基于CDIO模式的路由交换课程教学改革与实践
文章编号：1672-5913（2017）07-0052-04
中图分类号：G642
0 引 言
从2002年开始，国内已有200多所高校设立了网络工程专业[1]，培养了大批网络建设和维护人才。CDIO模式是2001 年由美国麻省理工学院联合瑞典查尔姆斯技术大学、林克平大学以及皇家技术学院 3 所高校，共同开发的一种全新工程教育理念和实施体系。它以工程项目从需求分析、设计研发，到测试运行，再到终结废弃的全生命周期过程为工程教育的背景环境，在此情境中引导学生以主动实践、积极创新、课程之间有机联系的方式开展学习活动[2]。
CDIO是基于工程项目的全过程学习，是“做中学”原则和“基于项目的教育和学习”的集中体现[3]，适合工科教育教学过程各个环节的改革。我们将CDIO理念引入到路由交换技术课程的教学中，力求从教学理念、课程体系和教学方法等方面进行改革。
1 现有路由交换技术教学中存在的问题
（1）重技术轻理论。路由交换技术的先修课程为计算机网络，由于两门课程中的部分知识点重?停?造成老师在教学中只注重演示路由器与交换机的配置方法，缺乏对其工作原理及网络协议的深入讲解，学生通过死记硬背配置命令，仿照老师的操作步骤，能够实现对路由器与交换机进行基本配置，组建简单网络，但对设备及协议内部的运行机制知之甚少，无法使学生具有设备研发能力及协议分析、设计和实现能力，导致其综合工程能力和创新工程能力较弱。此外，由于课堂演示会占大量时间，致使教师不能在限定的课时内完成授课任务，授课内容的组织存在一定难度。
（2）理论与实践相分离，缺乏能力培养的目标体系。目前多数高校路由交换技术课程主要采用“理论教学+实践教学”的教学形式。课堂教学中教师只讲理论，实验课中学生进行实践练习。在课堂上，学生很难对枯燥的理论内容和抽象的协议产生兴趣，更多的是充当“听众”的角色，跟着教师的思路去理解、记忆相关知识点，由于没有具体的能力培养目标，导致部分学生学习主动性、积极性较差，产生厌学情绪，教学效果不佳。
（3）课程实践内容和形式缺乏工程项目背景。课程实践只能达到理解知识点的目的，没有引入工程项目的实际需求、设计流程和实现要求。无法实现在理解知识点基础上解决实际工程项目问题的目的。
基于以上问题，我们依据CDIO核心理念进行教学改革，对路由交换技术课程重新进行教学设计，提出以学生为主体的项目驱动教学方法，可以有效解决目前课程存在的问题。
2 基于CDIO模式的课程教学改革
2.1 基于CDIO模式的理论课程体系
理论课程体系由课程教学单元构成，采用模块化教学，突出重点和难点。理论课程根据自编教材构建了模拟环境介绍、路由交换设备介绍及基础配置、路由技术、VLAN及其应用、访问控制列表、构建园区网络、接入技术7个教学模块，在内容的安排上紧紧围绕构建园区网这条主线，在介绍技术原理的同时，兼顾技术的具体应用，强调理论与实践相结合。同时，重视工程实践性，在项目的选择上注重针对性和实用性，目的在于帮助学生掌握局域网的规划设计、路由与交换设备的配置调试等基本技能，提高工程实践能力和解决实际问题的能力，真正做到学以致用。
由于路由交换技术课程的项目化特点突出， 所以整个课程体系是架构在基于工作过程的项目化教学基础上的。 根据 CDIO 课程大纲的能力体系架构，我们提出以“项目为载体，能力训练为主体”的新课程改革体系，如图 1所示。
2.2 基于CDIO模式的实践课程体系
根据教学目标，将CDIO理念引入实践课程教学中，依据实训项目侧重构思、设计、实现、运行理念的具体环节分为4种类型，课程改革坚持理论知识与实践技术并重，将学生的知识能力培养分为基础知识阶段和实践应用知识阶段，每个阶段的实训内容都以CDIO教育理念为导向，指导学生运用现有知识构思和设计具体项目，强调通过基本技能的训练，逐步培养分析解决问题的能力和团队协作能力，如图2所示。
在实验课程中，采用仿真设计与实验测试相结合的方法，针对教学内容构思和设计实际工程实例，采用模拟软件进行仿真验证，并在真机设备上实施和运行。基础知识阶段的实验主要在模拟环境下进行，学生依据实验指导书中的拓扑结构连接设备，按照实验步骤输入相应的配置命令即可完成。当学生掌握路由交换基本技术后，在真实设备上开展实践应用知识阶段的实验。该阶段需要对学生进行分组，着重培养学生综合实践能力。引导学生根据需求分析进行网络拓扑的设计、子网划分、设备互连、VALN配置以及在不同的网络环境下配置恰当的路由协议等，提高学生的工程实践能力和协作学习能力。
2.3 基于CDIO项目驱动教学方法的实施
以CDIO理念为导向，形成基于工程项目的实训设计流程，如图3所示。采用项目驱动教学方法组织教学内容，通过项目小组的形式进行学习探讨，小组成员采用分工协作的方式完成项目构思、项目设计、项目实施、项目运行、项目演示及结题阶段，学生在合作中交流，在交流中学习。在项目实施的整个过程中以学生为主体，教师只起到监督和指导的作用。以构建校园网为例，教师只需讲解项目需求的重点知识、原理和方法，指导学生动手实践解决网络结构设计、网络路由设计、VLAN规划设计等问题，综合运用相关知识搭建一个基本的校园网络。形成以学生听讲、实践为主，教师讲授、演示为辅的教学模式，教学与实践紧密结合，达到“听中理解”和“做中实践”的教学效果。 路由交换技术是一门实践性很强的课程，项目实训是整个教学体系的中心，项目实训可以在校内实验室模拟工作环境对学生进行训练，或在校外实训基地进行，强化学生实践能力培训，促成CDIO学习效果的形成。
2.4 教学中的反思
为了合理地评估教学改革的成效，需要适时在教学中进行反思。教师通过教学反思可以总结经验教训，优化教学设计，改进教学方法，提高自身教育教学效能和思维。学生通过反思，可以进一步明确教学目标，加深对理论知识和学习过程的认知。CDIO模式的教学改革提出了具有可操作性的能力培养，实现学生“做中学”的教学效果。为了达到课程教学目标，在项目实训过程中设计问题激发学生反思，通过对问题的分析和解答，发挥学生主体作用，调动学生学习的积极性，提高学生学习的自信心。
2.5 考核模式改革
基于CDIO工程教育模式的项目驱动教学改革中，路由交换技术课程的考核体系与项目课程教学紧密联系，课程成绩由4个部分组成：平时成绩占15%，理论考试成绩占30%，项目考核成绩占40%，反思成绩占15%。其中，项目考核采用优、良、中、及格、不及格5级等级制形式，实现对项目质量的监控，改变传统课程考核中期末成绩占主导的机制，提高过程性评价的比重，全面评估学生的综合能力。
3 课程改革成效
在中央提出丝绸之路经济带战略，召开第二次中央新疆工作座谈会后，喀什大学作为南疆唯一的一所综合性大学进入了转型发展的关键时期，计算机学院是学校首批?D型试点学院，在此背景下，路由交换技术课程在网络工程、计算机科学与技术两个专业的二年级学生中同步进行基于CDIO模式的教学改革。我们对喀什大学计算机学院（2013、2014、2015级）学生进行问卷调查。统计结果表明92.7%的学生认为教学改革后路由交换技术课程实现了课程的学习目标；91.6%的学生认为教学改革后形成了完整的课程知识体系；94.2%的学生认为教学改革后具备了一定的工程实践能力；95%的学生认为课程反思的方式能有效地提高学习的主动性；93.1%的学生认为考核方式能全面客观地评价学习效果。由此可见基于CDIO理念的教学改革在课程教育中的有效性。
4 结 语
实践证明，在路由交换技术课程教学中，引入CDIO教育模式，重构课程体系，理论与实践并重，建立基于项目的能力培养目标，重视教学中学生反思环节，可以激发学生学习的主动性，培养学生实践动手能力和工程素养，为将来从事网络技术相关职业打下坚实的基础。CDIO工程教育理念还可以应用于网络工程和计算机专业的其他课程，如计算机网络、数据通信原理、网络安全、软件工程等，在更深层次上进行课程建设和改革，训练学生的工程思维，全面提升综合素质和专业技能，满足社会对应用型人才的需求。
