计算机学科教学改革:北航式的奋斗(四)
文章编号:1672-5913(2009)17-0045-03
摘要:实验教学是整个教学系统中一个不可忽视的重要内容,如何能够利用本科阶段有限的课时培养出合格的计算机网络人才是许多高校教师努力探索的课题。本文根据计算机网络课程的特点,结合学生的实际情况,介绍了我们在这一过程中所实践的方法:构建一种多层次实验教学体系,以及具体的实施过程和体会。
关键词:计算机网络实验;分层次教学;实践;教学体系
中图分类号:G642 文献标识码:B
国家教育部从20世纪80年代后期开始,对大学的专业设置进行了一系列的调整,由原来的800多个减少为200多个,主要目的是使得培养的学生成为厚基础、宽理论、强创新技能、高素质的新一代人才,重点强调创新与实践教学在培养学生技能方面的重要地位和作用。实践证明,创新与实践性教学在培养学生技能的同时,具有培养学生综合素质的重要作用,是培养学生创新意识和创造能力的重要手段和措施。
随着我国IT产业的迅猛发展,IT人才短缺正成为日益突出的社会问题。据有关专家预测,在今后的十几年内,我国对IT人才的需求每年至少40万。其中网络系统工程师和网络应用工程师是IT业最急需的人才。但一方面是IT技术人才的匮乏,另一方面是计算机专业毕业生由于缺乏计算机技术应用的实际技能和创新能力而就业困难的尴尬局面。虽然造成这种局面的原因是多方面的,但其中的主要原因就是长期以来计算机专业教学受传统教育思想的影响和支配,强调知识的基础、理论的基础学习,忽视学生计算机实际技能、协作能力和创新能力和主动参与与实践意识的培养,使学生的主观能动性和对计算机网络技术应用的实际技能的掌握受到较大程度地限制。我校以先进的计算机网络实验基地为基础,采用集教学、训练和创新活动为一体的新型分层次教学模式,对计算机专业人才创新与实践教学模式进行了探索,并取得初步成效。
1分层次教学的必要性和合理性
“分层次教学”思想源于孔子提出的“因材施教”。“分层次教学”是指按学生实际学习程度,把学生分成不同层次的班级,并在班级授课制下进行施教的一种新型的教学组织形式。原苏联教育家赞可夫在《教学与发展》中提出“使包括后进生在内的全体学生都得到一般发展”的原则。“分层次教学”是尊重学生的个性,促进包括后进生在内所有学生发展的有效措施,是一种适合全体学生的教育教学方式。目前,已有很多高校开设了计算机网络实验课程,这些学生中有计算机专业的学生也有非计算机专业的学生,有本科生也有研究生,他们的基础不相同,传统的教学模式很难把握住学生的实际水平,常常是优等生“吃不饱”,而后进生却“吃不了”。
随着时间的推移,学生就会对这样的教学模式失去兴趣,教师很难兼顾周全。实际情况是,部分教师以较高水平学生为基础,结果多数水平不够好的学生似懂非懂,无法掌握教学内容,失去提高机会。若照顾基础较差的学生,较好水平的学生又会失去许多交际机会。处于两难境地的教师往往难以取舍,教学重点很难兼顾两极的学生,因而,两极分化便会日益严重。这就要求我们必须尊重学生的个性差异,本着“人人发展,人人成才”的目标,从实际出发,因材施教,实施分层次、分类别教学,这就使得分层次教学显得尤为必要。另外,计算机网络实验课程的“分层次教学”有其心理学依据。教育心理学家维果斯基认为学习内容主体应在学习者的经验范围之内,新知识只能以“最近发展区”(zone of proximal development),即原有知识的边沿上逐渐扩大外延。因此对于不同层次的学生来说,学习内容主体应该是不同的。而传统的课堂教学是无法适应学生的学习要求的。由此,我们可以认为“分层次教学”是适合学生的一种教学组织形式。“分层次教学”是依据素质教育的要求,面向全体学生,承认学生差异,改变“大一统”的教学模式,因材施教,为培养多规格、多层次的人才打基础而采取的必要措施。
2分层次教学模式的实施
一直以来,人们印象中的计算机课程实验主要是验证性实验,验证性实验难度较低,以现有的实验设备为主,主要使初学者通过实验过程获得一些感性的认识和体验,来理解复杂的计算机网络工作原理。例如通过网络协议分析软件对网络协议树的验证,组建特定的网络拓扑,搭建环境和网络设备配置,来验证RIP路由协议的工作原理等。这种教学模式一般是学生用机,老师辅导,实验内容不明确,随意性大,形式松散,严格地说,这种实验只能称为“上机”,说不上实验教学。改革实验教学方法,规范管理,提高教学水平,就是要注重“学生是教育主体”的作用。通过对学生的引导、帮助和促进,充分调动他们获取知识的积极性和主动性,增强能力,提高素质。实验是教学过程中的一个重要环节,因此,实验教学方法的好坏直接影响着学生对实验的态度,影响着他们的动手能力、创新意识的培养。计算机网络这门课程既有一般计算机课程的普遍性,又有其自身特性,计算机网络实验不仅是理论的验证,更重要的是通过网络的实验操作,培养学生对网络的分析、设计、管理与应用的实验技能,加深对网络理论知识的理解与应用,以达到懂、建、管、用的目的。
2.1分层次组织教学内容
目前,计算机网络实验教学主要有三部分内容:网络协议分析实验、网络设计实验、高级网络应用以及研究型实验。计算机网络分层次教学首先改变过去按部就班的教学模式,改变过去所有的学生进行同样的教学内容,打破以原始的班级为教学单位组织教学的形式,教师可以根据学生所学专业、学生的兴趣爱好,重新组织教学班。
实验根据学生程度的不同,设计了三个层次。第一层次面向网络基础知识相当较弱的学生,如本科专业为非电类专业,没有系统学习过计算机网络,实验课程以网络协议分析和基本网络设计为主要教学内容,包括组网实验,链路层实验,网络层实验,RIP协议分析,OSPF协议分析,复杂组网实验,传输层实验,应用层实验,网络应用编程,单独上机考试。第二层次面向大多数研究生,重点在网络设计和高级网络应用,包括组网实验,链路层网络层实验,OSPF协议实验,BGP协议实验,网络管理实验,复杂组网实验,传输层实验。第三层次面向网络基础较好能力较强的学生,学生根据自己的情况可以自主选择,主要在网络设计和高级应用的基础上,进行研究型实验,包括BGP协议实验,MPLS/组播实验,网络测试实验,网络性能评价实验并撰写报告,参加答辩。
另外,上面的实验内容有难有易,可以根据每个学生的实际情况为其安排相应的内容。这种分层次教学能较好地解决上、中、下不同层次学生间的教学矛盾,最终达到:既可最大限度地避免中、下等学生学不懂而“消化不良”,又可以满足优等生需要不断学习新知识而不至于“吃不饱”,因而分层次教学是合理的。
2.2分层次检查学习效果
每个单元结束后都要进行检查和考核。如果只出一些基础性题目,优等生会感到乏味简单,易产生满足的心理,失去学习的动力;而差等生会感到吃力,久而久之产生厌学情绪。因此,在单元考核或随机练习时,实行了分层次考核。考核优等生时,主要出一些灵活多变的题目,让他们在所学知识基础上加以分析,经过思考得出答案;对差等生多出客观题目,主要考查学生的基本知识。有时根据学习内容不同,采用不同考核方式,如:口答题、上机操作题。例如对于IP层实验,对差等生,主要提出对IP协议数据段,基于IP的主要协议的考察,对优等生则从IP层所在网络层出发,考察学生这些协议位于IP层优势和原理,并提出一些IP层协议的设计,加深对计算机网络分层体系结构的认识。
3分层次教学应注意的问题
分层次教学在计算机网络教学实验基地经过了近一年多的运行,实现了预期建设目标,成效显著,取得如下初步成果。
(1) 在计算机网络教学实验基地建设的促进下,为适应计算机专业创新人才的实验教学,我们调整了教材的选用范围。计算机网络主干课教材立足选用国内外的优秀教材,特别是国外能反映计算机网络技术发展现状及方向的先进教材,我们编撰能反映学生实际技能、协作能力和创新能力培养的计算机网络教材——《计算机网络实验教程》,力图使实验教材能配合实验教学培养目标,启发学生的想象力和创造力,尤其是诱发学生的原发性创新能力乃至创新冲动。该教材已经被评为“2007年度北京市精品教材”。
(2) 我们对本科计算机网络系列课程的教学计划、教学大纲和教材进行了深入研究和调整,并充分考虑了实验课与理论课的有机结合。通过对实验课及其内容进行整合更新,使实验更具综合性。使学生在独立设计出企业网络方案的同时,能对企业网络进行实际组网、实时网络流量和安全的综合分析和基本的网络应用编程,高层次的同学可以开展网络新技术方面的研究工作,如无线传感器网络,自组织网络,P2P网络等。
(3) 所有的实验根据专业基础课的进度分段对各年级学生随时开放。学生根据已掌握的专业理论知识和实验指导书选择实验项目,提出实验路线;鼓励学生对可提供的实验设施作自拟的整合,促进学生对实验课程的全身心的投入;在实验成绩的评定上,不简单地看实验结果的正确与否,同时注重实验方案的合理性和创造性,注重是否能对实验现象有较敏锐的观察、分析和处理能力。
(4) 将计算机网络实验室建设成为计算机专业本科生的网络技术实习基地。为此,我们和华为3COM网络公司合作成立了华为3COM网络学院,并针对高校教师师资举办了多期华为3COM网络学院讲师认证培训班,取得了良好的效果。此外,我们还和国际著名网络测试厂商Fluke成立了Fluke网络测试实验室,展开对互联网络的测试和性能评价的研究和实验。同时也为项目中计算机专业校企联合模式探索打下了坚实的基础和实施的经验。
分层次教学法教学效果极佳,但是它对教师的教学能力要求较高,课堂教学要以精彩的内容来吸引学生。教师在备课时,对每次实验重点和难点、实验中可能出现的问题、实验的数据和结果做到心中有数。实验过程中,教师加强巡视,出现问题,一般由学生自主研究解决,教师作启发提示、释疑和引导,这样的实验不光是学生动手做,教师还要在整个实验中起着主导作用。在学生主体方面,由于实验报告是培养学生写作能力、表达能力、分析能力和总结能力的一种较好方式,因此,要求学生每一个实验都要提交实验报告。在报告中注重分析、总结实验中的收获、体会,使学生从实验中不断积累经验,获得更多的实验技能。在实验课结束时,组织实验技能考核,最后根据学生实验情况、实验报告、考核及平时成绩,客观评定学生的实验成绩。通过以上措施,提高了学生对实验课的重视程度,同时对指导老师也提出了更高的要求。可见,把教师的主导作用和学生的主体作用结合起来,有利于提高实验教学水平。
同时在教学中,不应一味运用分层次教学方法,而偏废传统的教学模式。分层次教学需要占用大量的课时,因此,在有限的教学课时内,不必堂堂课、门门课都用分层次教学法。比如,大部分同学都生疏的章节,我们完全可以按照传统模式去讲授,而没有必要去实行分层次教学。所以,某节课是否应用分层次教学应根据教学的具体内容和学生整体掌握情况去决定。
4结束语
计算机网络实验是高校计算机网络课程的重要组成部分,进行实验教学改革与探索的目的是提高实验教学质量,使实验教学在人才培养中发挥更大的作用。对计算机网络实验教学内容进行优化、组合,探索计算机网络实验教学的有效方法,培养学生构建和开发网络应用系统的能力,是计算机网络实验教学改革的主题。
实践证明,基于计算机网络教学实验基地的计算机专业人才创新与实践教学模式培养了学生的创新能力。面对计算机科学技术的迅猛发展和大学就业竞争的加剧,在以后的工作实践中,我们还需要不断努力,不断探索,不断完善,充分发挥实验教学基地在培养大学生创新精神和实践能力中的作用。
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