朱美強, 王　軍, 程　健, 張　倩

(中國礦業(yè)大學 信息與電氣工程學院， 江蘇 徐州 221116)

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“計算機網絡與數據庫”課程教學改革

朱美強, 王軍, 程健, 張倩

(中國礦業(yè)大學 信息與電氣工程學院， 江蘇 徐州 221116)

摘要：本文對“計算機網絡與數據庫”課程的教學內容、考核方式和教學方法進行了改革。計算機網絡部分的教學注重與新興技術、工業(yè)自動化網絡的銜接，強調理論與實踐并重。數據庫部分教學重點培養(yǎng)學生利用網絡進行自主學習的能力。仿真法、案例法、類比法和項目驅動法等多樣的教學方法被合理地應用在課程中。實踐結果表明教改取得較好的效果。

關鍵詞：計算機網絡與數據庫；教學改革；電氣工程及其自動化

0引言

在“工業(yè)4.0”和“互聯(lián)網+”戰(zhàn)略興起的背景下，計算機網絡技術與數據庫技術已成為電氣信息類專業(yè)學生所必須掌握的知識與技能[1]。因此，我校電氣工程及其自動化專業(yè)根據實際情況，在課程設置中將計算機網絡與數據庫結合，開設了48學時的專業(yè)選修課“計算機網絡與數據庫”。

眾所周知，“計算機網絡”和“數據庫技術”都是抽象性、綜合性及實踐性很強的課程[2-4]。所以，在有限的48學時內，希望非計算機專業(yè)的學生能很好地掌握這兩門課程的核心內容，并能學以致用難度較大。以往該課程的教學實踐已印證了這一點。因此，如何結合專業(yè)特點與學生知識結構，在學時有限的條件下，對“計算機網絡與數據庫”課程的教學與實驗進行改革是亟待解決的問題。本文介紹近年來我們課程組在這方面的實踐。

1課程教學分析

1.1教改前存在的不足

1)學時分配不合理

課程包含計算機網絡與數據庫兩部分，內容較多，48學時分配捉襟見肘。已有分配中，網絡部分教學為26學時，實驗4學時。數據庫部分教學為12學時，實驗6學時。這樣的分配使得兩部分的授課與實驗學時均顯不足。

2)教學未體現(xiàn)最新相關進展

互聯(lián)網技術被公認為是當代發(fā)展最為迅速的技術之一，教材內容的更新速度遠跟不上技術發(fā)展的步伐。移動互聯(lián)網、物聯(lián)網和大數據技術等最新進展在現(xiàn)有教材里少有或者未有體現(xiàn)。

3)授課內容缺乏本專業(yè)特色

現(xiàn)有教學，從教材選用到課程組織方面都借鑒計算機專業(yè)的授課模式，較少考慮電氣工程及其自動化專業(yè)的特色。例如，本專業(yè)課程中涉及的工業(yè)通訊網絡(現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網、無線傳感器網絡等)與計算機網絡聯(lián)系緊密，其本質上是一種特殊的局域網?，F(xiàn)有教學較少將它們聯(lián)系起來。

4)理論與實踐脫節(jié)

計算機網絡部分教學一般以體系層次結構為軸，按各層自底向上的順序進行授課。各層教學多為概念、理論與模型的介紹。學生普遍反映內容散亂、枯燥，與實踐脫節(jié)，而與日常生活密切相關的諸如宿舍上網設備的配置和管理、網絡安全等內容卻講授不足。實驗教學部分只提供制作水晶頭、多臺計算機聯(lián)網的簡單實驗，復雜一點的實驗安排則在仿真軟件上進行，動手的實物實驗缺乏，這不利于學生能力的鍛煉。數據庫的教學對理論介紹的較多，學生的實踐能力培養(yǎng)不足。

1.2教改的積極因素

首先，學生對計算機網絡與數據庫知識都有一定基礎。先修課程“計算機基礎”對這部分內容都有所涉及。同時，大部分學生還通過自學，考取了網絡或數據庫方面的國家計算機二級等級證書，部分學生甚至取得了三級證書。

其次，學生對課程的學習有足夠的積極性。宏觀上講，學生對網絡與數據庫在生活、工作中的應用有直觀的認識。他們深切地感受到互聯(lián)網為大眾提供了更好的服務，創(chuàng)造了陽光下的財富。因此，他們對課程的學習自然有熱情。微觀上講，課程有助于其考取更高級別的計算機等級證書，為日后求職增添砝碼。

2教學改革與實踐

針對教學中存在的不足，我們課題組對其進行了一系列改革與實踐，下面具體介紹相關工作。

2.1整合課程內容，優(yōu)化課程安排

課程設置重點強調學以致用、與本專業(yè)結合，培養(yǎng)學生通過網絡自主學習的能力。數據庫部分的重點放在軟件應用上，新的課程安排減少了數據庫的學時。為此，數據庫教學借鑒CDIO工程教育模式，強調學生通過各種途徑，特別是依托互聯(lián)網的幕課和公開課，進行自主學習與實踐[1，4]。

改革后的教學內容和考核方式如下：

(1) 數據庫部分教學8學時。其中，4學時用于數據庫設計的導引，1學時用于中期測試，3學時用于學生匯報，讓其作報告并演示數據庫設計與實現(xiàn)的成果。數據庫軟件學生可以個人自由選擇，復雜的數據庫系統(tǒng)可以多人合作完成?？己送ㄟ^中期測試、學習報告和項目演示來實現(xiàn)。中期測試用于考查學生自主學習的進程。學生若通過公開課或幕課進行學習，并取得了有效成績，則認可其成績；

(2) 計算機網絡部分教學為30學時，實驗10學時?？己酥饕ㄟ^作業(yè)、實驗與期末考試來實現(xiàn)。網絡新增學時用于介紹新興技術和與本專業(yè)相關的網絡技術。實驗部分增加了設計性、綜合性實驗。

教學內容和考核方式的重新規(guī)劃，豐富了教學手段，解決了學時有限問題，為課程與前沿和本專業(yè)銜接、培養(yǎng)學生自學與動手能力提供了條件。

2.2拓展教學內容，引入新興技術

針對教材未反映最新學科進展的問題，我們課題組每年都會研討確定需要增加的新興技術內容。近年的授課中，增加了智能電網、物聯(lián)網、大數據和非關系數據庫等內容，并闡述其與傳統(tǒng)計算機網絡、數據庫之間的關系。讓學生明白正是“泛在網絡”的普及引起了大數據與非關系數據庫的興起。同時，讓學生分組檢索相關文獻、撰寫報告并進行課堂匯報，將學生文獻檢索能力的培養(yǎng)落實到具體的教學單元中。

2.3理論聯(lián)系實際，注重與本專業(yè)銜接

為提高學生的學習興趣，授課時將教學與日常生活中涉及的相關網絡知識聯(lián)系起來。例如，網絡教學時會將部分知識點與圖1所示的家庭網絡結構示意圖聯(lián)系起來。

圖1中，家庭有線、無線局域網通過NAT路由器后連接到ADSL Modem，再借助電話線接入區(qū)域寬帶網和廣域網。這樣，物理層的電話線頻分復用、數據鏈路層的局域網和PPPOE協(xié)議、網絡層的IP

圖1　家庭網絡結構示意圖

地址轉換、應用層的地址解析和動態(tài)主機配置等知識都囊括其中。

考慮到本專業(yè)特點，授課時穿插講解現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網與計算機網絡之間的聯(lián)系，讓學生能夠舉一反三。例如，緒論部分引用圖2所示的選煤廠綜合自動化的例子，以說明網絡與數據庫對于本專業(yè)的重要性。圖2中的自動化系統(tǒng)，包括底層工業(yè)以太網、調度局域網、辦公局域網和遠程診斷網。調度局域網中設有大型數據庫；再如，將本專業(yè)課程“過程控制”、“PLC原理與應用”中的自動化網絡、基于網絡的控制問題與計算機網絡聯(lián)系起來，說明它們本質上是應用于工業(yè)場合的局域網，需要特別考慮數據傳輸的實時性與可靠性。同時，引出上位機監(jiān)控中的視頻數據庫、實時數據庫與歷史數據庫等概念。

圖2　選煤廠綜合自動化拓撲圖

2.4優(yōu)化教學方法，多種方法結合

教學中，根據具體授課內容，將動畫演示教學、案例教學、類比教學、項目驅動教學和探究式教學等方法合理使用。例如，講解交換機與集線器的區(qū)別時，采用動畫演示法。在Cisco的網絡仿真軟件上，以交換機與集線器為核心建立網絡，通過計算機間發(fā)送ICMP數據包來說明兩者的區(qū)別。ICMP數據包的傳遞過程被形象地顯示出來，既說明了路由器與集線器的區(qū)別，又清楚地描述了各層數據包的處理過程；再如，講解虛擬局域網VLAN時，使用圖2所示的綜合自動化網絡案例。此案例中，PLC的控制信息與視頻信號在同一網絡傳輸時，應互不干擾，且控制信號有更高的優(yōu)先級，從而引出VLAN技術；再如，如2.1所述，數據庫部分的教學采用自主探究與項目驅動相結合的方法，重點培養(yǎng)學生自主學習能力與團隊合作意識。各類教學方法的使用，讓課程生動活潑起來，提高了學生的學習積極性。

2.5強調實驗，培養(yǎng)學生實踐能力

為培養(yǎng)學生實踐能力，我校購置了思科的交換機與路由器，建立起網絡實驗室。開展的實驗遵循由易到難，層層遞進的原則，重點培養(yǎng)學生的動手實踐能力。具體實驗包括：網線制作、交換機組網、路由器組網、FTP服務器建立、網絡協(xié)議軟件使用和綜合設計實驗。其中，后三個實驗必須同時使用交換機與路由器。綜合設計采用分組方式進行，要求必須包含前面實驗未涉及的內容和數據庫的遠程訪問。

3結語

本文針對“計算機網絡與數據庫”課程特點，從突出專業(yè)特色、理論與實踐并重和培養(yǎng)學生利用網絡進行自主學習的能力這三方面入手，進行了教學改革，并在2011、2012級電氣工程及其自動化專業(yè)的教學中進行了實踐。實踐結果表明：教改激發(fā)了學生學習興趣，培養(yǎng)了他們的動手能力，課堂出勤率與課程考核優(yōu)秀率顯著提高。網絡實驗時，學生都能在網絡設備上自行設計并實現(xiàn)數據庫網絡訪問、web服務、郵件服務和視頻點播等內容。數據庫設計與演示部分，很多學生選用了MYSQL、SQL和Oracle等復雜的數據庫軟件進行開發(fā)，并成功實現(xiàn)了規(guī)定的功能。

參考文獻:

[1]劉偉, 賀曉蓉, 賀娟. 電氣工程及其自動化專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)模式探討[J]. 北京:中國電力教育, 2012, (6):58-59.

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[3]屈景怡, 李東霞, 樊志遠. 民航特色的“數據通信與計算機網絡”課程教改[J]. 南京:電氣電子教學學報, 2014, 36(1):20-22.

[4]王向輝, 崔巍, 徐俊麗. 基于CDIO的數據庫課程教學改革方案研究[J]. 北京:計算機教育, 2011, 25(2):38-41.

Teaching Reform of Computer Networks and Database Course

ZHU Mei-qiang, WANG Jun, CHENG Jian, ZHANG Qian

(SchoolofInformationandElectronicEngineering,ChinaUniversityofMining&Technology,Xuzhou221116,China)

Abstract:The teaching contents, assessment mode and teaching methods of Computer Networks and Database course are reformed in the paper. The teaching contents of computer networks are connected with advanced technologies and industrial automation network. The principles of integrating theory with practice are also emphasized. The teaching of database highlights the cultivation of self-study ability using Internet. These teaching methods, such as simulation teaching, case teaching, analogy teaching and project-driven teaching are reasonably applied. Practice results show that the teaching reform is successful.

Keywords:computer networks and database; teaching reform; electric engineering and automation

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0686(2016)01-0023-03

中圖分類號：G633.67, TP39

基金項目：江蘇省自然科學基金(BK20130207)，中國礦業(yè)大學青年教改基金(2001219)，江蘇省博士后基金(1301029C)

收稿日期:2015-03-31;修回日期:2015-06- 05

第一作者：朱美強(1979-)，男，博士，副教授，主要從事工業(yè)自動化、機器學習與模式識別等教學和研究工作，E-mail：tianlianglu@163.com