“计算机网络与数据库”课程教学改革

朱美强, 王　军, 程　健, 张　倩

(中国矿业大学 信息与电气工程学院， 江苏 徐州 221116)



“计算机网络与数据库”课程教学改革

朱美强, 王军, 程健, 张倩

(中国矿业大学 信息与电气工程学院， 江苏 徐州 221116)

摘要：本文对“计算机网络与数据库”课程的教学内容、考核方式和教学方法进行了改革。计算机网络部分的教学注重与新兴技术、工业自动化网络的衔接，强调理论与实践并重。数据库部分教学重点培养学生利用网络进行自主学习的能力。仿真法、案例法、类比法和项目驱动法等多样的教学方法被合理地应用在课程中。实践结果表明教改取得较好的效果。

关键词：计算机网络与数据库；教学改革；电气工程及其自动化

0引言

在“工业4.0”和“互联网+”战略兴起的背景下，计算机网络技术与数据库技术已成为电气信息类专业学生所必须掌握的知识与技能[1]。因此，我校电气工程及其自动化专业根据实际情况，在课程设置中将计算机网络与数据库结合，开设了48学时的专业选修课“计算机网络与数据库”。

众所周知，“计算机网络”和“数据库技术”都是抽象性、综合性及实践性很强的课程[2-4]。所以，在有限的48学时内，希望非计算机专业的学生能很好地掌握这两门课程的核心内容，并能学以致用难度较大。以往该课程的教学实践已印证了这一点。因此，如何结合专业特点与学生知识结构，在学时有限的条件下，对“计算机网络与数据库”课程的教学与实验进行改革是亟待解决的问题。本文介绍近年来我们课程组在这方面的实践。

1课程教学分析

1.1教改前存在的不足

1)学时分配不合理

课程包含计算机网络与数据库两部分，内容较多，48学时分配捉襟见肘。已有分配中，网络部分教学为26学时，实验4学时。数据库部分教学为12学时，实验6学时。这样的分配使得两部分的授课与实验学时均显不足。

2)教学未体现最新相关进展

互联网技术被公认为是当代发展最为迅速的技术之一，教材内容的更新速度远跟不上技术发展的步伐。移动互联网、物联网和大数据技术等最新进展在现有教材里少有或者未有体现。

3)授课内容缺乏本专业特色

现有教学，从教材选用到课程组织方面都借鉴计算机专业的授课模式，较少考虑电气工程及其自动化专业的特色。例如，本专业课程中涉及的工业通讯网络(现场总线、工业以太网、无线传感器网络等)与计算机网络联系紧密，其本质上是一种特殊的局域网。现有教学较少将它们联系起来。

4)理论与实践脱节

计算机网络部分教学一般以体系层次结构为轴，按各层自底向上的顺序进行授课。各层教学多为概念、理论与模型的介绍。学生普遍反映内容散乱、枯燥，与实践脱节，而与日常生活密切相关的诸如宿舍上网设备的配置和管理、网络安全等内容却讲授不足。实验教学部分只提供制作水晶头、多台计算机联网的简单实验，复杂一点的实验安排则在仿真软件上进行，动手的实物实验缺乏，这不利于学生能力的锻炼。数据库的教学对理论介绍的较多，学生的实践能力培养不足。

1.2教改的积极因素

首先，学生对计算机网络与数据库知识都有一定基础。先修课程“计算机基础”对这部分内容都有所涉及。同时，大部分学生还通过自学，考取了网络或数据库方面的国家计算机二级等级证书，部分学生甚至取得了三级证书。

其次，学生对课程的学习有足够的积极性。宏观上讲，学生对网络与数据库在生活、工作中的应用有直观的认识。他们深切地感受到互联网为大众提供了更好的服务，创造了阳光下的财富。因此，他们对课程的学习自然有热情。微观上讲，课程有助于其考取更高级别的计算机等级证书，为日后求职增添砝码。

2教学改革与实践

针对教学中存在的不足，我们课题组对其进行了一系列改革与实践，下面具体介绍相关工作。

2.1整合课程内容，优化课程安排

课程设置重点强调学以致用、与本专业结合，培养学生通过网络自主学习的能力。数据库部分的重点放在软件应用上，新的课程安排减少了数据库的学时。为此，数据库教学借鉴CDIO工程教育模式，强调学生通过各种途径，特别是依托互联网的幕课和公开课，进行自主学习与实践[1，4]。

改革后的教学内容和考核方式如下：

(1) 数据库部分教学8学时。其中，4学时用于数据库设计的导引，1学时用于中期测试，3学时用于学生汇报，让其作报告并演示数据库设计与实现的成果。数据库软件学生可以个人自由选择，复杂的数据库系统可以多人合作完成。考核通过中期测试、学习报告和项目演示来实现。中期测试用于考查学生自主学习的进程。学生若通过公开课或幕课进行学习，并取得了有效成绩，则认可其成绩；

(2) 计算机网络部分教学为30学时，实验10学时。考核主要通过作业、实验与期末考试来实现。网络新增学时用于介绍新兴技术和与本专业相关的网络技术。实验部分增加了设计性、综合性实验。

教学内容和考核方式的重新规划，丰富了教学手段，解决了学时有限问题，为课程与前沿和本专业衔接、培养学生自学与动手能力提供了条件。

2.2拓展教学内容，引入新兴技术

针对教材未反映最新学科进展的问题，我们课题组每年都会研讨确定需要增加的新兴技术内容。近年的授课中，增加了智能电网、物联网、大数据和非关系数据库等内容，并阐述其与传统计算机网络、数据库之间的关系。让学生明白正是“泛在网络”的普及引起了大数据与非关系数据库的兴起。同时，让学生分组检索相关文献、撰写报告并进行课堂汇报，将学生文献检索能力的培养落实到具体的教学单元中。

2.3理论联系实际，注重与本专业衔接

为提高学生的学习兴趣，授课时将教学与日常生活中涉及的相关网络知识联系起来。例如，网络教学时会将部分知识点与图1所示的家庭网络结构示意图联系起来。

图1中，家庭有线、无线局域网通过NAT路由器后连接到ADSL Modem，再借助电话线接入区域宽带网和广域网。这样，物理层的电话线频分复用、数据链路层的局域网和PPPOE协议、网络层的IP

图1　家庭网络结构示意图

地址转换、应用层的地址解析和动态主机配置等知识都囊括其中。

考虑到本专业特点，授课时穿插讲解现场总线、工业以太网与计算机网络之间的联系，让学生能够举一反三。例如，绪论部分引用图2所示的选煤厂综合自动化的例子，以说明网络与数据库对于本专业的重要性。图2中的自动化系统，包括底层工业以太网、调度局域网、办公局域网和远程诊断网。调度局域网中设有大型数据库；再如，将本专业课程“过程控制”、“PLC原理与应用”中的自动化网络、基于网络的控制问题与计算机网络联系起来，说明它们本质上是应用于工业场合的局域网，需要特别考虑数据传输的实时性与可靠性。同时，引出上位机监控中的视频数据库、实时数据库与历史数据库等概念。

图2　选煤厂综合自动化拓扑图

2.4优化教学方法，多种方法结合

教学中，根据具体授课内容，将动画演示教学、案例教学、类比教学、项目驱动教学和探究式教学等方法合理使用。例如，讲解交换机与集线器的区别时，采用动画演示法。在Cisco的网络仿真软件上，以交换机与集线器为核心建立网络，通过计算机间发送ICMP数据包来说明两者的区别。ICMP数据包的传递过程被形象地显示出来，既说明了路由器与集线器的区别，又清楚地描述了各层数据包的处理过程；再如，讲解虚拟局域网VLAN时，使用图2所示的综合自动化网络案例。此案例中，PLC的控制信息与视频信号在同一网络传输时，应互不干扰，且控制信号有更高的优先级，从而引出VLAN技术；再如，如2.1所述，数据库部分的教学采用自主探究与项目驱动相结合的方法，重点培养学生自主学习能力与团队合作意识。各类教学方法的使用，让课程生动活泼起来，提高了学生的学习积极性。

2.5强调实验，培养学生实践能力

为培养学生实践能力，我校购置了思科的交换机与路由器，建立起网络实验室。开展的实验遵循由易到难，层层递进的原则，重点培养学生的动手实践能力。具体实验包括：网线制作、交换机组网、路由器组网、FTP服务器建立、网络协议软件使用和综合设计实验。其中，后三个实验必须同时使用交换机与路由器。综合设计采用分组方式进行，要求必须包含前面实验未涉及的内容和数据库的远程访问。

3结语

本文针对“计算机网络与数据库”课程特点，从突出专业特色、理论与实践并重和培养学生利用网络进行自主学习的能力这三方面入手，进行了教学改革，并在2011、2012级电气工程及其自动化专业的教学中进行了实践。实践结果表明：教改激发了学生学习兴趣，培养了他们的动手能力，课堂出勤率与课程考核优秀率显著提高。网络实验时，学生都能在网络设备上自行设计并实现数据库网络访问、web服务、邮件服务和视频点播等内容。数据库设计与演示部分，很多学生选用了MYSQL、SQL和Oracle等复杂的数据库软件进行开发，并成功实现了规定的功能。

参考文献:

[1]刘伟, 贺晓蓉, 贺娟. 电气工程及其自动化专业卓越工程师培养模式探讨[J]. 北京:中国电力教育, 2012, (6):58-59.

[2]蒋宗礼, 吴建平, 徐明, 张立军. 探讨计算机网络课程体系建设[J]. 北京:中国教育网络, 2008,(7):31-34.

[3]屈景怡, 李东霞, 樊志远. 民航特色的“数据通信与计算机网络”课程教改[J]. 南京:电气电子教学学报, 2014, 36(1):20-22.

[4]王向辉, 崔巍, 徐俊丽. 基于CDIO的数据库课程教学改革方案研究[J]. 北京:计算机教育, 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

文献标识码：A

文章编号：1008-0686(2016)01-0023-03

中图分类号：G633.67, TP39

基金项目：江苏省自然科学基金(BK20130207)，中国矿业大学青年教改基金(2001219)，江苏省博士后基金(1301029C)

收稿日期:2015-03-31;修回日期:2015-06- 05

第一作者：朱美强(1979-)，男，博士，副教授，主要从事工业自动化、机器学习与模式识别等教学和研究工作，E-mail：tianlianglu@163.com