0 引言
课程创新是落实拔尖人才培养的关键性基础环节。计算机网络作为计算机学科的专业核心课程，具有涉及面广、内容多、课程内容随互联网技术发展变化快的特征。课程散、杂、变的特征与计算机试验班高、精、尖的培养目标相互作用，导致原有的传统教学模式与实验方法无法适应计算机试验班的需求，亟须全新的教学方式探索与实践。
1 课程面临的主要挑战与国内外调研
1.1 拔尖人才培养面临的挑战
（1）传统授课方式与拔尖人才个性化培养之间存在矛盾。
（2）课业考试压力与探索网络前沿之间存在矛盾。
（3）现有硬件实验与深入掌握网络协议精髓之间存在矛盾。
（4）国际优质教材学习压力与注重国际化素质培养之间存在矛盾。
（5）国际化拔尖人才培养与思政教育的结合问题需要探索。
1.2 国内外现状调研
计算机学科作为信息领域的重要基础学科之一，拔尖人才的培养至关重要，国内外对于计算机领域的拔尖人才培养有着众多的尝试 [1-3]，更注重科教协同创新和科学研究素质的培养。在国内，随着国家基础学科拔尖学生培养计划 2.0 的实施，已有众多面向计算机拔尖学生的计算机试验班，其中最知名的是由姚期智院士主导创办的清华大学计算机科学实验班（姚班）[4]。该实验班非常注重学生基础能力和实践能力的培养，但相关网络课程的具体教学方式并未公开。
对于计算机网络课程的教学改革，国内不少高校都进行了有益的探索[5-10]，如南开大学的计算机网络课程，提出从 “教” 入手，多维度引导和激发学生深层次学习；华南理工大学提出基于翻转课堂的计算机网络课程教学重构，通过有机结合传统课堂和翻转课堂来实现教学目标。但相关教学改革工作没有特别针对拔尖人才的培养。与此同时，通过调研计算机学科排名靠前的国际著名大学，分析发现国外计算机网络相关课程的教学计划多强调网络新技术的引入。例如伊利诺伊大学香槟分校的通信网络课程，在讲述网络基础知识的基础上引入移动自组织网络、对等网络等 [11]。哈佛大学计算机网络课程，引入了 5G、区块链和数据驱动的计算机网络等最新技术 [12]。 此外，更注重系统能力的培养与网络协议的实现，如加州大学伯克利分校的计算机网络课程，需要在仿真环境下实现完整的距离向量路由协议算法等 [13]。斯坦福大学的计算机网络课程，需要实现基于IP网络，可靠、支持停等及滑动窗口的传输层协议等 [14]。
综上，与时俱进的新知识传授与多元化的系统实践能力培养，是国内外拔尖人才培养与计算机网络教学的发展趋势。
2 课程创新模式设计思路
针对教学实践中面临的难题与挑战，在国内外教学实践调研的基础上，本着 “服务国家需求，瞄准国际前沿，培养拔尖人才” 的育人理念，多举措并举，形成叠加效应，建立以前沿探索为特色的多维一体拔尖人才培养创新模式；采用基础理论讲授与领域前沿科研成果研讨相结合的混合教学方式，激发学生网络知识探索的兴趣；采用网络硬件设备实际操作、协议软件自主实现相结合的方式，践行知行合一；采用中英文对照双语教学，培养国际化思维与专业英语读写能力的同时兼顾学习效率；同时，积极探索计算机网络课程与思政教育的内在联系，实现两者有机结合、融会贯通，把 “立德树人” 贯穿于教学全过程，多举措并举、形成叠加效应，以取得显著成效。
1）夯实基础、探索前沿。
要采用计算机网络基础理论讲授与计算机网络领域最新科研成果研讨相结合的混合教学方式，通过对当年最新顶会论文研讨、复现、改进创新等，激发学生探索网络前沿兴趣，培养扎实的计算机网络基础知识和突出的科学研究能力。
2）软硬结合、虚实相融
采用网络硬件设备实际操作与网络协议软件实现相结合的方式，增强动手实践能力，掌握计算机网络协议的工作原理和实现细节，培养扎实的计算机系统能力。
3）中英对照、兼顾效率
采用中英对照式授课模式，选用国际著名教材中、英文版本，授课过程采用英文讲义，在培养学生国际化思维与计算机网络专业英语读写能力的同时，提升学习兴趣、效率与效果。
4）立德树人、有机融合
将思想政治教育落实落细，有机融入课程教学，以爱国主义情怀为指引，在授课过程中贯穿 “立德树人” 思政教育理念。
3 创新举措与实施过程
基于教学理念与创新思路，教学创新举措与具体实施过程如图 1 所示。
3.1 教学环节重构
（1）备课环节：授课教材选用国际著名计算机网络教材中文译本及英文原版，讲义以英文为主，编写全新的《计算机试验班计算机网络课程实验指导书》；准备最新网络技术及当年顶会论文等网络前沿素材；在硬件环境构建和网络工具运用的基础上，借鉴开源网络仿真系统搭建网络路由仿真实验平台，作为学生实现网络路由协议算法的基础；积极探索计算机网络专业课程内容与思想政治教育的内在联系，准备两者有机结合的素材。
（2）授课环节：授课环节共 40 学时，其中 32 学时采用传统授课模式，用于计算机网络基础理论学习，夯实基础，并在课堂介绍网络最新进展，启发创新性思维。8 课时采用翻转课堂方式， 用于计算机网络领域最新科研成果分组研讨，探索前沿，通过对当年顶会论文的分享、复现、创新等举措，培养学生的学术兴趣与实践能力；使用中英文双语授课，授课使用中文，讲义以英文为主。一方面提升了学生学习效率，一方面培养了国际化思维与专业英语读写能力；此外，进一步实现网络专业知识与 “立德树人” 的有机结合与融入。
（3）实践环节：实验学时 32 学时中，24 学时采用计算机网络实验室硬件环境实际操作，直观了解网络设备，增强动手实践能力；8 学时用于实际网络协议的软件实现，包括 Socket 编程与 RIP 路由协议实现等，真正掌握计算机网络协议精髓。
（4）评价环节：构建多元评价机制，将基础作业、学术报告、实验成绩等均纳入考核范围，降低考试成绩占比，减轻学生考试压力，调动前沿探索和实践积极性。
3.2 教学评价方法改革
针对以前沿探索为特色的多维一体拔尖人才培养创新模式，采用“重视理论基础，突出拔尖人才培养特点，强化创新研究能力”的多元评价机制，以课程的目标达成度评价教学。
首先，对课程目标进行分解（表 1）。其次，分配各考核方式对课程目标达成的权重占比（表 2）。总成绩由课本知识（平时作业+期末考试，60%）、前沿探索（前沿探索汇报，15%）、硬件实验（15%）和软件协议实现（10%）成绩构成。 其中，课本知识重在夯基固本，硬件实验和软件协议实现考查学生的实际动手能力。对于前沿探索，则聚焦学生创新研究能力的个性化评价，论文研讨的逻辑表达、论文的原型复现、科研创新的探索成果等均纳入前沿探索的评价体系。
各考核环节对各课程目标的覆盖率见表 3， 计算课程目标的达成度，值大于等于 0.60 表示目标达成。
4.1 教学成效
（1）前沿探索成效：激发学生探索网络前沿领域的兴趣，培养学生扎实的知识基础和突出的科学研究能力。在教学实践中，按主题选取当年中国计算机学会 A 类国际会议论文，由学生分组在课堂上穿插分享，使学生初探网络发展前沿，已累计分享、复现顶会论文 30 余篇；以学术论文标准要求完成了学术前沿论文大作业，撰写综述类学术论文 11 篇，创新性研究论文 4 篇。 其中，两名实验班学生在授课教师的指导下，针对研讨主题，在多媒体领域国际顶级会议 ACM Multimedia 发表论文。
（2）拔尖人才培养成效：增强学生动手实践能力，培养国际化素养，扎实计算机系统能力。在硬件实验的基础上，基于课程搭建的网络路由仿真实验平台，学生实现了完整的距离向量路由协议 RIP 算法，培养了学生扎实的计算机系统能力。先后近 20 名学生将课程上的科研能力提升作为其本科期间的亮点，请授课教师为他们出具国内外深造的推荐信，多名学生已在国内外著名高校深造，并从事计算机网络方向的研究；同时，通过中英兼顾的双语实践，在培养学生国际化思维的同时，减少了课业压力，学生学习兴趣与效率显著提升。
（3）思政教育成效：通过融入课堂的思政教育实践，将 “立德树人” 落实落细，培养具有家国情怀的拔尖人才。例如在网络协议讲解过程中，介绍我国在 4G、5G、WAPI 等计算机网络标准协议上面对的竞争与挑战，在网络安全章节，介绍我国网络安全专家破解 MD5 密码、科教报国实例，以 “爱国之心、报国之志、效国之行、强国之情” 引导学生，把 “立德树人” 贯穿于课堂教学全过程。
4.2 量化分析
基于面向拔尖人才培养的多元评价机制，学生的最终总成绩由各个分项成绩综合而成，课程优秀率保持在 70%，标准差 4%，符合计算机试验班学源结构。近 3 年课程目标的达成度均在 0.80 以上，达成了课程的教学目标。
为了更好地优化课程创新教学改革过程，我们对 2022 年课程教学改革过程进行了问卷调查，结果见表 4。
学生对课程教学整体评价较高，各教学过程的满意度均在 85% 以上。满意度最高的是课程思政（94.1%），说明备课环节针对性的思政素材准备，有助于在课程教学过程融入思政教育，培养学生的爱国之情。其次是软件实验，通过软件实验可以加深对计算机网络协议的理解，提高编程实践能力。顶会论文研讨满意度分化较大，值得关注与进一步优化。部分学生对顶会论文研讨满意度偏低，觉得研讨的论文与所学知识联系不紧密，难度较高，学习起来较为吃力，但也有很多学生最满意此项实践，认为通过研讨可以了解计算机网络的最新研究进展，有助于提升自身研究能力并确定未来的研究方向。
5 结 语
计算机网络作为受互联网时代冲击最大的课程之一，知识更新的高频节奏催生新的学生培养模式，与计算机拔尖人才的培养目标和教育理念相适应，更需要一套新的拔尖人才教学范式。课程通过多维一体教学模式的研究实践，以计算机网络课程教改为切入点，经过 4 年的教学验证，初步形成一套科教结合、协同育人的拔尖人才培养教学模式，具有一定的参考价值。在设计和实施中也发现了许多不足之处，还有待于进一步的完善和改进。
参考文献
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[14] CS 144. Introduction to Computer Networking [EB/OL]. [2022-12-15].https://suclass.stanford.edu/courses/course- v1:Engineering+CS144+Fall2017/about.
基金项目：教育部 2021 年度基础学科拔尖学生培养计划 2.0 研究课题 “夯实基础，探索前沿，面向拔尖人才培养 的计算机网络课程多维一体教学模式探索与实践”（20212087）；2022 年教育部——华为 “智能基座” 联接领域课 程 “计算机网络”（22ZNJZ27）。
作者简介：张未展，男，西安交通大学教授，研究方向为计算机网络、高性能智能计算，zhangwzh@xjtu.edu.cn；张利平（通 信作者），男，西安交通大学工程师，研究方向为计算机网络，zhangliping@xjtu.edu.cn。
转自：“计算机教育”微信公众号
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