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［摘要］該研究借助人工智能的力量，針對計算機網絡課程教學中存在的一些教學難點和能力目標的實現問題，開發計算機網絡課程多元立體化教學模式，對計算機網絡課程教學中所涉及的教學資源配置、學習服務支持、教學過程聯動等進行分析，探討人工智能支持下的多元化教學方法，培養符合人工智能時代能力要求的計算機人才，同時為智能時代教師的課程教學創新提供思路。

［關鍵詞］人工智能；計算機網絡；多元立體化

人工智能作為世界最先進的技術之一，為高校各門課程的教學帶來了新的機遇與挑戰。2017年7月，國務院了《新一代人工智能發展規劃》，指出利用智能技術加快推動人才培養模式、教學方法改革，構建包含智能學習、交互式學習的新型教育體系，大幅提升就業人員專業技能，滿足我國人工智能發展帶來的高技能高質量就業崗位的需要，可見我國已從國家層面要求高校教育應將人工智能作為技術手段，提升教育信息化和智能化水平[1]。計算機網絡課程作為計算機大類專業的核心課程，是迅速發展并在信息社會中得到廣泛應用的一門綜合性課程。作為一門具有鮮明時代特征的強調技術革新與應用的課程，該課程需要一直緊跟時代脈搏的跳動不斷發展創新。計算機網絡課程技術環境的變化和國家信息化建設的需求都要求我們跟蹤國內外人工智能技術發展的前沿，調整與創新計算機網絡課程教學。隨著人工智能技術的飛速發展，計算機網絡課程又具有較強的時代性、綜合性、實踐性、創造性、工具性等特點，人工智能可以成為計算機網絡課程教學創新的新助力[2]，探索這門課程的多元立體化教學模式既是時代需求也是課程改革的需要。本文結合人工智能對人才能力的需求，探索人工智能支持下的計算機網絡課程的多元立體化教學，即結合最新的人工智能技術開發計算機網絡課程教學資源的立體化、教學過程的立體化、教學服務的立體化，三者是一個不可分割的統一整體。人工智能支持下的計算機網絡課程的多元立體化教學模式是指充分利用最新的人工智能技術輔助教學，在教學中對計算機網絡課程的教學內容、教學形式、教學平臺、評價技術、分析技術等進行全方位的整體設計，立體化打造開發課程的多元教學模式，這對提升學生的創新實踐能力，適應未來人工智能社會對人才能力的新需求有重要的時代意義。

一、人工智能技術助力課程多元立體化教學模式框架開發

（一）人工智能時代重構課程多元立體化教學模式。是一種有益探索國內教學模式主要有研究型教學模式、基于任務驅動的教學模式以及基于虛擬仿真平臺、微課、慕課的教學模式等。研究型教學模式力求培養學生的創新能力，但此模式對學生的學習基礎要求偏高。基于任務驅動的教學模式，由于學生完成任務的能力參差不齊，教與學之間的互動也難以有效開展。基于虛擬仿真平臺、微課、慕課的教學模式在目前越來越大的個性化教學需求面前會顯現出它的不足之處。國外一些知名大學在計算機網絡課程教學中，通過針對不同教學內容給學生提供相應的閱讀文獻，對某些經典知識點進行深層次的探討以及在課堂教學中增加網絡領域的前沿研究內容，從而增加課程教學的廣度和深度；通過綜合性的作業培養學生的動手實踐能力。（學生的作業也可以通過SSH遠程登錄到實驗室的機器上做，使得學生的學習時間及地點變得靈活，但在交互性和個性化方面依然有不足之處。）隨著人工智能的發展，國外也有部分學校在計算機網絡課程的教學中探索教學內容的智能呈現，但開展得還不夠成熟。基于上述現狀，以人工智能時代的能力為目標，針對該課程開展人工智能支持下的多元立體化教學是一種有益的探索。（二）智能技術賦能計算機網絡課程教學。目前計算機網絡課程的教材大都按照協議的體系結構組織內容，現以謝希仁老師編著的《計算機網絡》（第7版）為例來論述。這部教材分為概述、物理層、數據鏈路層、網絡層、運輸層、應用層、網絡安全、互聯網上的音頻/視頻服務、無線網絡和移動網絡等九章內容。其概述部分主要包含了一些基本概念，有些概念如計算機網絡的分類、性能指標等容易被學生接受，但有關網絡體系結構的概念有些抽象，存在學生難以準確把握的問題。其物理層部分有多種傳輸媒體及多種信道復用技術，僅靠講授學生一般難以透徹了解。數據鏈路層中有關幀的問題，如幀的定界、透明傳輸及差錯檢驗等，對于這些概念的理解及其在主流的以太網中是如何實現的是這部分內容的難點，把握好抽象的概念和具體實現的多樣性存在困難。網絡層有關子網的劃分、路由協議及其配置等內容都與實際應用的場景有關，相對靈活，學生掌握起來難度大。運輸層中TCP協議的內容相對復雜，不容易熟練掌握。應用層的各種服務及其配置要求學生在掌握理論的基礎上也要有較強的實際動手能力。這部教材的主要教學難點及存在的問題如表1所示。此外，傳統以教師為中心的課堂在學生綜合素質的培養方面存在不足，學生的主體性難以充分發揮，單純改革教學內容難以培養出符合時展要求的大學生。基于上述現狀，開展人工智能支持下的計算機網絡課程多元立體化教學，注重人工智能背景下培養學生的創造力、溝通力、學習力以及智能工具在課程教學中的應用，可以在一定程度上彌補該課程現有的不足之處。

二、人工智能支持下的計算機網絡課程的多元立體化教學模式構建

為了突破計算機網絡課程教學中存在的一些教學難點，人工智能時代又需要提升人才培養質量，本文從課程教學資源的立體化、教學過程的立體化、教學服務的立體化三方面開展計算機網絡課程的多元立體化教學建設。計算機網絡課程多元立體化教學模式如圖1所示。（一）教學資源立體化的配置。1.線上資源配置。線上資源配置需借助相應的平臺，如網絡輔助教學平臺、研究型教學平臺、精品課程建設平臺等。大數據時代下教學資源的獲取早已超越了國界，但有了豐富的資源并不意味著就可以達到課程的教學目標。首先，需要從海量的資源中甄別出合適的資源，教師有必要針對學生的特點自己制作某些特定資源。要分析課程的知識體系、重難點，每個知識點的支撐資源是什么，尤其是難點問題如何突破。其次，不同的能力目標需要的教學資源不同，需要解決教學資源的層次梯度問題。以WWW服務為例，即使同時獲取到了萬維網概述、http簡介、http詳解、仿真配置、真機配置等視頻，也不能簡單地將這些視頻以列表的形式直接羅列在平臺上，需先甄選出合適的資源，比如如果同時擁有仿真配置視頻與真機配置視頻則保留真機配置視頻。多個同類別視頻按層次梯度組織，http簡介與http詳解兩個皆應保留，以滿足不同層次的學習需求。此外，教師還可以自己制作有關信息檢索、萬維網文檔制作等相關的資源。2.線下資源配置。計算機網絡課程具有很強的實踐性，線下需配置相應的實習實踐基地。校外實踐基地可以是開展各種網絡理論或應用的研究所、公司等，校內的實習實驗場所適合以虛擬結合實物的方式進行配置，虛擬情境下只需要有計算機并安裝網絡封包分析工具及虛擬仿真工具，比如常見的網絡封包分析工具有Wireshark，網絡仿真軟件有Ensp、CiscoPacketTracer等，這樣每位學生就可以獨立開展實驗了，其設備的種類及個數也能滿足需求。實驗室還應配置具體的物理網絡設備，此時的實驗適合分小組進行，每個小組配置一組設備，主要包括交換機、路由器、防火墻等，根據情況每種設備的個數最好有兩個以上。開展此類實驗需要給出具體的應用場景，由小組設計方案并共同完成組網、配置、測試等。為不同層次的學生考慮，可采取提供典型配置案例的方法。3.人工智能技術支持下的線上線下資源推薦服務。可以根據學生使用資源的習慣、學習軌跡、學習層次與學習效果，通過人工智能技術進行多維度分析，推薦合適的線上線下資源，實現平臺內容推送的智能化、個性化。可以根據資源的使用頻率推薦熱門資源，制作熱門資源使用排行榜，即做TopN推薦。這種方法需要學生參與資源好壞的評分，經過一段時間的評分數據收集，能在一定程度上推薦大家認可的資源。其缺點是缺乏個性化，剛更新的優質資源不能馬上進入到推薦列表。也可以根據用戶的協同過濾，先找到不同學生個體之間的相關性，然后做學生群組劃分，根據該學生群組的歷史資源訪問情況推薦該學生群組所需的資源，以實現較好的個性化推薦。目前，深度神經網絡技術越來越成熟，各種文本信息、圖片信息等特征的萃取越來越容易，可將相應的模型應用到資源的推薦當中。教學資源的推薦方法要根據推薦結果進行評價分析，不斷改進，綜合多種方法，為學生學習提供多種學習方案。（二）教學服務立體化的構建。1.教師線上線下答疑。開展線上答疑需事先收集并了解每位學生的信息，以實現更好地與學生進行交互并提供個性化的服務。答疑時分析學生存在疑問的原因并記錄總結，給予學生啟發和學習上的鼓勵等。教師當面答疑適合圍繞教學內容設置主題，增強教學服務的目的性。例如：本周的教學內容為子網劃分，則當面答疑主要圍繞該主題展開，可以虛擬一個需要劃分子網的情境，也可以從現實生產生活中尋找應用實例。當面答疑一般不宜直接給出答案，同樣適合使用啟發式引導，給學生更多的獨立思考空間，激發其潛能。2.學生之間討論互助。學生開展討論互助也可參照教師當面答疑設置主題的做法，這樣大家討論的內容就會相對集中，也便于大家發表各自的看法。學生通過討論互助可以培養其溝通力，同時讓其了解彼此之間的差距，以及對所提出的解決方案進行優劣判斷。3.在人工智能技術支持下開展個性化教學服務。學生在學習基礎、學習能力以及學習偏好等方面存在著差異，不同的學生有不同的教學服務需求。采用人工智能技術，教師可以收集、分析學生的學習信息，明確哪些知識點學生已經掌握，哪些重難點還需要突破，以及收集學生的學習行為信息，以便于開展因材施教。采用認知診斷模型，對學生的計算機網絡知識進行測試，根據測試數據確定每位學生的知識掌握情況，預測其應用技能及綜合素質等。將計算機網絡課程的知識點及其與創造力、溝通力、學習力等的關聯融入教學平臺，并將機器學習算法、分類數、邏輯法以及遺傳基因算法等多種算法放在學習流程的不同組成部分，從而使學生的學習效率最大化，優化其學習效果。采用人工智能技術使得它本身的數據不斷地適應各個學生的學習路徑，有利于實現個性化教學[3]。（三）教學過程立體化的實現。1.教學形式多元化。授課之前應確定教學目標，除了知識目標，還應重視能力目標以及情感態度價值觀目標等。要實現相應的教學目標，教學形式需多元化。有些教學內容在教學形式上可由“先教后學”轉向“先學后教”，在線上學生可以完成部分課程知識的學習，突破課程學時數的限制，這樣有助于培養學生的學習力。教學資源的立體配置也給“先學后教”提供了條件，單純依靠教材自學難免枯燥，有些概念單靠文字介紹也難以理解掌握，有了教學資源的保障，其中的部分難點則得以突破。有些教學內容可以采取理論到實踐再回到理論再實踐的教學形式，如介紹TCP的連接和釋放過程，適合教師先講理論，然后由學生分小組動手抓包觀察。在學生分小組抓包這部分，如何才能抓到合適的包從而觀察到TCP的連接和釋放過程，應由學生小組討論方案后實施，然后再回到理論，這樣學生對于教材中的一些表述自然就能體會了。在再實踐環節，可以讓學生思考如何設計自己的網絡封包分析工具，提升創造力。另外，也可以采取師生共同設計的教學形式，由教師引導，學生自主設計學習方案，然后教師審核執行。多元化的教學形式，注重充分體現學生的自主性和有效激發學生的學習興趣，讓其突破學習重難點，有效達成能力目標。2.評價方式多元化。教學評價是教學中的一個非常重要的環節，恰當的評價方式對教學有積極的促進作用。多元化的評價方式首先要考慮評價指標的合理設置，采取動態與靜態結合的評價體系。其次在評價主體上，學生自身也應是評價的主體之一，學生自評、學生互評都可以占一定的比例。通過多元化的評價讓學生發現自己的不足及努力的方向。3.在人工智能技術支持下開展教學過程優化。教學過程中應凸顯教師的主導性作用，但教師的精力是有限的，對于一些重復性的工作或者可以通過技術手段完成的工作，需要充分利用人工智能輔助教學手段進行教學過程的優化。教學過程中還應凸顯學生的主體性作用。學生使用資源的情況、參與課程交互的程度等應納入評價體系，教師設置好評價參數，由平臺自動生成評價結果。在本課程的教學中，還應擴充目前人工智能技術在計算機網絡應用的相關知識，比如利用人工智能技術實現對垃圾電子郵件的防御。通過構建在人工智能技術支持下計算機網絡課程的多元立體化教學模式，在教學資源、教學服務、教學過程等方面進行設計及優化，解決教學過程中的難點問題，提高學生的創造力、溝通力、學習力，培養符合人工智能時代能力需求的學生。

三、結束語

人工智能技術正在不斷發展，它促進了教學方式、教學工具以及教學環境的變革，為高校課程的教學提供了新的條件和機遇，本文探討了計算機網絡課程充分利用人工智能技術的優勢，從人工智能助力課程教學模式創新的角度構建課程的多元立體化教學模式。該教學模式主要體現在教學資源的立體化、教學過程的立體化、教學服務的立體化三個層面。本文還探討了針對該課程的線上線下資源配置方法、答疑及互助討論形式、教學及評價方式，研究應用人工智能技術提取個性化的服務需求，以及實現課程資源的推薦，優化教學過程，適應不同層次的個性化學習需求。同時本文探討了在人工智能新技術的支持下，全方位增強計算機網絡課程教學過程中的個性化與精準化，突破課程的教學難點，提升學生的綜合素質及能力。

［參考文獻］

［1］王飛躍.如何培養人工智能人才:從平行教學到智慧教育［J］.科技導報,2018（11）:9-12.

［2］鄭蘭琴,張璇,曾海軍.人工智能助力教與學的創新：訪美國教育傳播與技術協會主席EugeneG.Kowch教授［J］.電化教育研究,2018（7）：5-11.

［3］房曉楠.AI+教育:借技術手段助力“個性化教育”的實現［J］.機器人產業,2018（3）：85-89.

作者:鄒明亮 單位:桂林理工大學信息科學與工程學院