計算機網(wǎng)絡(luò)“三次握手”課堂教學(xué)設(shè)計

趙甫哲+崔建群+王明安

摘 要：翻轉(zhuǎn)課堂是一種新型的教學(xué)模式，它以“學(xué)生為主、教師為輔”的教學(xué)方式。針對計算機網(wǎng)絡(luò)課堂理論性強，理解困難等問題，本文以“三次握手”協(xié)議為例，通過詳細的課前、課中和堂后的課外教學(xué)設(shè)計，實現(xiàn)了以“學(xué)生為輔、教師為主”的教學(xué)方式，并使用SPSS軟件對學(xué)生掌握內(nèi)容測試結(jié)果進行了分析。數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，該新型教學(xué)模式較傳統(tǒng)教學(xué)模式提升了學(xué)生的自主和協(xié)作學(xué)習(xí)能力、知識理解能力和問題分析解決能力。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂；三次握手；計算機網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：TP399 文獻標識碼：A

Abstract：In the new teaching model of flipped classroom，the student is taken as the center while the teacher is taken as the assistance.In view of the highly theoretical and complex nature of computer network，this paper takes the Three-way handshake protocol as an example and implements the teaching mode of Student-centered and teacher-assisted through detailed teaching design before，during and after class.The testing results of how students grasp the knowledge are analyzed through SPSS.The data analysis results show that the new teaching model effectively improves students' capabilities in learning autonomously and collaboratively，understanding knowledge，and analyzing and solving problems.

Keywords：flipped classroom；Three-way handshake；computer network

1 引言（Introduction）

翻轉(zhuǎn)課堂是2000年美國邁阿密大學(xué)Maureen Lage和Glenn Paltt兩位教授在講授“經(jīng)濟學(xué)入門”時應(yīng)用的“翻轉(zhuǎn)教學(xué)”方式[1]。2007年，美國科羅拉多州WoodlandPark中學(xué)的化學(xué)教師Johnathan Bergmann將錄制的視頻上傳到教學(xué)云平臺，學(xué)生在家對照視頻，邊看視頻邊看書理解學(xué)習(xí)，接著將理解上有困難的地方向老師提出，老師針對這些問題加以解釋和透徹講解[2，3]。該教學(xué)方式得到了一些同學(xué)的喜愛，教師的教學(xué)方式取得了令人贊賞的效果。之后，美國和世界各地的大學(xué)、中小學(xué)教師們開始探索這種新型的教學(xué)方式。翻轉(zhuǎn)課堂在大學(xué)的教育中主要應(yīng)用在經(jīng)濟、英語、化學(xué)和計算機等領(lǐng)域中，在中小學(xué)的教育中主要應(yīng)用在語文、英語和數(shù)學(xué)上，教師不再像以前一樣講滿一堂課45分鐘，而是首先要求學(xué)生課前預(yù)習(xí)、看視頻、PPT課件，然后學(xué)生在課堂上向老師提出問題，教師在課堂上進行一個十分鐘的講座，課堂上剩余時間由同學(xué)們進行分組討論，并向老師提出問題，老師做出一一解答。這種教學(xué)方式增加了學(xué)生的積極主動性和同學(xué)之間的團結(jié)協(xié)作性，促進了教師和學(xué)生之間交流溝通性，提升了學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

翻轉(zhuǎn)課堂引入國內(nèi)后，各大院校均進行了嘗試，與國外院校相比，我國的翻轉(zhuǎn)課堂的實踐還處于起步階段，翻轉(zhuǎn)課堂對教師提出了極高的要求，部分學(xué)校正在嘗試應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂模式進行課堂教學(xué)[4-6]。鐘曉流等人提出了一種太極環(huán)式的翻轉(zhuǎn)課堂模型，其核心部分是模型的構(gòu)成和流程，它將中國文化中的太極思想、翻轉(zhuǎn)課堂的理念進行深度融合[7]。馬秀麟等人針對大學(xué)信息課運用翻轉(zhuǎn)模式進行了研究應(yīng)用，得出課堂討論對學(xué)生消化知識有重要促進作用，起到高效吸收的效果[8]。

“計算機網(wǎng)絡(luò)”是院校計算機學(xué)院各科的一門專業(yè)必修課程，其課程教學(xué)目的是提升學(xué)生具有完備的計算機網(wǎng)絡(luò)體系理論素養(yǎng)，對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)相關(guān)設(shè)備運行原理有深度地把握，進一步使學(xué)生提高設(shè)計與實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的編程水平。該課程以往均采用以“學(xué)生為輔、教師為主”的教學(xué)方式，存在的問題在于理論講解太多，實際操作少，同學(xué)們對網(wǎng)絡(luò)理論掌握程度差，尤其是對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作情況知之甚少，同學(xué)們學(xué)習(xí)缺乏主動性，認為老師講得枯燥乏味，教師和學(xué)生之間的溝通微乎其微。因此，上述教學(xué)導(dǎo)致計算機專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量無法滿足企業(yè)的用人要求，計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的改革勢在必行。

“三次握手”協(xié)議的理解是網(wǎng)絡(luò)編程的基礎(chǔ)理論，理解和掌握好該協(xié)議對后期編程能力提高至關(guān)重要，可以進一步提升學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。因此，本論文應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂方式對“三次握手”協(xié)議進行教學(xué)設(shè)計和分析，進而對翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)方式進行教學(xué)評價。

2 “三次握手”課堂教學(xué)模型設(shè)計（The classroom

teaching model design of Three-way handshake）

本節(jié)將對“三次握手”課堂內(nèi)容進行教學(xué)模型設(shè)計，首先對“三次握手”課堂教學(xué)現(xiàn)狀進行介紹，接著按照小節(jié)進行教學(xué)模型設(shè)計，設(shè)計分為四個教學(xué)階段：課前自主學(xué)習(xí)、課中學(xué)生教師討論互動階段、課后知識總結(jié)階段和使用評價階段。

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模型如圖1所示。

Three-way handshake

2.1 “三次握手”課堂教學(xué)現(xiàn)狀

“計算機網(wǎng)絡(luò)”課程是本科院校計算機學(xué)院各專業(yè)的必修課，“三次握手”協(xié)議是計算機網(wǎng)絡(luò)課堂的重中之重，掌握“三次握手”協(xié)議，對理解網(wǎng)絡(luò)編程具有重要意?，F(xiàn)有的關(guān)于“三次握手”協(xié)議的教學(xué)局限于概念性層面上，學(xué)生在理解上存在嚴重障礙，因此，改進“三次握手”協(xié)議的教學(xué)已成為各位計算機網(wǎng)絡(luò)課教師們正在考慮得重要教學(xué)工作。學(xué)習(xí)好“三次握手”協(xié)議，要學(xué)習(xí)的先行課程有C++語言程序設(shè)計、J2EE、組合數(shù)學(xué)、操作系統(tǒng)、數(shù)字邏輯、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等專業(yè)課程[9]。該課程“三次握手”內(nèi)容中參數(shù)名詞較多，例如ACK、SYN、seq、ack均是難以理解和把握的概念性名詞[10]。endprint

2.2 “三次握手”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模型設(shè)計

翻轉(zhuǎn)課堂改變了傳統(tǒng)的教學(xué)流程，形成課堂上自由輕松地學(xué)習(xí)氛圍。簡易適用的網(wǎng)絡(luò)云平臺和豐富的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源，進而實現(xiàn)資源共享，學(xué)生可和教師進行互動交流。由于翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)特點，國內(nèi)外學(xué)者將翻轉(zhuǎn)課堂分為三個時間段：課前、課中和課后。課前需要學(xué)生根據(jù)教師提供的視頻、問題等資料自主學(xué)習(xí)，記錄學(xué)習(xí)中沒有理解和掌握困難的問題及其知識點。在課堂上，教師進行知識點解析，重點講解重難點，然后回答同學(xué)們在自主學(xué)習(xí)過程中碰到的問題，同時分小組進行討論，讓同學(xué)們徹底地掌握“三次握手”的知識內(nèi)容。在講解“三次握手”協(xié)議原理后，教師將利用Wireshark軟件分析該協(xié)議的運行情況，以便讓同學(xué)們有更深入的了解。課后，同學(xué)們完成老師布置的理論作業(yè)和Wireshark軟件分析“三次握手”協(xié)議運行實踐作業(yè)，并根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容作反饋，學(xué)生對“三次握手”知識的掌握程度做出相應(yīng)評價。教師對評價較低和學(xué)生掌握程度相對低下的同學(xué)做單獨輔導(dǎo)。

下面將做具體的教學(xué)設(shè)計。

“三次握手”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)過程設(shè)計

（1）課前自主學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計

教師首先為“三次握手”錄制微視頻，并給出幾個問題，例如：“三次握手”協(xié)議中關(guān)于數(shù)據(jù)包的傳送是怎么規(guī)定的？該協(xié)議中如何解決了SYN Flood問題？為什么要定義數(shù)據(jù)流的序號？服務(wù)器端發(fā)送SYN是作為連接的SYN包，還是作為響應(yīng)發(fā)起者的SYN包，怎么區(qū)分？服務(wù)器端的ACK確認包和接下來的SYN包可以合成一個SYN ACK發(fā)送的，沒有必要分別單獨發(fā)送，這樣省了一次交互同時解決了問題。這樣TCP建立一個連接，三次握手在進行最少次交互的情況下完成Peer兩端的資源分配和初始化序列號的交換。將這些問題和視頻課件等資料通過QQ傳給同學(xué)們并發(fā)布到該課程的教學(xué)網(wǎng)站上。同學(xué)們在學(xué)習(xí)的過程中可能還會碰到一些問題，用問題本記錄下來，以便在課堂上和同學(xué)們進行討論，并請教師作解答。

此外，還要求同學(xué)們學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)包抓取軟件Wireshark，如何抓取數(shù)據(jù)包，以及抓取出來后如何分析TCP、IP等協(xié)議字段信息。軟件在學(xué)校的云平臺下載，教師已經(jīng)上傳到云平臺。

（2）課中學(xué)生和教師討論互動階段

課中是翻轉(zhuǎn)課堂的重要階段，教師收集同學(xué)們提出的問題，同時準備好本節(jié)內(nèi)容的相關(guān)問題，根據(jù)問題將學(xué)生分成7組，便于同學(xué)們討論和交流。然后，教師對小組討論中共同提出的問題在課堂上給予統(tǒng)一講解，對小組討論中只有個別小組提出的問題進行單獨輔導(dǎo)和解釋。最后針對該節(jié)內(nèi)容，通過練習(xí)進行知識鞏固。例如，在課中，各小組均對問題“TCP的客戶端和服務(wù)端在交換數(shù)據(jù)時，為什么不含數(shù)據(jù)的確認段不消耗序號呢”不解？針對這一共同問題，老師給予了詳細解答，并用圖示進行了說明。有個別小組問道：“TCP報文段的長度有沒有規(guī)定的最小值和最大值”，針對這一問題，教師對該小組進行了單獨講解和闡釋。理論講解和討論完畢后，教師現(xiàn)場利用Wireshark軟件抓取TCP協(xié)議數(shù)據(jù)包，抓取數(shù)據(jù)包后讓同學(xué)們進行討論，與之前學(xué)習(xí)的“三次握手”協(xié)議相對照，相應(yīng)的參數(shù)值分別是多少？抓取的“三次握手”協(xié)議數(shù)據(jù)包如圖2所示。數(shù)據(jù)包抓取出來后，首先讓同學(xué)們分析每一行的數(shù)據(jù)和參數(shù)值分別表示什么意思？同學(xué)們討論“三次握手”協(xié)議是怎么運行的，使同學(xué)們積極探索和討論。教師同時也提出，讓同學(xué)們用軟件自己抓取數(shù)據(jù)分析“四次揮手”的運行情況。

每個小組在討論后，也用PPT對三次握手和四次揮手進行了展示，通過圖例詳細分析了報文段交換的過程。小組其他成員針對也進行了問題討論和交流。學(xué)生通過自我講解，達到了知識的深度內(nèi)化。接著，老師應(yīng)用準備的問題，檢驗同學(xué)們學(xué)習(xí)的情況。檢驗完成后，每小組一名代表作知識點的學(xué)習(xí)總結(jié)和收獲分享，最后，教師對整個課堂進行全面分析和總結(jié)，對薄弱知識點進行重點剖析。

（3）課后知識總結(jié)階段

針對三次握手和四次揮手布置相關(guān)作業(yè)，教師根據(jù)作業(yè)情況進行總結(jié)，查漏補缺，講同學(xué)們作業(yè)中出現(xiàn)的問題進行集中講解，同時針對問題比較多的個別同學(xué)進行單獨輔導(dǎo)。課后教師將本次三次握手協(xié)議教學(xué)的所有過程進行總結(jié)，歸納整理出本節(jié)知識的重難點，總結(jié)本節(jié)教學(xué)經(jīng)驗，為以后更好地教學(xué)奠定基礎(chǔ)。

（4）使用評價階段

課堂結(jié)束后，采用練習(xí)題模擬測試的方式對學(xué)生掌握情況進行了摸底。筆者對上述2013和2012級兩個班的計算機網(wǎng)絡(luò)課堂進行了授課，分別采用了傳統(tǒng)和翻轉(zhuǎn)式的教學(xué)方法，選取了兩個班各45名同學(xué)，對他們關(guān)于“三次握手”協(xié)議的掌握情況采用相同的練習(xí)題進行測試。

由于篇幅限制，詳細地分數(shù)不列在論文中，論文應(yīng)用SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行了分析，分析結(jié)果如下所述。

假設(shè)2013和2012級兩個班的成績服從正態(tài)分布，在顯著性水平a=0.05下，應(yīng)用單因素方差分析查驗兩個班的平均分數(shù)是否有顯著差異。

在應(yīng)用SPSS軟件分析中，將問題歸結(jié)為判斷原假設(shè)H0=a1=a2是否成立。

采用SPSS統(tǒng)計軟件進行分析得到數(shù)據(jù)結(jié)果如表1-3所示。單因素方差分析成績見表1所示，方差齊性檢驗成績和均值相等性的健壯性檢驗成績分別見表2和表3所示。

根據(jù)表1結(jié)果可知，組間的df值為1，組內(nèi)的df值為87.205，在a=0.05時求分布函數(shù)。經(jīng)查表獲得如果結(jié)果：F0.05（1，88）=3.949321，鑒于F=47.570>F0.05（1，88），進而在置信水平0.95下拒絕H0。因此，兩個班的平均分數(shù)存在顯著差異。

根據(jù)表2結(jié)果可知，樣本通過方差齊次性檢驗。因此，計算統(tǒng)計量Brown-Forsythe，以驗證兩個班的平均值是否一致，統(tǒng)計結(jié)果如表3所示。由表3知相伴概率為0.000

綜上所述，筆者所教授兩個班級的平均成績有顯著差異，從而得出教師不是影響教學(xué)質(zhì)量的首要因素。教學(xué)方式的改進是提升教學(xué)質(zhì)量的重要方式，翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方式改變了以往教學(xué)模式，使學(xué)生由被動變主動，增強了學(xué)生對“三次握手”協(xié)議的理解程度，提高學(xué)生分析能力和實際操作能力，提升了教師和學(xué)生的溝通機會，使課堂氣氛變得活躍，不再是老師為主導(dǎo)的課堂，而是以學(xué)生為主的課堂。

3 結(jié)論（Conclusion）

“三次握手”協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)編程的理論基礎(chǔ)，理解它對提升學(xué)生編程實踐能力具有重要意義。原有的教學(xué)方法使得學(xué)生被動接受，之后容易忘記其基本原理。翻轉(zhuǎn)課堂模式發(fā)揮了學(xué)生的主動性，設(shè)計了翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)了學(xué)生分析和解決問題的能力，使學(xué)生從生疏到熟練，再到精通，能夠真正理解“三次握手”協(xié)議，為實踐編程奠定基礎(chǔ)。

參考文獻（References）

[1] Abeysekera L，Dawson P.Motivation and Cognitive Load in the Flipped Classroom： Definition，Rationale and a Call for Research[J].Higher Education Research & Development，2015， 34（1）：1-14.

[2] Souza M J D，Rodrigues P.Investigating the Effectiveness of the Flipped Classroom in an Introductory Programming Course[J].The New Educational Review，2015，40（2）：129-139.

[3] Mergu R R，Bagadi S U，Kulkarni V S.Flipped Classroom Strategy to Improve Students' Learning of Computer Communication Network：An Experience Report[J].Journal of Engineering Education Transformations，2017，30（3）：98-102.

[4] 朝陽，歐玉芳，曹祁.美國大學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的啟示[J].高等工程教育研究，2014（2）：149-161.

[5] 馬昭，趙慧.翻轉(zhuǎn)課堂在國內(nèi)外教學(xué)應(yīng)用中的對比研究[J].中國成人教育，2017（1）：103-105.

[6] 吳仁英，王坦.翻轉(zhuǎn)課堂：教師面臨的現(xiàn)實挑戰(zhàn)及因應(yīng)策略[J].教育研究，2017（2）：112-122.

[7] 鐘曉流，宋述強，焦麗珍.信息化環(huán)境中基于翻轉(zhuǎn)課堂理念的教學(xué)設(shè)計研究[J].開放教育研究，2013，19（1）：58-64.

[8] 馬秀麟，趙國慶，鄔彤.大學(xué)信息技術(shù)公共課翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的實證研究[J].遠程教育雜志，2013（1）：79-85.

[9] 丁智國.翻轉(zhuǎn)課堂在軟件體系結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中的實踐[J].計算機教育，2017（3）：68-71.

[10] 胡永東，高宙宇.基于SPOC的計算機網(wǎng)絡(luò)課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實現(xiàn)[J].中國教育信息化，2017（2）：28-32.

作者簡介：

趙甫哲（1974-），男，博士，副教授.研究領(lǐng)域：計算機網(wǎng)絡(luò)性能分析.

崔建群（1974-），女，博士，教授.研究領(lǐng)域：計算機網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化.

王明安（1970-），男，碩士，講師.研究領(lǐng)域：計算機網(wǎng)絡(luò)性能分析.endprint