定实验步骤并独立完成实验全过程的实验[5]。设计性实验的本质就是一种基于项目驱动策略的实践教学方法,其目的是使学生通过选定题目、查阅资料、设计方案、拟定实验内容和步骤,进行实验研究、实验总结和论证、完成实验报告等一系列过程,达到培养学生独立完成实验的能力和解决实际问题的能力。设计性实验适合于计算机网络的应用服务和信息安全知识单元的实验设计。
探究性实验是一种对学生要求更高的实验类型,它不仅涉及计算机网络一门课程的知识,而且涉及更多的专业基础课程和专业课程。探究性实验适合于部分优秀学生采取开放性实验申请的方式,在相关教师的指导下完成。探究性实验的本质就是项目驱动的实验教学模式。
5结语
笔者针对计算机网络课堂教学与实验教学方法改革与实践进行探讨,在分析课程3个层次教学对象的基础上,提出将“计算机网络”课程教学内容划分为四个知识单元,基于构建主义的项目任务驱动教学模式,进行不同知识单元的学习任务设计、分析、实施和评价,以达到学生主动学习的目的。基于项目任务驱动教学方法的改革核心是知识单元的任务构建、执行和评价,规范地设计知识任务和实验项目是今后研究和探讨的重点。我们将针对知识任务的规范化模板设计进行深入研究,以便更好地推进改革。
参考文献:
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Teaching Methods of Computer Network Based on Project Task Driving
GUO Yinzhang, ZHAO Junzhong
(Institute of Computer Science and Technology, Taiyuan University of Science and Technology, Taiyuan 030024, China)
摘要:计算机技术与软件专业技术资格(水平)考试为推动我国信息产业特别是软件产业的发展和提高各类IT人才的素质做出了积极的贡献。文章对网络管理员和网络工程师最近三次的考试试卷的知识点进行了综合与分析,对其各知识点在考试中出现的比重以及难易程度进行归纳,对以后的考试具有指导性的意义。它让考生更能把握考核的重点和难点。对所考核内容能有更深入的理解。
关键词:软考;网管;网工;网络知识;分析
0 引言
现在越来越多的人开始报考计算机软件水平网络方向的考试,但是初次报考的考生在拿到教材后,却不知道复习的重点,不知从何处开始复习。在此结合作者的考试经验,对2005~2006年网络管理员、网络工程师的考试试题进行了对比分析,同时做出简单的趋势分析表,希望有助于报考网络方向的考生的复习备考。
1 网管、网工知识点的分析
网络管理员考试的上午试卷知识点覆盖面广,基本上覆盖了考纲中的所有知识点,但在分析表中(见表1)我们可以很直观地看到最近几年网络管理员考试的重点所在:局域网技术与综合布线;计算机网络概述;网络安全;Web网站建设;网络操作系统。下午试卷的考点为:网络设计题;Linux的基础知识题;Linux或者Windows下服务器配置题;安全配置题;HTML的语法题。其中安全配置题和HTML的语法题是每年必考的。应试者只要认真准备这几个重点项目,下午试卷的考察将不会很难。
从网络工程师试题的分析表(见表2)可以看出网络工程师考试上午卷的重点是考察概念性、基础性的知识点,都是需要我们记住的一些基本概念。而下午试题的重点为:网络设计题,Linux及Windows相关的配置问题,交换机、防火墙的配置等。在题型设计上最近两次考试下午题都是比较新的题目,但是由于难度高,所以出现了选择题型,这就造成了整体难度的降低。应试者只要平时对下午试题内容认真学习,难度应该不大。
2 网管、网工试题的分析对比
网络管理员试题分析表(表1)归纳了2005年-2006年三份试卷,从中不难看出考试的各个知识点的比重变化,有些知识点每次比例都差不多,如计算机网络概述、网络操作系统、Web网站建设、标准化及知识产权、英语题。其中英语题是每年必考的;有的是隔年变化的,如:局域网技术与综合布线、网络安全;有的是逐年增加的,如:网络管理。应试者可以根据分析表抓住考试重点进行复习。
网络工程师试题分析表(表2)分析归纳了2005年~2006年三份试卷,从中亦可得出各知识点在这几次考试中的变化:计算机系统知识、网络安全、标准化和知识产权和英语题基本不变;接入网技术与网络需求分析和网络规划这两部分知识点的考查是隔年出现的;网络管理有所增加;而网站设计和配置技术从2006年开始下午题就只考一题了,但是今年的考查或许还会有增加,这点还是需要注意的。特别值得注意的是,网络工程师考试上午的英语试题都可以在Google上搜索到,这说明命题小组对网上的知识越来越重视了。
3 对考生复习的建议
计算机软件水平考试网络管理员、网络工程师考试的整体难度,从这几年的试题看来,应该属于相对稳定的状态。而其上午的考试,考查面广,但深度较浅,难度也较小。面对这样的题目,考生要熟练地掌握基本概念,基本原理,努力拓宽自己的知识面,平时注重知识积累,才能够应对上午试题知识面宽而广的考查。下午试题难度及其考查的重点虽没大变化,但在各个大类的基础上,着重考核处却发生着变化,考生可以参考本文对试题知识点分布情况的分析来进行复习。
关键词:网络工程专业;网络程序设计课程;教学内容
截至2008年,我国已经有143所高等学校开设了网络工程本科专业,其中大学类高校89所,“211”大学21所,学院类高校54所,高校所在地覆盖全国26个省和直辖市[1]。网络工程专业培养的是具有良好科学素养,系统地掌握网络工程技术的基本理论、方法与应用,有较强的获取新知识的能力、创新能力和实践能力,能从事网络工程及相关领域中的系统研究、设计、运行、维护和管理的高级工程技术人才。因此,该专业不仅要求学生掌握与网络工程相关的基础知识与理论,以及各种网络系统设计、建设与维护技术,如网络协议体系、网络互连技术、网络服务、信息安全、组网实践、网络测试与管理等相关知识,也要求学生掌握基本的网络应用软件与系统开发知识与技术,满足毕业生在今后的工作与学习过程中的多元需要。
为了让网络工程专业的学生掌握一定的网络应用软件与系统开发知识,很多高校都开设了网络程序设计或网络编程课程。然而,由于网络工程专业在大多数高校的开设时间不长,相关任课教师对网络程序设计课程的教学还缺乏足够的经验,因此对教学活动中的一些基本问题,如课程内容设置与学时分配、实践环节内容与安排等还缺乏统一的认识[2-3]。本文依据网络工程专业的培养目标,结合我们在教学过程中
的体会,对该课程教学活动中的基本问题进行了初步探讨,阐述了作者对这些问题的理解和认识。希望本文能引起更多同行对网络程序设计课程的关注,从而尽快提高该课程的建设水平。
1教学目标与特点
1.1教学目标
根据网络工程专业的培养目标,我们认为网络程序设计课程的教学目标是让学习者了解网络程序设计的基本概念和常用的网络编程接口,理解网络程序设计的基本原理,掌握基本的网络程序设计模型,同时具备进一步学习新的网络编程知识与技术的能力。网络工程专业的网络程序设计课程应重点教授基于网络编程接口的网络程序设计基础知识,为后续使用和开发网络应用系统打下基础。有别于信息管理类专业面向Web的网络程序设计,本课程的中心内容是基于操作系统套接口的客户/服务器程序开发技术。
1.2课程特点
程序设计课程对计算机类专业的学生来说并不陌生,但其多针对具体的程序设计语言,以学习某种程序设计语言的基本语法和用法为主。网络编程接口在本质上与编程语言无关,因此网络程序设计与以前
作者简介:纪其进(1974-),男,讲师,工学博士,研究方向为计算机网络与多媒体通信;朱艳琴 (1964-),女,教授,工学博士,副院长,研究方向为计算机网络与信息安全。
的程序设计课程并不相同。网络应用程序具有以下两方面的主要特点:
1) 程序结构较为复杂。网络程序至少涉及客户端与服务器两方面,且需要双方协同配合,因此程序的结构和逻辑都比较复杂。
2) 网络程序设计对操作系统知识和网络知识的依赖性很强。比如,多线程技术是避免程序在交互过程中发生阻塞的基本手段,因此开发者至少需理解操作系统的进程与线程的概念及多线程程序设计技术。再如消息驱动是Windows系统的基本机制,Windows网络应用程序开发也需要理解消息驱动机制。利用网络接口编程需要理解底层网络协议,特别是与网络接口直接相关的运输层协议知识。
2内容设置与学时分配
运输层以下的网络协议功能在操作系统内核中实现,或利用系统应用编程接口(API),通过专业的函数库实现[4]。尽管IEEE已经制定了网络编程的接口标准,各操作系统通常也支持标准接口,但一般会结合系统自身特点,对标准接口进行修改或扩展。因此,实际网络编程接口实现与操作系统密切相关。当前,Windows系统占据了工作站(含台式机)与小型服务器市场的主要份额,Unix系统(含Linux)则在服务器特别是大型服务器市场中仍然占据主导地位。考虑到学生毕业后的实际工作情况,接触Windows系统的机会应该更多。因此,教学内容选择的指导思想是以Windows平台网络编程接口为主,同时兼顾标准网络编程接口。
网络程序设计是网络工程专业的一门骨干专业课程,教学内容较丰富,实践性要求高。根据网络程序设计课程的教学目标和特点,我们为该课程安排了以下课堂教学内容:
第1章 网络程序设计基础知识。本章介绍网络编程相关的基本概念和知识,内容包括网络程序设计概念、进程与线程的基本概念、TCP/IP协议及其在操作系统中的实现、基于客户/服务器模式的网络应用程序模型等。
第2章 基于Berkley套接口的网络程序设计。Berkley套接口是事实上网络编程接口标准,它出自于Unix系统,Windows系统也尽可能地与之兼容。本章重点阐述Berkley套接口的基本用法,包括套接口编程的基本概念、面向连接的套接口编程、无连接的套接口编程及原始套接口编程等。
第3章 Windows程序设计基础。在Windows平台上进行网络程序设计离不开Windows系统编程知识。本章介绍Windows编程的基础知识,包括Windows操作系统的基本原理、Windows API的实现机制与调用方法及Windows消息机制。
第4章 Winsock网络编程接口规范。Winsock是Windows系统中的套接口实现,经历了Winsock1.1到Winsock2.2版本的发展。本章在第3章的基础上全面介绍Winsock网络接口规范及其使用,包括Winsock1.1及Winsock2.2的扩展能力。
第5章 基于MFC 套接口类的程序设计。MFC利用面向对象技术,对基本的Windows API进行了封装。Winsock编程接口的主要功能被封装成为CAsyncSocket和CSocket两个类。本章将通过实例说明这两个类的用法。
第6章 Windows多线程网络编程技术。多线程可以避免网络应用程序被某个调用阻塞。本章介绍多线程技术的必要性、Windows系统的多线程机制、MFC对多线程的支持及多线程机制在网络编程中的应用等。
第7章 Winsock编程接口I/O模型。支持异步网络程序开发是Windows系统的特色,为此Winsock引入了5种I/O模型实现非阻塞的套接口工作模式。本章分别介绍5种异步I/O模型的原理与使用。
第8章 Winsock编程接口选项与I/O控制命令。套接口选项和I/O控制命令是在套接口建立以后对其各种属性进行操作。本章介绍Winsock编程接口的基本选项及主要I/O控制命令的用法。
第9章 网络程序设计实例。网络编程技术具有很强的实践性,学习与分析实例可以更好地理解基本知识与技术。本章通过讲解分析实例中的各种网络编程技术巩固前面所学的知识,为以后的综合应用打下基础。
本课程重在教授网络编程的基础知识与技能,内容选择主要是为了满足教学需要,而非求全求深。因此,部分网络编程相关知识没有在课程中出现,如Winsock对网络服务质量的支持、IPv6版本套接口等。
本课程的重点内容在第3~6章。其中第3章是整个网络编程的基础部分,而第4章和第5章则包括了Windows平台下网络程序设计的基本知识,第6章的多线程技术是无阻塞同步网络编程的基本技术。第7、8两章内容与操作系统关系较密切且较抽象,是课程的难点。我校为该课程安排64 学时,其中理论讲授48学时,实验教学16 学时。根据重点难点内容分析结果,我们按表1分配课堂教学学时。
3课程实践环节
3.1实践环节的必要性
传统的网络课程教学方法多以讲授计算机网络基础理论为主、少量的验证性实验为辅。网络程序设计本身是一门实践性非常强的课程,对引导学生掌握最新的网络编程技术,培养学生的动手能力、协作精神和创新能力都具有重要作用。在学生学习过程中,如不注重理论和实践紧密结合,则不仅所学基本知识难以得到深入理解和巩固,更不能将其灵活运用于解决新的问题。因此,教师在系统讲述网络编程基础知识的同时,要充分调动学生的主动性,认真完成网络编程实验的教学。
3.2教学组织与学时分配
实验是基本的实践教学手段。通过实验教学,学生可以更快地实现从概念理解到实际编程能力的转变。每次实验前,教师首先讲解实验的设计目标、要求和所需的编程技术,要求学生做好充分的准备工作,进行初步的需求分析和程序设计。在实验过程中,教师通过解答学生提出的需求分析、设计与实现问题,为学生提供帮助。实验结束后,学生需按一定的格式规范按时提交实验报告;教师通过实验报告检查和评价学生的实验质量。如有条件,可组织学生对实验结果进行简短的讨论,让学生总结和分析自己的实验体会。
我们根据网络程序设计课程的教学大纲和实验大纲制定了实验计划。实验包括验证型、设计型和综合型实验三种。验证型实验主要让学生理解所学的网络编程知识,通过重复课堂示例掌握某一项网络编程技术。设计型实验需要学生利用某一项网络编程技术,根据具体问题要求设计并实现一个网络应用程序。综合性实验需设计并实现一个相对复杂的网络应用程序,其中需用到多种网络编程知识和技术。全部实验内容包括Berkley套接口编程实验,Winsock套接口编程实验,利用原始套接口进行PING 程序的设计及实现,基于MFC套接口类的网络编程,电子邮件程序的设计与实现(SMTP客户端、POP3 客户端程序)或FTP客户端实现及聊天室软件的设计及实现。实验报告与其他课程基本类似,有相应的实验题目、实验目的与要求、实验步骤和实验结果等内容。实验结果要包括实验过程中的问题分析、解决方式及心得。表2总结了实验的内容与学时分配计划。
有条件的学校还可以集中1周左右的时间进行课程设计。课程设计以课程教学内容为基础,实现一个具有一定规模和实用价值的网络应用系统。课程设计对所学的理论知识及实验中所学的各种方法与技巧进行综合性应用,对培养学生综合分析能力、编程动手能力具有重要作用。课程设计报告包括系统需求分析、功能设计及各模块详细设计等,类似于计算机类毕业设计论文格式。
4结语
网络工程专业是近年来为满足社会信息化需求而出现的相对较新的专业。该专业目前还没有一个明确的规范,开设该专业的各个院校对某些课程的教学尚缺乏统一的认识。本文以该专业的培养目标为依
据,结合个人教学过程中的体会,探讨了网络工程专业网络程序设计课程的基本问题。文中讨论了该课程的教学目标与特点,给出了具体的课程内容设置和实践环节安排建议,希望对完善网络工程专业以及网络程序设计课程建设具有一定的借鉴意义。
参考文献[ 规范格式]:
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[2] 王一飞,吴素芹. 网络编程技术课程教学研究与探索[J]. 科技信息,2008(34):20.
[3] 冯健昭,肖德琴. 网络编程教学改革探索[J]. 现代计算机,2009(8):69-70.
[4] 叶树华. 网络编程实用教程[M]. 2版. 北京:人民邮电出版社,2010.
Discussion on Network Program Design for Students Majoring in Network Engineering
JI Qi-jin, ZHU Yan-qin
(School of Computer Science and Technology, Soochow University, Suzhou 215006, China)
关键词: 网络工程; 网络安全与管理; 知识结构; 课程体系
中图分类号:G642 文献标志码:A 文章编号:1006-8228(2013)10-62-02
0 引言
网络工程专业从1998年教育部批准开设以来,发展十分迅速。截止2012年,全国已有329所高等学校设置了网络工程专业,其中重点院校超过50所。经过十多年的发展,网络工程从原来计算机专业的一个专业方向发展成为全国性的大专业。2011年教育部将网络工程专业列入高等学校本科专业基本目录,标志着网络工程专业已经成为一个稳定发展的基本本科专业[1]。
网络工程专业在快速发展的同时,也面临着一些普遍性的困难与问题。比如:网络工程专业与计算机科学与技术、软件工程、信息安全等其他信息类专业的差异区分不够明显,办学特色不够鲜明。因此,有必要从专业方向和课程体系建设入手,结合自身办学优势,制定特色鲜明的网络工程专业人才培养方案。这样,才能培养出合格的网络工程专业人才。
笔者所在学院2012年获批了中央支持地方高校发展专项资金,重点建设“网络与信息安全”实验室,改善网络工程专业的实践教学条件。网络工程系以此为契机,结合已有的信息安全师资优势,凝练出网络安全与管理方向,并开展相应的专业课程体系改革。本文以此为背景,探讨网络工程专业网络安全与管理方向的人才培养方案。
1 网络安全与管理方向人才培养要求
与其他信息类专业类似,网络工程专业网络安全与管理方向的人才培养要求从素质和能力两方面入手。
1.1 基本素质
网络工程专业人才要求具备的基本素质包括思想政治素质、人文素质、职业道德素质、专业素质、心理素质和身体素质等[2]。
思想政治素质要求政治立场坚定,热爱祖国,增强社会责任感,树立崇高理想,培养高尚情操,养成正确的人生观和价值观。人文素质要求具有深厚的文化底蕴,高雅的文化气质,良好的人际交往能力和团队合作精神。职业道德素质要求遵纪守法,遵守社会公德,坚持职业道德的底线,具备实事求是,坚持真理的品格,具有爱岗敬业的精神,一丝不苟的作风,以及服务社会的意识。专业素质要求掌握科学的思维方式和研究方法,养成良好的学习习惯和工作风格,具备较好的创新思维和踏实严谨的实干精神。心理素质和身体素质要求具有健康的体魄,乐观向上的心态,坚忍不拔的毅力和身体力行的风格。
1.2 基本能力
网络工程专业人才要求具备的基本能力包括学习能力、分析解决问题的能力、阅读写作能力、协同工作能力、专业适应能力、创新能力[2]。
学习能力是指自学能力,即知识和技术的获取能力、理解能力与应用能力。分析解决问题的能力是指通过专业调研、理论分析、设计开发、仿真实验等方法解决网络工程领域实际问题的能力。阅读写作能力是指专业技术文档的阅读能力与写作能力。协同工作能力包括专业表达能力、问题沟通能力、协作能力、组织管理能力。专业适应能力是指在学习网络工程专业知识和技术的基础上,能够从事并适应相关领域的研究、开发与管理工作,并能适应网络工程专业技术和市场不断发展变化的能力。创新能力包括创新思维能力和创新实践能力。
1.3 专业能力
网络安全与管理专业方向的人才培养除了满足网络工程专业人才培养基本要求外,还需要注重培养两方面的专业能力:网络系统安全保障能力和网络管理维护能力[3]。网络系统安全保障能力是指熟悉信息安全基本理论和常见网络安全技术的工作原理,掌握主流网络安全产品的安装、配置和使用方法,能初步设计开发网络安全产品。网络管理维护能力是指熟悉常见网络设备与系统的工作原理,掌握网络管理的主流模型、系统功能、以及各类管理技术与方法,能初步管理和维护网络与信息系统。
2 网络安全与管理方向专业课程体系
2.1 知识结构
网络工程专业网络安全与管理专业方向人才要求具备的知识可分为三大类:公共基础知识、专业基础知识、专业知识。
公共基础知识相对固定,具体知识包括政治理论知识、人文社科知识、自然科学知识。其中,政治理论知识包括马克思主义基本原理、中国近现代史纲要、思想和中国特色社会主义理论。人文社科知识包括大学英语、大学生心理健康、思想道德修养与法律基础、社会和职业素养、军事理论、体育。自然科学知识包括高等数学、线性代数、概率论与数理统计、大学物理、大学物理实验。
专业基础知识根据网络工程专业人才的专业能力要求制定,具体包括电子技术基础、计算技术基础、计算机系统基础。其中,电子技术基础包括数字电路、模拟电路和电路基础,技术技术基础包括数据结构、离散数学、程序设计、算法分析与设计,计算机系统基础包括计算机组成原理、操作系统、数据库原理、软件工程。
专业知识相对灵活,通常根据所在院校的专业特色和办学条件制定,具体包括专业核心知识、专业方向知识、专业实践环节[1]。下面重点讨论这部分内容。
2.2 课程体系
依据上述知识结构,结合笔者所在学院的师资力量、办学条件和专业特色,制定了网络工程专业网络安全与管理方向的专业课程体系,如图1所示。由于公共基础课程基本固定不变,在此不再列出。
2.3 专业方向课程知识点
网络工程专业网络安全与管理方向可分为网络安全和网络管理两个分支。其中,网络安全分支课程包括信息安全基础[4]、网络安全技术[5]、网络攻防技术,每门课程的主要知识点如表1所示。网络管理分支课程包括网络管理[6]、网络性能测试与分析、网络故障诊断与排除,每门课程的主要知识点如表1所示。
3 结束语
本文以笔者所在学院的网络工程专业建设为背景,分析了网络工程专业人才培养的基本要求。在此基础上,说明了网络安全与管理专业方向人才培养的专业能力要求,进而得出与之相适应的知识体系结构和课程体系内容。最后重点介绍了网络安全与管理专业方向主要课程的知识单元与相应的知识点。接下来的工作是将该课程体系落实到网络工程专业培养方案中,并在具体实施过程中发现问题,解决问题,分段调整,逐步完善。希望本文所作的研究与探讨能给兄弟院校的网络工程专业建设提供有价值的参考。
参考文献:
[1] 教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会.高等学校网络工程专业规范[M].高等教育出版社,2012.
[2] 姜腊林,王静,徐蔚鸿.网络工程专业物联网方向课程改革研究[J].计算机教育,2011.19:48-50
[3] 曹介南,蔡志平,朱培栋等.网络工程专业与计算机专业差异化教学研究[J].计算机教育,2010.23:139-142
[4] 教育部信息安全类专业教学指导委员会.信息安全类专业指导性专业规范[M].高等教育出版社,2010.
由于社会对人才的需求展现出层次化的特点,为了缩短人才培养与企业社会需求之间的差距,学校的人才培养也应该做出相应调整。根据我校的办学宗旨,信息科学与工程学院网络工程专业的学生培养主要由基本理论原理的学习应用,以及相应的实践教学环节组成。根据对现状的分析,这种培养模式比较单一,其不足主要表现在:专业定位目标不明确,专业特色不明显,人才缺乏竞争力;实践环节力度不够导致学生工程实践能力和创新能力欠缺;在学习过程中没有经历过真正的项目各层次的内涵如下:
(一)网络研究型
网络研究型侧重于网络的基本原理和协议,涉及到的课程包括网络体系结构、网络协议分析、路由与交换原理等基础知识,此部分为后续的知识体系打下坚实的基础。这部分学生在今后的就业主要以考研及进入科研院所继续深造为主,也有部分学生参与网络新设备、新技术的研发。
(二)网络应用型
网络应用型主要分三个应用方向:网络设计与集成、网络安全与应用、网络管理与维护。1.网络设计与集成主要是指采用工程学和管理学的方法,规划、设计并建设企业局域网络,就业方向主要是进入企业帮助组建局域网,从事各行业网络组网工程方案设计与论证、设备选型、布线和具体实施。2.网络安全与应用侧重于网络的攻防原理及相关技术应用,就业方向主要是帮助企事业单位制定并实施网络系统安全策略、安全事故预防及恢复等工作。3.网络管理与维护侧重于网络管理模型、应用管理系统进行网络配置,故障分析和诊断等,就业方向主要是企事业单位的网管,对网络进行日常管理和维护工作。
(三)网络开发型
网络开发型侧重于网络应用程序的开发,强调具有较强的网络编程能力,学生毕业后进入软件开发公司做基于网络的应用产品开发,包括移动互联网相关产品。
二、层次型网络工程专业人才培养模式
由于社会对人才的需求展现出层次化的特点,为了缩短人才培养与企业社会需求之间的差距,学校的人才培养也应该做出相应调整。根据我校的办学宗旨,信息科学与工程学院网络工程专业的学生培养主要由基本理论原理的学习应用,以及相应的实践教学环节组成。根据对现状的分析,这种培养模式比较单一,其不足主要表现在:专业定位目标不明确,专业特色不明显,人才缺乏竞争力;实践环节力度不够导致学生工程实践能力和创新能力欠缺;在学习过程中没有经历过真正的项目实践导致学生缺少工程管理知识,解决问题能力欠缺,同学之间缺乏沟通和表达、团队合作能力差,缺少工作经验等问题。本文从我校实际出发,以满足社会需求为根本目标,从知识体系构建、工程实践能力培养及创新能力培养三个方面对层次型网络工程专业人才培养模式进行深入研究,探索出一条可操作性强并符合我校实际的,以提高学生理论知识为基础,提升学生工程实践能力和创新能力为核心的层次型网络工程人才培养模式,从而提高我校网络工程人才的社会适应性和就业率。银行业团队薪酬设计探讨段坤
(一)构建以需求为驱动的层次型人才培养知识体系
网络工程人才需求由三个层次构成:网络研究型、网络应用型和网络开发型,这三个层次的侧重点各不相同。网络研究型重点侧重于扎实的理论基础。网络应用型侧重于学生的网络设计、组织、实施以及网络安全知识和网络管理能力。网络开发型侧重于基于网络平台的软件开发、网络新技术应用的开发和推广。对于以上三个方向,需要分别考虑专业方向理论体系与实践体系的构建。因此在课程设置上分出三个层次:基础课程、主干课程和扩展课程。要求学生在基础课程和主干课程的基础上,通过选修不同的专业课程来体现方向差别。
(二)层次型工程实践能力培养,采用递进式的实践教学体系
第一层:课内实验和课程设计。课内实验主要面向一门课程中单独一节课的某些知识点而设置的基础性实验;课程设计主要面向单独一门课程所学知识点的综合运用,属于综合型实验,这些实验或设计内容一般以巩固和掌握所学知识为出发点。如数据结构、组网工程分别有16个和20个学时的上机实验,同时这两门主干课程各配备1周的课程设计,帮助学生巩固所学知识并运用专业知识解决实际问题。第二层:项目驱动的实训教学,在学生掌握了多门专业课的内容后以项目为载体,将所学多门课程的知识点链接起来,重点让学生在实际的项目参与过程中锻炼其综合应用能力。实训教学以学生为主,教师为辅,教师负责将一些实际课题设计为适合教学的项目,学生在教师的指导下自主地完成项目,通过项目的开发来了解课程间的联系,也在很大程度上解决了所学知识与具体应用的对接问题。同时,通过项目实训可以提高学生解决问题的能力、沟通能力、团队协作能力,以及提高学生职业修养等综合素质。如我校网络工程专业在2004—2005第一学期针对大三和大四学生组织开设了《Java游戏编程》《项目实训》《网络推荐算法的设计与实现》等6个方向的项目实训题目,这些项目涵盖了程序设计基础、软件工程、离散数学、Web系统与设计等众多专业课程和基础课程的内容,受到学生的普遍欢迎。第三层:企业实践、社会认证及毕业设计。根据专业学科的实际情况,我专业自2011年起每年组织学生到洛阳牡丹通信有限公司进行为期2周的生产实习,为学生提供机会了解行业发展状况、企业运行机制、人才需求等情况。同时在网络工程专业课程教学过程中,参考一些高水平网络工程认证的教材和实例进行讲解,并鼓励学生利用现有实验室条件练习,积极参加各类认证考试;同时,加强毕业设计环节的管理,使学生的动手能力、专业知识综合运用能力以及科研能力得到充分提高。
(三)层次型创新能力培养
关键词:认知学习理论;工程类;网络课程设计
《中国百科大辞典(第二版)》对“工程学”一词给出明确定义,即将自然科学原理应用于生产实践所形成的各学科,如机械工程、材料工程、建筑工程等。从此定义可以看出工程类专业的教学目标主要在于自然科学原理的应用,也就是掌握技术。所谓熟能生巧,巧就指技术,所以工程类学生需进行大量的实践训练来掌握技术。
网络课程是现代远程教育的重要载体,其质量直接影响着远程学习者的学习效果和教育目标的实现,而由于远程教育师生在时间、地点上的分布式特点,使网络课程的设计模式不能等同于传统课程的设计模式。近年来网络教育的发展步伐日益稳定,并且涌现出一些不错的网络课程案例,比如目前评出的网络教育国家级精品课程及部分省市级精品课程等。但是,由于工程类课程的特殊性,主要表现为计划性、技术性和复杂性它需要学生在意义建构与统筹运用知识、判断与分析处理问题以及沟通协作等方面都具有较高的能力,这对网络课程的设计提出了更高的要求。
一般认为,技术与教学结合的过程至少涉及3个方面:学习理论、技术本身和教学实践而本文仅选择“学习理论”这一维度进行分析。任何的课程设计必须基于一定的学习理论,并以学习理论的思想作为设计原则贯穿始终。本文结合目前对网络教育影响较大的认知学习理论的一些基本观点,探讨如何才能更好实现工程类网络课程的培养目标,并尝试性地提出一些适于工程类网络课程的设计策略。
1工程类网络课程概述及培养目标
1.1网络课程及网络课程设计的特点
何克抗教授曾经在2005年提出过网络课程的定义:“网络课程是在先进的教育思想、教学理论与学习理论指导下的基于Web的课程,其学习过程具有交互性、共享性、开放性、协作性和自主性等基本特征”。
网络课程通过网络创设虚拟化的集成教学环境和丰富的教学资源使学生通过自主化、个性化和协作化的学习来实现课程的培养目标。网络课程不同于传统的课程,在进行网络课程设计时需考虑师生分离的教学形式、远程学习者的学习特点、技术支持等因素,所以网络课程不能完全依照传统的课程设计理论,它应该有自己的一套理论原则。
1.2工程类网络课程的设计目标
根据前文所述的工程学及网络课程的定义,本文对“工程类网络课程”也进行了界定:工程类网络课程是在现今的教育理论与学习理论的指导下基于互联网开展的以传递自然科学原理及如何将其应用于生产实践为目的的课程,课程的学习过程具有交互性、自主性、开放性、协作性与实践性。
工程学是将自然科学原理应用于生产实践所形成的各学科。根据此定义可分析出工程类课程的培养目标,即:(1)掌握自然科学原理;(2)学会如何运用自然科学原理;(3)准确应用于生产实践。
简单来讲,工程类网络课程是在一定的教育理论和教学设计思想的指导下,基于网络的工程类课程。因此,工程类网络课程的培养目标就是学习者通过学习网络课程,实现以下目标:(1)理解并掌握课程中的概念与原理;(2)已获得概念与原理的运用法则;(3)形成技能,可在生产实践中熟练运用。
2认知学习理论及其对工程类网络课程设计的指导
以心理学家安德森(Anderson)为代表的现代认知心理学家认为,根据个人反映活动的形式不同,知识可以分为陈述性知识、程序性知识和策略性知识。在解决问题的过程中,三者相辅相成,缺一不可。陈述性知识在整个知识系统中往往起到基础的作用,各种一般程序性知识的获得和运用都要受到策略性知识的指导和支配。
工程类网络课程的三项培养目标分别与陈述性知识的学习、策略性知识的学习和程序性知识的学习相互映射。本文将从工程类网络课程的培养目标入手,结合认知学习理论进行分析,试图寻找更宜于各培养目标实现的理论依据与设计策略。
陈述性知识是对定义、原理、规律等的描述性知识,而这恰好映射了工程类网络课程的第一个培养目标,加涅指出这些定义、规律等陈述性知识在整个知识系统中起着基础的作用,并且还是思维的工具,所以学生智力技能、认知策略或动作技能的培养和锻炼无不需要其掌握广泛和精确的陈述性知识。
认知心理学家认为,环境知识提供潜在的刺激,至于这些刺激能否引起以及引起何种反应取决于学习者内部的心理结构。美国心理学家布鲁纳认为学习由一系列过程组成,要重视研究学生的学习行为,教学应注意学习各门学科的基本结构,而这些知识结构的小元素,就是我们所说的陈述性知识。陈述性知识是对定义、原理、规律等的描述性知识,而这恰好又映射了工程类网络课程“理解并掌握概念与原理”的培养目标。
为了有效的将外界客观事物的关系内化为学习者的内在认知结构,认知学习理论认为课程设计应坚持一些基本原则,而这些原则对陈述性知识、程序性知识和策略性知识的学习,也就是对实现工程类网络课程的培养目标有一定的指导作用。
(1)逐步分化原则,要求课程内容的呈现要从最基本的概念开始,根据具体细节逐步分化。并且认为概念和原理越是基本,在解决问题和学习新内容时应用性越大。(2)分类处理原则,要求课程设计者根据所阐述事理的属性和关键特征将它们进行分类处理,便于学习者在学习过程中系统的选择和抽象概括,并且这种分类处理既符合人类认知事物的基本规律,也容易使学习者形成概念。(3)积极参与原则,是指学习者不是被动地接受刺激,然后给予反应,而是积极主动地参与学习活动,主动获取并内化知识。
3工程类网络课程的设计原则探究
笔者从上文对工程类网络课程的培养目标及认知学习理论的深入分析的过程中,结合学习理论的课程设计原则,总结出了几条工程类网络课程在进行课程设计时应遵循的原则,在此一一列出,供大家探讨。
3.1以学习者为中心,支持学习者自定步调、自主学习
工程类网络课程的设计应该更关注学习者的需求,及学习者与学习课程的关系,网络课程不是用来规范和约束人的工具,而是学习者自我实现的阶梯。因此,学习者应该在网络学习的过程中占绝对的主体地位,根据自己已有的知识结构,有目标的选择合适的学习内容,自主管理学习步调与学习方式。
所以在设计网络课程时应该思考四个问题:(1)课程内容能否满足学习者的需求(2)课程设计是否适合远程学习者的学习特征?(3)课程设计是否有成熟的评价与反馈机制,供学习者自主学习?(4)课程设计是否给学习者留下了自我思考与自主建构的空间?
3.2课程内容分层分类设计
工程类网络课程的一个重要目标是技术的统筹掌握与应用,此处的技术一般是指程序性知识。而程序性知识学习的各个阶段对应着网络课稗中不同稗度与不同类犁的知识,为了便于学习者意义建构和程序性知识的形成,应该根据学习者特点和知识特点分层分类的进行设计。
建议在设计课程时,应根据知识的属性和内容关键特征,将其进行分类处理,并且知识呈现的序列应由最一般的基础性概念开始,再根据具体细节逐步进行知识分化。
3.3积极参与与主动建构
认知主义思想认为在学习过程中应该让学习者积极参与,在网络课程设计中我们应注意课程的交互性和可操作性的设计,保证在进行每一个小单元的学习时,学习者都可以积极的参与到其中,比如:通过选择、填空、书写答案或游戏等方式,使学生保持积极的学习动机。网络课程应该给学习者的信息加工活动提供条件和空间,使其能够积极主动的参与到知识的意义建构中,最终真正的获取知识。
3.4即时强化与反馈
即时强化与反馈可以提高学生学习兴趣,减少负迁移,加快概念原理性知识向技能操作转化,使技能达到自动化并保持在较高水平等。比如,设计网络课程时,设置实时在线交互与答疑、评价机制、错误记录机制、鼓励与惩罚机制等。
3.5创设学习情境与实践环境
应该给学习者提供与其现实生活相似的或真实的情境,以利于激发学习者内部的动机,让学生参与到整个学习过程中,提高学生的认知水平,培养学习者解决问题的能力和探索精神。学习者能否有效学习并熟练运用操作技能是衡量工程类网络教育成功与否的一个重要因素。
近年来,几何与物理建模方法、高性能计算、新型传感和感知机理、高速图形图像处理以及人工智能等技术已经相对成熟,网络试验系统和虚拟实验室的研究与应用也有了很大的发展,笔者在此不多阐述。但认为在网络课程中应用这些技术的时候需考虑2个问题:(1)应用此技术解决了什么问题?(2)应用此技术的初衷是什么?
3.6课程的开放性