成果精粹|基于OBE的软件工程专业实习案例库建设与应用研究
金陵科技学院胡夏芸、窦如林共同主持完成了江苏省高等教育学会2020年江苏高校“大学素质教育与数字化课程建设”专项课题“基于OBE的软件工程专业实习案例库建设与应用研究”（课题编号：2020JDKT136），课题组主要成员：李广水、李尤丰、王智钢、丁展、张海涛、薛俊玲、沈维燕、田美娟、高庆梅 。
应用型大学转型与发展的核心目的是对复合型技能人才的培养，高校对人才的输出将是社会关注的焦点，对于高校而言，要在学校专业与教学环节的整个设计中注重人才培养与社会需求之间的对接。产出导向教育（Outcomes-based Education，OBE）是以最终成果为导向的一种工程教育模式。该工程教育认证模式中的学生能力产出和当今社会各行业对于应用型人才的培养要求趋于一致，为了提高教学质量，重视学生能力产出被广泛地应用于工程类课程实验教学的改革实践当中。
将OBE理念与本科专业课程建设结合，意义深远。计算机网络组网实验是指网络组建技术实训，是培养计算机相关专业具备组网技能的重要实践环节。这部分内容既是计算机网络的重要知识，也是计算机相关专业课程体系中的难点，具有实践要求高、知识范围广等特点，对于学生实践能力培养和专业知识的扩展有着重要意义。传统的计算机网络组网实验以单一灌输的教学方法为主，学生被动地接受教师的理论讲授，从而引起厌学心理，不但限制了深入学习的意愿，还影响了专业发展；既造成了实验教学效果的下降，又影响了学生对知识的掌握，忽视了学生的学习基础和学习目标的达成。为了提高计算机网络组网实验的教学质量，应将OBE 理念引入实验课程的教学中。
当前，案例教学法应用于实验教学已经成为一种趋势，计算机相关专业应结合自身的人才培养体系和课程特点积极展开案例教学法的应用性研究。此研究同样适用于计算机网络组网实验教学，使教师能够把握教学的主动性，尽可能提高课程目标达成度，促进学生的能力达成，取得教育、教学更为深远的改革与创新效果。基于OBE的计算机网络组网技术案例教学尊重教学中学生的主体地位，以学生组网实践能力产出为导向，合理逆向构造组网工程案例实验教学内容，将各知识点的有机统一和复杂问题的合理分解有效结合，进一步促进学生的能力产出。
1 基于OBE的计算机网络组网技术实验案例教学总体思路
1.1 确立课程能力目标
通过学习应用型本科人才培养方案意见，开展软件工程专业发展、人才就业需求调研，研讨确定本专业毕业生应达到的12项毕业要求，具体共36个细化指标点。针对计算机网络组网技术实验课程，引入成果导向教育理念，结合专业定位，确定教学目标，逆向设计教学内容。根据专业毕业课程能力要求，本实验课程具体支持的毕业要求的细化指标点有4-3、4-4、9-1、9-2，进而建立教学内容与课程目标及毕业要求细化指标的对应关系，见表1。
表1 教学内容与课程目标及毕业要求的对应关系
支持毕业要求的细化指标 | 教学内容 | 课程能力目标 |
4-4能够安全地开展实验，严谨地采集实验数据，如实地记录实验结果，对实验结果进行分析和解释，并通过信息综合得到合理有效的结论 | 交换机、路由器的配置与管理 | 课程目标1：掌握交换机和路由器的管理与配置方法；掌握VLAN、STP、静态路由、RIP、OSPF、NAT、ACL等网络技术及配置方法 |
9-1具有团队合作意识，能够与团队中各学科成员进行有效沟通、并合作开展工作
| 中小型园区网络系统分析与设计 | 课程目标2：理解掌握园区网络的规划与设计、结构化综合布线技术方法，初步具有在计算机网络规划、设计过程中的分层思想和分析问题的能力，合理设计不同网络层次的功能及其特性 |
9-2能够理解个人在团队中的角色，能够独立或合作承担团队所赋予的任务 | 中小型园区网络系统实现 | 课程目标3：综合运用掌握的网络技术，能对园区网络的常用设备和基本需求进行编码配置 |
4-3能够针对特定软件工程问题，选择研究路线，设计实验方案，构建实验系统 | 实验报告撰写 | 课程目标4：初步具有使用清晰、规范语言描述软件系统分析、设计及实现过程的能力 |
1.2 以学习产出为导向设计组网实验案例教学内容
基于表1的对应关系，以学习产出为导向，逆向构造与课程能力目标相匹配的实验案例内容体系。实施网络组网实验的目的是使学生能熟练掌握计算机网络各种设备的安装、配置、测试和解决实际网络问题所需的实践技能，真正做到学以致用、产出导向式学习。要达到这种教学效果，必须通过大量的实践环节教学去实现。而在网络实验中，由于涉及交换机、路由器的品种及价格因素等，教学中一般很难提供足够数量的设备供学生实际配置操作，因此，教师在带领学生熟悉网络物理设备的同时，再结合模拟软件进行实验教学，是对传统网络实验教学的重要补充；同时，根据工程实际需要，深入剖析并设计各项组网实验经典实践案例，由分项基本案例实验与综合案例实验组成，体现出分项案例的循序渐进性、代表性以及与工程综合案例的接轨性。以思科网络模拟软件Packet Tracer为教学辅助软件为参考，组网实验案例教学内容设计如图1所示。
图1 计算机网络组网实验案例教学内容框架
分项基本案例实验一般要求学生独立完成，激发学生的学习兴趣，将实践经验融入基本理论中。主要的案例配置命令都是结合技术要点和理论进行分析，对学生的知识和能力起到巩固、拓宽和提高的作用。各分项案例知识点是紧密连接的，在具体教学过程中，不同的知识点对应不同的分项案例实验，教师可以根据学生对分项实验的完成情况来分析不同学生的能力达成，为接下来综合案例的教学和实施打下坚实基础。举例标准访问控制列表案例实验：要求学生设计企业局域网拓扑结构图，网络覆盖包括经理部、财务部和销售部等，学生实验任务是完成部门间的服务访问控制，保障企业内部信息的隔离性和安全性。通过该基本案例，使学生熟悉企业局域网规划的基本原则，理解并掌握标准IP访问控制列表的原理、功能及配置方法，实现公司的通信要求，记录网络调试问题。
学生熟练完成分项基本案例的实训后，再进行综合案例实验的选择，教师设计并不断更新综合案例库，合理设计实践技能训练内容，以园区网络建设为主线，侧重可操作性和启发性。以高校校园网网络综合案例的规划设计为例，实验背景为某高校进行网络建设，网络覆盖教学区、办公区、学生区等区域信息站点。为了保证网络安全、可靠，学校要求核心设备支持防DDOS攻击、防恶意的IP扫描，要求核心和接入网络设备进行虚拟局域网（VLAN）划分，提升网络带宽利用率，避免出现广播风暴。图2是高校校园网络分层设计规划案例参考拓扑图，接入层交换机划分了办公区网（VLAN 20）、教学区网（VLAN 21）、学生区网（VLAN 22）和网管网（VLAN 200），VLAN 20、21、22通过汇聚层交换机与路由器R1相连，汇聚交换机上的VLAN 200存放了一台网络管理设备。路由器R1、R2和R3通过路由协议获取路由信息，路由器采用了访问控制列表技术作为各区域控制访问的手段。
图2 综合案例高校校园网参考拓扑结构
综合案例实验教学中，根据实际工程网络部署的需要，要求学生完成一系列的实验任务，包括网络设备选型、拓扑图构建、IP地址规划、生成树、VLAN互联、全网互联、安全访问控制等。使学生可以系统地掌握园区网络的规划与设计、结构化综合布线技术方法、实施及维护，初步具有解决实际网络复杂问题的能力。
1.3 建立多项考核及有效评价机制
基于OBE的计算机网络组网实验案例教学注重多元化的考核，从多个方面考核学生，考核方式与培养目标相结合，主要考虑在相应的培养目标下学生的学习达成度情况。具体的教学考核和评定标准见表2。
表2 基于OBE的计算机网络组网实验案例教学考核与评定标准
考核方式（权重） | 考核内容（权重） | 评定标准 | 备注 |
分项案例实验 （30%） | 交换机分项实验（5%） 交换机测试实验（5%） 路由器分项实验（10%） 路由器测试实验（10%） | 对实验的中间过程和最终结果进行检查，并对相应的实验结果提问，依据检查结果和学生答辩的情况进行评分 | 根据培养目标和教学评价优化考核和评定标准 |
综合案例实验 （30%） | 综合案例实验（10%） 综合案例测试实验（20%） | 根据综合案例项目文件完整性、编码配置工作量及需求功能点实现综合评定 | 根据培养目标和教学评价优化考核和评定标准 |
实验报告 （40%） | 工程网络案例成果提交（10%） 扩展能力（10%） 报告撰写（20%） | 根据工程网络案例项目文件完整性、配置工作量及需求功能点实现综合评定 根据扩展性学习的能力、知识量的多少、掌握的程度等评分 报告撰写评分标准见表3 | 根据培养目标和教学评价优化考核和评定标准 |
组网实验课程要求每位学生提交一份实验报告，报告应由学生根据自己工程网络案例的园区网络设计与实施项目完成过程撰写，具体评定标准见表3。
表3 计算机网络组网实验报告评定标准
报告项目内容 | 权重/% | 评定标准 |
系统分析 | 20 | 按照功能完备程度和描述规范详细程度以及网络特性描述是否合理进行评定 |
系统设计 | 30 | 按照是否充分体现层次性、合理性，对网络拓扑结构、子网IP地址、局域网内部设计、出口设计、网络安全设计的详细设计描述特性进行成绩评定 |
核心设备配置文档代码、实验结果测试 | 40 | 配置文件代码运行正常，功能点完善，配置文件代码充分体现用户功能需求，圆满完成网络需求所规定的各项任务，实验结果测试正确 |
实验总结 | 10 | 对项目的优点和不足进行总结，同时对课程学习总结 |
组网实验案例教学有明确的课程质量要求，对每一个案例教学活动进行评估。针对综合案例，教学时可组成2人或多人一组完成。在实施过程中，会对案例教学学习成果进行过程性评价和总结性评价，包括教师评价、学生评价、学生互评、师生互评等，评价结果作为计算机网络组网实验教学持续改进的一部分量化证据。
2 教学实施及效果分析
本组网实验课程案例教学改革在2017软件工程（1）（2）班进行实施，班级人数分别为31人、35人。由表1可知，毕业要求指标点4-4对应课程目标1，指标点9-1对应课程目标2，指标点9-2对应课程目标3，指标点4-3对应课程目标4，根据课程能力达成矩阵，各指标点的达成目标值分别为0.1，0.2，0.2，0.3。根据计算得到两个班4-4、9-1、9-2、4-3各指标点的达成度，（1）班为 0.08、0.17、0.17、0.24，（2）班为0.08、0.15、0.15、0.23，两个班都基本达到规定的能力要求，再根据课程目标分析，得到各课程目标的达成度图，如图3所示。
图3 2017软件工程（1）（2）班在该课程中各课程目标的达成度
由图3分析可知，（1）班课程目标2达成情况最好，课程目标4达成较低，但总体达成情况相差不大，都在0.8左右；（2）班课程目标1达成情况最好，课程目标3达成度最低。除了课程目标1，其余课程目标的达成情况，（2）班明显低于（1）班。从教学过程反馈和评价来看，两个班的学生均能按基本要求完成课程实验案例，但（2）班在实验完成质量、技术知识综合运用和知识扩展上与（1）班有些许差距，从课程目标达成结果上也反映了这点。
为了进一步分析班级中具体哪些学生在低课程达成度的目标中达成度最低，可以进一步形成班级的课程目标达成度分布图，以图4为例。
图4 课程目标达成度分布图——以（1）班课程目标4和（2）班课程目标3为例
从图4中可见，在（1）班课程目标4达成度中，有2位学生达成度是0.6，其余高于0.7，分析了这2位学生的学习情况，从平时评价和成果反馈看出，学生学习积极性不够，实验报告要求的完成度不高，针对这些学生情况，后续会针对性地增加师生互动和报告实例讲解等环节，帮助其提高。分析（2）班课程目标3达成度情况，可以看出达成度在0.6～0.7的学生较多，其他学生最高的达成度能到达0.89，针对低达成度学生，要充分发挥教师的引导作用，重点关注课程学习氛围、小组合作情况、学生互评和成果反馈时效性等，后续教学过程中，应在过程成果检查时，及时发现存在的问题，跟踪辅导，让学生提高能力产出。