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国家精品课程“计算机网络”建设体会

西安交通大学 冯博琴

“计算机网络”是教育部非计算机专业计算机基础课程教学指导委员会指定的6门计算机基础核心课程之一。西安交通大学的非计算机专业“计算机网络”课程于1996年开始建设,现已成为被国内同行认同的颇具影响力的课程。课程的发展和改革的进程大体可分为三个阶段。  

第一阶段(1996—1998),探索阶段。在1996年之前,全国各高校开设的计算机网络课程的内容是软件基础等课程的一部分,根据教学改革的形势,冯博琴教授及时提出“计算机网络”单独设课的建议,1996年开始在管理学院试点,同时开设全校选修课。在此阶段,工作重心是为下一步的教学改革积累初步的教学经验,探索非计算机专业学生对网络课程的需求和特点,积极编写合适的教材。  

第二阶段(1999—2001),初步建立非计算机专业的计算机网络课程体系结构阶段。提出了非计算机专业(理工科类)的计算机网络课程体系和教学内容,制定了大纲,设计了部分实验。标志性的工作是:冯博琴教授主编的面向21世纪课程教材《计算机网络》于1999年由高等教育出版社出版,并在2002年获得国家级优秀教材一等奖。网络课程的实验也在本阶段实现了零的突破,课程由纯课堂形式转变为“课堂+实验室”,这在当时的非计算机专业比较少见。到了2001年,本课程有了适用于非计算机专业的教材、实验,并形成了一支师资队伍,校内授课面扩大到电气、管理学院和全校选修,本课程的建设已见初步效果。  

第三阶段(2002—2004),网络课程基本成熟阶段。通过大量的教学研究和实践,对该课程提出了“懂、建、管、用”的教学定位,提出了四类两层次的“非计算机专业计算机网络”课程的体系结构和教学内容,基本覆盖了理、工、文、管、医各类专业。  

在这个阶段的网络教学中,注意到除对学生知识的传授外,在计算机能力、素质培养方面也做了探索。2002年开始引入双语教学,在教材和教学内容方面逐渐向国际化靠拢,建设了网络硬件实验室,开设了具有创新型、综合型的软硬件实验。考试方法也有改进,学生可以选择不同考试模式。  

在本课程的长期建设过程中,我们主要有以下的体会。

1. 教学内容是主线  

(1)课程内容体系结构  

计算机网络以及Internet是当代发展最快的信息技术之一,是新世纪人才要掌握的基本技能,它是非计算机专业计算机基础课的核心课程之一。计算机网络课程的内容非常庞大复杂,对于非计算机专业的学生,提出计算机网络课程的教学目标是使学生能够“懂、建、管、用”网络:  

“懂”是理解网络原理、相关协议和标准;  

“建”是掌握组建网络的工程技术;  

“管”是学会管理、配置和维护网络;  

“用”是在学会基本应用的基础上,学会使用将网络作为信息发布和管理的平台。  

设置的课程内容既包括计算机网络的经典和基本内容,也包括具有一定深度的知识,并且保持和国际网络教学最新发展同步,不断引入最新网络技术。结合以上目标,各不同专业教授网络课程时,以目前事实上的工业标准TCP/IP网络体系结构作为主线,以Internet作为实例来讲解网络原理和其应用。  

总结了9个知识大类、3个层次的54个知识点和6个目的的31个技能点(详见课程网站)。根据以上结构,针对各个专业的不同需要,对网络课程的内容和技能要求做相应整合,很好地满足了各专业对于网络教学的要求。  

(2)教学内容组织方式与目的  

不同专业对“懂、建、管、用”网络的教学内容与要求是不一样的。另外,学生中也存在能力差异,根据因材施教原则,在教学内容的安排和组织形式上充分考虑到专业特点和学生能力的不同,采取多层次、多类别的分类教学模式,即四类两层次。  

四类:  

(a)计算机网络与应用技术:适用于理工类专业,采用自编教材《计算机网络》教学,主要讲授内容包括计算机网络概述、数据通信基础、计算机网络的体系结构、计算机局域网络、网络互联及建网技术、网络操作系统、因特网的重要协议和网络设备。实验内容覆盖表1中所有的基本和中高级内容,另外对于网络管理与网络安全(第I类)也做了讲述。  

(b)计算机网络与通讯(双语):适用于电类等对计算机网络要求较高的专业,采用目前在国外几十所著名大学都采用的优秀英文教材《Computer Networking—A Top-Down Approach Featuring the Internet》,讲授内容以Internet为线索,自顶向下系统讲述了应用层、传输层、网络层、链路层的协议的原理。实验内容包括应用层协议分析和网络编程,重点在于理解协议的概念、应用和编制简单的网络协议,实现简单网络应用。基本覆盖了表1中所有的知识点。该课程侧重于网络内部原理、协议的学习,为学生向研究型学习方式发展打下基础。  

(c)计算机网络基础:适用于人文学院、管理学院等专业,采用自编教材《计算机网络》,主要讲授内容包括计算机网络概述、数据通信基础、计算机网络的体系结构、计算机局域网络、网络操作系统、因特网和网络设备。实验内容包括互联网应用、应用层网络协议验证、unix操作命令、网络测试及管理命令使用和基于WEB的计算平台的安装及设置。主要覆盖表1中的基本知识和中高级内容,但是略去了TCP可靠性(G11)、TCP流控和拥塞控制(G12)、路由协议(G4)这些难度较大的高级内容,它的要求比计算机网络与应用技术要低一些。  

(d)网络知识:用于医学院等专业,采用《新编Internet基础及应用教程》,授课内容包括计算机网络的基本概念;网络传输介质与体系结构;因特网的体系结构、因特网接入问题概述;万维网基本概念,浏览器的功能、万维网的搜索技巧、浏览器的设置和维护,电子邮件客户端的应用、电子邮件使用的协议、文件传输协议(FTP)、FTP服务器端及客户端;网站建设和网页制作初步。实验内容:学会Windows的基本网络配置,熟悉常用网络命令,掌握E-MAIL客户端、FTP客户端的配置和使用。主要覆盖表1中所有的基本内容。  

两层次:  

第一层次已在以上课程中介绍,第二层次是通过开设全校性选修课来体现。我们开设了网络软硬件选修课各一门:网页设计与编程、网络硬件实验技术,至今已开设3届,352人参加。  

第二层次的教学目标着重通过综合型、创新实验解决问题以培养学生动手能力。  

(a)网页设计与编程选修课:面向全校学生,侧重于学生的实践动手能力的培养,提供计算机技术的综合应用训练,内容包括计算机网络、程序设计、数据库和网站设计等内容,也为学生的课外创新活动提供平台。  

(b)网络硬件实验技术选修课:是一门面向全校学生的计算机网络技术实验课程。课程的目的和任务是从实际的工程应用角度出发,以计算机网络原理课程为指导,结合当前网络中的一些常用技术和标准,依据计算机教学实验中心网络实验室配备的先进网络设备,归纳总结出的一组与工程实际紧密结合的网络硬件实验。  

以上强调个性化培养和因材施教的组织方式,在近几年来的教学实践中收到了很好的效果,满足了不同专业不同程度学生的要求。

2. 教学实验环境建设是基础  

中心拥有 700 余台套的各类计算机设备、服务器(包括 Window NT 、 Linux 、 NetWare 操作系统平台)并构成高速局域网与校园网联接,学生可以通过网络获取进行网络实验的基本资源,并通过网络进行实验、结果的验证,实验报告的撰写和提交。网络课程的基础教学环境在近年来进行了充分的建设和发展,内容包括:

建设网络化教学平台,整合教学资源。2000年引入数字化网络教学平台(http://ctec.xjtu.edu.cn),以数字化、网络化来加强教学组织形式,中心所有课程的电子教案、作业、实验、答疑等教学各个环节均可以在平台上得到支持,提供了比较丰富的网络课程教学资源下载。并用以资源为中心的信息技术与课程进行全方位整合,建成优质丰富的教学资源和教学环境,满足学生个性化的自主性和研究性学习;重点从讲授、讨论、作业、实践、考核、教材等课程教学六要素上落实以学生为主体、教师为主导的教学模式,从而有利于学生创新思维和能力的培养。

建设网络硬件实验室。学校投资 60 万元建成的网络硬件技术实验室,实验室拥有专用服务器、访问路由器、集团交换机和六组实验设备,每组包含路由器、交换机、拨号及无线接入设备以及微机工作站等。在国内非计算机专业网络课程教育中独树一帜,为计算机网络的实验教学进行了全新的探索,也为学生网络课程创新提供了基本的实验条件。

网上实验空间。中心为所有参与网络课程学习的学生开设网上实验空间, 学生可以通过校园网在该空间中进行网络课程要求的大部分课程实验、个人网页的发布 , 以及创新性的网站系统的设计、安装、调试等。对于网页设计与编程课程,中心还提供了专用的服务器群,由三台服务器构成,为全校(东西校区)所有参与课程的学生进行网站设计与实验提供实验平台,也为优秀学生网站提供课后的发展、展示平台。

在网络教学实验平台上,涌现出各种新的学习手段和成果。例如,网上测试、根据教师学生讨论和答疑总结出的“网络100问”和几十个优秀的学生个人和社团网站等。

3. 教材建设是里程碑  

多层次、立体化、高水平的教材建设成绩突出,自1999年以来,自编网络教材和教学辅助材料共12种,分别在高等教育出版社、清华大学出版社、经济出版社出版,这些教材的建设还有以下特点:  

(1)多层次  

第一层次:1999年编写了面向21世纪课程教材《计算机网络》(获2002年国家级优秀教材一等奖,重印10次,14.6万册)2004年6月出版了 “十五”国家级规划教材《计算机网络》;该书适合中高要求专业使用。  

第二层次:《基于开放平台的网页设计与编程》、《计算机网络——基于因特网的信息服务平台》等教材均已出版,这些教材面向中低要求专业使用。  

第三层次:《计算机网络与通讯》、《计算机网络与通讯自学辅导》于2000年出版,由全国自考委组编,为独立本科段全国自学考试指定教材。   

(2)立体化  

2004年,《计算机网络》被高等教育出版社从1000多门课中遴选为百门精品课程教材之一,并已按立体化教材规范建设,电子教案及与教材配套的实验指导书、题库(纸介质)、课程网站、授课录像、网上答疑、网上测试等已于2004年10月验收。   

为适应现阶段国内高校本科教育中网络课程授课对象的不同需求,我们还引进国内外的优秀网络课程教材,进行教学。

4. 培养学生动手和创新能力是根本  

相关网络实验,它分为三个层次:  

第一层次是基本技能训练,它是以上四类网络课程都要求的,主要是使学生掌握常用的网络工具和建立、配置网络,包括UNIX/Linux系统的简单应用、Internet浏览器使用、邮件代理配置、利用Windows 98建立对等网、Web和FTP服务器的安装与测试5个实验。  

第二层次是中级技能训练,它面向计算机网络与通讯类、计算机网络与应用技术类、计算机网络基础类,主要使学生进一步掌握较高级和较复杂的网络技能,包括使用PHP提供动态网页服务、MySQL数据库及PhpMyAdmin的安装和配置、内容管理系统(CMS)应用、网络应用层协议分析和验证、实现NCSP协议网络选课系统、Apache Friends和XAMPP 等11个实验,其中“实现NCSP协议网络选课系统”实验针对计算机网络与通讯类,其他两类略去此实验,主要是因为这两类学生没有学习程序设计课程。  

第三层次是高级技能训练,它面向学有余力的优秀学生,培养他们的创新精神和动手能力,包括软硬两个部分的创新实验:  

(1)我们在全国高校范围率先在非计算机专业开设了硬件创新实验,投资60万资金购置了一系列专用网络组网硬件设备,并编写了《网络硬件实验技术》(讲义),设计了以太网技术、VLAN配置、Cisco路由器配置和使用、第3层交换技术、ISDN、X.25仿真、防火墙、VPN、无线LAN(WLAN)等14个高级网络硬件实验。  

(2)为鼓励学生充分发挥创新和动手能力,我们开设了网络开放性创新实验,主要从网络软件的编写和应用方面引导学生将网络原理知识和实际网络编程结合起来,加深学生对于网络原理的更深入理解,并锻炼学生的动手能力。安排了Multithreaded Web Server、Mail Sender、利用多线程服务器实现的客户/服务器Tic-Tac-Toe网上游戏程序、Go-Back-N Protocol仿真、Flow Control 仿真等17个网络编程实验。  

到目前为止,我们已经给5791名学生授课,其中93.3%的学生进行了第一、二层次的实验。第三层次的创新实验教学思想和实验内容已应用在2004级电专业“计算机网络与通讯”(双语)教学中,参加学生人数达到148人,占到本届电专业学生总数的40%,取得优秀成绩的学生人数为36人(硬件创新14人,网络编程22人),占参加学生总人数的24%。  

结果表明:重基础、强实践、突出能力考核可以更充分地调动学生学习的积极性,教学效果提高了,综合应用能力提高了,课程及格率自然也提高了。  

为了加强学生自学、创新和动手能力的课程内容和实践环节,也相应对考试方法进行了改革,制定了两类考核办法,第一类考核成绩的构成:实验成绩占25%,平时作业和课堂提问占15%,期末考试成绩占60%。它主要针对一般学生。第二类考核成绩的构成:完成开放实验或者硬件组网实验的同学,其实验成绩占50%,期末考试成绩占50%。通过答辩并且特别优秀的学生可以免考,这主要针对参加创新实验的优秀学生。这些措施大大激励了学生的学习斗志,对于优秀学生也提供了施展创新力的舞台。

5. 师资队伍建设是关键  

本课程组教学队伍稳定、结构合理,学术各有专长又相得益彰,势头强劲,是以中青年教师为主、具有极强敬业精神和团队精神的师资队伍。  

课程负责人冯博琴教授是博士生导师,任教育部2001—2005年高校计算机科学与技术教学指导委员会副主任委员、非计算机专业计算机课程教学指导分委员会主任委员,2003年获第一届高等学校教学名师奖。从开设本课程至今,他一直负责本课程设计、规划、建设和实施,并主持本课程所有教改项目和教材编写任务。  

九年来,参与本课程教学和实验工作的教师人数较多,达11人,其中教授1名,副高职称5名,中级及以下职称5名,高级职称的人员占总人数的54%。每年参与实验辅导的博士及硕士研究生9名。  

教师队伍以中青年教师为主,50岁以下教师占90%。提高青年教师水平是关键,我们采取在职攻读学位和出国进修并举的方针,已有2名青年教师进修回国,另有2名教师即将出国进修;5名青年教师在职攻读博士学位。目前,取得硕士和博士学位的人数占63%。此外,还动员教师参与学校的教学改革和教材编写,目前网络课程的8名教师中,有6名参与过各种教学改革项目或教材编写。

6. 课程建设效果  

本门课程的建设取得了较为显著的成效,课程已有四种类型,授课对象包括了全校电气、医学、口腔、人文、管理以及理学院的学生,每年的受益人数在1800人左右。主讲教师也由初期的2人增加到8人。中心“计算机网络”课程的教学已出现了生动活泼的新局面,已经成为具有我校计算机基础教学特色的一门优秀课程。  

本课程得到国内同行好评。清华大学计算中心副主任、教育部非计算机专业计算机基础课程教学指导分委员会副主任委员王行言教授评价:西安交通大学计算机教学实验中心开设的“计算机网络”课程,在国内率先提出了4类2层的非计算机类网络课程的体系和教学内容(知识点和技能点),提出了“懂、建、管、用”的课程定位。承担并完成了教育部面向21世纪课程教材《计算机网络》、“十五”国家级规划教材《计算机网络》的编写任务,并承担了高等教育出版社百门精品课程教材《计算机网络》的建设任务。其中,面向21世纪课程教材《计算机网络》获2002年全国普通高等学校优秀教材一等奖。

四川大学计算机学院院长李志蜀教授评价:“计算机网络”课程体系的设计,面向的教学层次广且针对性强。分层次、立体化的课程体系设置是该课程设计的一个非常突出的特色。传统教育中常忽视的学生动手能力问题,在此课程设计中进行了充分考虑,是该课程设计的另一个特色。该课程的确是一门很有特色的优秀课程。

 

 
 

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