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AI赋能的应用型本科计算机网络课程教学改革与实践探索

2024-11-01 30 上传者：管理员

摘要：计算机网络是当今信息时代的核心，随着新一代信息网络数字化、智能化发展，对计算机网络人才培养方案提出更高的要求。针对广东金融学院计算机网络课程教学内容相对滞后、实验设备陈旧，难以体现最新计算机网络技术发展动态等问题。该文以AI赋能的计算机网络课程为切入点，开展以培养学生创新能力为导向的应用型本科教学改革与实践探索。从修订教学大纲、增加学科前沿技术、新增软硬件实验平台、校企合作、评价体系和混合式授课方式等方面进行改革。通过调查问卷、平时小测验、期末考式等方式，评判教学改革初获成效。所实施的计算机网络课程教学改革对提升应用型本科院校的教师教学水平和办公效率，提高学生创新实践能力均具有重要的理论与现实意义。

关键词：
人工智能
人才培养方案
实验平台
教学改革
计算机网络
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中国互联网络信息中心第52次《中国互联网络发展状况统计报告》指出：截至2023年6月，我国网民规模达10.79亿人，互联网普及率达76.4%，固定互联网宽带接入用户总数达6.14亿户，我国即时通信用户规模达10.47亿人，生成式人工智能发展迅速，将对企业端即时通信产品的发展起到重要影响。2023年上半年，搜索引擎引入生成式人工智能技术，将推动用户使用体验和搜索营销方式产生重大改变。“5G+工业互联网”融合发展已进入快车道，如在石油化工、装备制造、钢铁纺织和电子产品制造等行业，联合电信运营商等共同开展项目建设，携手构建“5G+工业互联网”发展新格局[1]。

综上所述，计算机网络是当今信息时代的核心，已成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础和驱动力。随着新一代网络信息技术不断创新，数字化、网络化、智能化深入发展，社会对计算机网络人才需求逐年上升，网络人才培养迫在眉睫，与此同时也对计算机网络人才的培养方案提出了更高的要求。全国各大高校均将计算机网络课程作为计算机类、通信类、信息管理类专业的必修课程，同时计算机网络课程也是计算机类专业考研的必考科目之一。“互联网+”背景下，大数据、人工智能、量子科技等前沿技术不断取得突破，这都给计算机网络课程提出了更高的要求。只有不断更新教学方法、补充知识体系、转变思维方式，才能不断提高计算机网络课程的教学水平，以顺应时代变革。

因此，“互联网+”背景下，以AI赋能的计算机网络课程为切入点，以培养学生创新能力为导向的应用型本科教学改革研究与实践势在必行，对提升应用型本科院校的教师教学水平和办公自动化效率，提高学生创新实践能力均具有重要的理论与现实意义。

一、课程现状与问题分析

计算机网络课程涉及的知识面广、概念繁多、理论复杂、技术更新快。传统的教学方法难以取得理想的教学效果。此外，现代企业对于计算机网络专业人才所掌握的技术与知识的广度、深度及创新能力的要求也在不断提高。当前计算机网络课程的教学内容已相对陈旧，难以体现实际网络中最新技术的发展动态。在计算机领域，国内外教育研究者们已经认识到计算机网络课程教学存在的问题，并提出了一系列的改革方案[2-4]。现有的方案包括开放微课、慕课等网络公开课程、增加教学中的问答互动、教学效果的过程化考核和建立知识点与考核效果达成度的关联、设计混合式教学等方面[5-7]。这些方案在一定程度上解决了传统计算机网络课程教学的不足，对教学效果的提升具有十分积极的意义，但改革仍不够充分。

不同高校可能存在不同的实际问题，以广东金融学院（以下简称“我校”）为例，我校计算机网络课程是计算机科学与技术、软件工程、信息管理、电子商务和互联网金融等专业的本科阶段的必修课，是数据科学与大数据技术、信息与计算科学本科专业的选修课程。目前，我校开设的计算机网络课程还是采用传统的授课方式，即理论和实验相结合的方式，和现代企业需要的创新性复合人才之间还存在一定差距。我校开设的计算机网络课程主要面临以下几个方面的问题。

（一）课程教学内容相对陈旧

理论授课还是以教师为主导的单向知识传播的方式进行，不能使学生持续保持学习计算机网络技术知识的兴趣；课程教学内容相对陈旧，没有增加最新网络技术，难以体现实际网络中最新技术的发展动态。据调查问卷显示：以教师为主导的理论授课方式，学生的学习兴趣随着上课周次的增加而减退，如图1所示。

（二）实验项目设置有待改进

实验课设置的实验项目大多是验证性的实验，几乎不能开展大型综合性的实验，学生综合组网能力和解决实际问题的创新能力还有待提升。据调查问卷和学生评教数据不完全统计显示，大于40%的学生认为理论知识不能很好地运用于实践，实验课项目的设置不能很好地满足学生创新实践能力提升的需求。

图1 学生对计算机网络课程维持持续学习兴趣的比例

（三）工科类专业和非工科类专业教学大纲区别不显著

不同专业授课内容、重难点设置区别不明显，导致非工科类专业学生觉得课程难度大，很多重点难点问题理解困难；而工科类学生的知识需求还不能更全面地满足。我校的计算机网络课程对于工科和非工科专业的课程设置还有进一步改进和提升的空间。

（四）实验设备老旧

计算机网络实验室设备老旧，实验过程容易出错，需要花费较长的时间才能得到解决或者是无法解决，使学生有挫败感，部分学生反应理论知识和实验项目联系不紧密。

（五）课程考评体系规则制定缺乏合理性

总评成绩中笔试成绩比重较大占比较大，实验成绩占比较小。这样的考试和评价体系既不能较好地评价学生专业知识的掌握程度，也不能充分调动学生学习的积极性，尤其是实验课课时较多，而总评成绩占比较小，使部分学生不够重视实验课堂，上课积极性也部分被抑制。

综上，针对计算机网络课程现状和我校计算机网络课程存在的问题，进行计算机网络课程教学改革势在必行。以计算机网络课程教学改革为切入点，拟开展以创新能力为导向的应用型本科教学改革研究与实践探索。

二、教改思路与目标

针对我校计算机网络课程中存在的问题，提出基于“互联网+”和AI赋能的计算机网络课程教学改革实践方案，改革主要内容包括课程教学大纲的调整、教学形式、实验平台和实验环境、办学方式、课程评价体系以及AI教学工具的使用等方面。

以计算机网络课程为切入点，充分利用“互联网+”和AI等多种技术手段，弥补现有课程设置及方案的不足，扩充并更新原有知识体系，在教学内容、教学方式、实验平台搭建和课程评价体系等方面，研究并实施课程教学改革方案，按照“金课”标准构建计算机网络课程教学体系，助力应用型本科转型发展，培养出创新能力强且符合现代企业用人标准的复合型计算机网络人才。

三、教学改革的具体措施

针对我校计算机网络课程中存在的问题，提出基于“互联网+”和AI技术赋能的计算机网络课程教学改革实践方案，具体措施如下。

（一）线上线下混合式教学

针对以教师为主导的单向知识传播的授课方式，使得繁杂晦涩的理论知识难以理解并失去学习兴趣，以及目前课程内容滞后于网络技术发展的问题，解决方法如下。

首先，修订教学大纲，针对不同专业增加不同的新技术。计算机和软件工程专业增加5G网络和物联网技术，大数据专业增加云计算技术；非工科专业如信息管理和电子商务专业增加云存储技术。

其次，以学生为中心，线上线下增加师生互动；每学期发放学生调查问卷，搜集学生需求；设立分层次的学习和授课目标，多维度多渠道地为学生们提供学习便利性，以满足不同层次学生的需求。课前，利用QQ群发布有问题导向的预习资料，让学生们提前预习；课堂上，让学生参与重要和难以理解知识点的讨论和讲解。课后，搭建超星学习平台，在超星平台上放重点、难点问题的视频、资料，并发布问题的讨论。超星平台上建立作业和测试题库，针对有考研需求的同学，放置近3年考研真题答案解析和精讲，并把考研常考的知识点也放到对应章节的视频课中讲解，并建立考研试题库。建立计算机网络课程的QQ群，方便师生随时沟通交流。

最后，在教学内容上以实际应用为主导，以我校采用的计算机网络教材为教学主线[8-9]，从计算机网络相关的基本原理和关键技术两个方面出发，将抽象的协议设计内容删除，打破计算机网络体系结构层次的限制，由一个简单的企业网入手，尽量降低理论教学的抽象性，增加学习兴趣。主要讲授内容如图2所示。

图2 主要教学模块

（二）多种实验平台协同教学

针对学生实践动手能力差，实验设备老旧，问题频出，挫伤学生学习热情的问题。在原有实验硬件平台的基础上，搭建了三种实验平台，增加了Cisco Packet Tracer和wireshark仿真实验平台。硬件实验平台可以让学生们接触真实的网络设备，了解具体接线方法，增强动手能力，仿真实验环境可以让他们专注实验本身，而不用去解决因设备老旧带来的各种软、硬件问题，实验效率更高，不仅如此软件仿真实验平台的搭建，还可以解决现有硬件设备数量不足以支撑多个中小型网络环境搭建的问题，部分通信协议使用硬件实验平台无法验证而使用仿真平台可以清楚地观察协议工作过程。多种实验平台配合使用，不仅相互取长补短，还进一步激发了学生们的学习兴趣。同时引导学生开阔思维，鼓励他们参加互联网方面的重要比赛，为了迎接比赛，学生们会主动学习很多创新性的先进技术，达到以赛促学，增进团队合作意识和创新能力。

（三）专业差异化修订大纲

针对工科与非工科课程设置差别不明显，不能满足不同专业学生学习需求问题。修订教学大纲，增加工科类专业理论知识的深度，减少非工科专业实验难度。工科专业课程设置中应充分考虑到部分学生有考研需求，增加理论讲解深度。对非工科学生要以浅显易懂的方式讲解专业技术，删除专业性较强且晦涩难懂的内容。

通过多维度调研获取更全面信息，重新修订教学大纲，以满足各专业差别化的知识及技能需求。面向学生，主要采用问卷调查统计分析的方法获取学生需求；面向老师以组织开小组会的形式，讨论搜集到的关于针对学生专业背景和企业需求的教学内容的必要性及可行性，以及执行教学改革内容的教学效果，再共同商议并确定最终方案。

（四）引工程案例进实验室

针对计算机网络课程设置与用人单位的专业技能需求之间的差距问题，实施方案如下：建立校企合作办学机制，聘请企业专家与专业教师们一起修订教学大纲，共同完成课程内容设置。尤其在实验案例的设置方面，和企业专家共同开发实验内容，引工程案例进实验室。对于大型工程案例，设置1～2次实践课让学生进企业参观学习，听企业专家讲工程案例的实际问题处理方法，了解大型工程实践问题的处理方案，进一步驱动学生学习理论知识的热情和兴趣，实现理论指导工程实践的目的，进一步增强学生的自主创新能力。

教师队伍建设方面，鼓励任课教师下企业，了解企业需求并参与企业组网规划设计，进一步增强教师的企业实践经验，培养专业知识扎实、实践经验丰富的“双师”型教师队伍。

（五）构建多维度课程评价体系

课程评价体系包括：教师评价学生和学生评价老师。教师评价学生方面，从多个维度评价学生知识掌握程度，超星平台互动占比5%，超星平台的测试题完成情况占比10%，微课中预习情况占比5%，课堂考勤、回答问题占比10%，作业（实验报告和课后练习题）完成情况占比10%，实验综合成绩（每次实验成绩的平均值）占比30%，期末笔试成绩占比30%，如图3所示。

图3 学习各个环节在总评成绩中的占比

在学生评价老师方面，采用匿名调查问卷的形式了解学生的多方面需求，如听课需求、对老师的建议和意见等，以便更好地了解学生的学习动态。

（六）AI助力教学改革

随着人们对Chat GPT、文心一言、讯飞星火等生成式人工智能平台的广泛关注[10]，将生成式人工智能应用于计算机网络课程的教育教学过程中。在教学内容、课件制作、教学效果反思和课程学科组教研会议等方面形成了良好的应用效果。教学内容上增加最新网络技术，如生成式人工智能搜索引擎，大语言模型的讲解。课件制作方面，针对某晦涩难懂的重点难点问题，借助ChatGPT生成精美、易懂的PPT课件，提升教学效果和办公效率。针对学生对教学效果的反馈以及对教学的思考等信息与Chat GPT进行多轮问答，得到新的并符合学生需求的教学思路和教学方案。在开计算机网络课程教学讨论会之前，明确会议的目标后，借助Chat GPT平台，得到更好、更具体的教学方案，开教学研讨会时再和老师们探讨在生成式人工智能平台得到的创新性教学方案的可行性。这样不仅可以开阔教师们的教学思路，形成行之有效的教学方案，更进一步提升了教学水平，启发了学生们的创新思维。

四、结束语

随着新一代网络信息技术不断创新，以及智能化深入发展，社会对计算机网络人才的需求逐年上升，新型网络人才培养迫在眉睫，与此同时也对计算机网络人才培养方案提出了更高的要求。针对广东金融学院计算机网络课程教学过程存在的问题，进行课程改革。主要从授课方式单一、课程内容滞后于网络技术发展、实验设备老旧问题频出、课程设置不能满足学生和用人企业需求，以及课程评价体系不完善等方面开展教学改革，修订了课程大纲、更新的实验平台、推动校企合作的建立、邀请企业工程师参与大纲的修订、构建了多维度的课程评价体系，并借助生成式人工智能平台助力教学，不仅从多个维度提高了教学效果及教学水平，提升了办公效率的同时，进一步增强了学生的创新实践能力。

参考文献:

[1]第52次《中国互联网络发展状况统计报告》[R].中国互联网络信息中心,2023.

[2]陈朝华.计算机网络课程的混合式教学实践[J].福建电脑,2021,37(6):131-132.

[3]张建忠,徐敬东,吴英,等.面向深层学习的计算机网络课程优化设计[J].计算机教育,2021(1):66-69,74.

[4]李双梅,黄承宁.基于新工科理念的计算机网络课程教学改革研究与实践[J].现代计算机,2020(33):100-103.

[5]张锐敏,周涛,查志华.“互联网+”背景下混合式教学改革研究与实践探索———以“计算机网络与通信”课程为例[J].工业和信息化教育,2020(3):60-64.

[6]俞晨秀.基于网络平台的高职高专混合式教学研究[J].高教学刊,2019(12):89-91,95.

[7]王玉生,宋晓燕,张天杰.线上线下结合的教学模式探索[J].华北水利水电大学学报(社会科学版),2019,35(3):39-42.

[8]谢希仁.计算机网络[M].8版.北京:电子工业出版社,2020.

[9]黄林国.计算机网络技术项目化教程[M].北京:清华大学出版社,2018.

[10]王冲,张雅君,王娟.社会大众如何看待生成式人工智能在教育中的应用?———对B站ChatGPT话题弹幕文本的舆情主题与情感分析[J].图书馆论坛,2024,44(10):61-71.

基金资助:2022年度广东省本科高校教学质量与教学改革工程建设项目“‘互联网+’背景下以培养学生创新能力为导向的应用型本科教学改革研究与实践探索——以‘计算机网络’课程为例”(763);2023年度广东省教育科学规划项目“数字中国背景下大湾区数据科学人才培养创新实践研究”(2023GXJK407);

文章来源:刘俊霞,卞琛.AI赋能的应用型本科计算机网络课程教学改革与实践探索[J].高教学刊,2024,10(32):148-151.