基于翻轉(zhuǎn)課堂的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)重構(gòu)

王昊翔

（華南理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510006）

0 引 言

作為計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生理解、掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本原理，在了解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分層體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，深入學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、算法、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備工作原理。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的傳統(tǒng)教學(xué)模式以課堂授課為主。該課程內(nèi)容繁多復(fù)雜，易造成教與學(xué)的脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中缺乏主動(dòng)性，獨(dú)立思考能力得不到提高，教學(xué)質(zhì)量難以有效提升。慕課與翻轉(zhuǎn)課堂的興起，給計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)改革帶來(lái)了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

1 背 景

大規(guī)模在線開(kāi)放課程（MOOC，Massive Open Online Course），也稱為慕課。慕課教學(xué)形式最早出現(xiàn)于2008 年，從2011年開(kāi)始，隨著斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院等世界知名高校的加入，慕課開(kāi)始在全球范圍風(fēng)行[1]。慕課的特點(diǎn)可以總結(jié)為兩點(diǎn)：開(kāi)放性和大規(guī)模性[2]。在慕課的基礎(chǔ)上，加州大學(xué)伯克利分校的Armando Fox教授提出了SPOC（Small Private Online Courses，小規(guī)模限制性在線課程）的概念[3]。相對(duì)于MOOC，SPOC的學(xué)習(xí)者為開(kāi)課學(xué)校的校內(nèi)學(xué)生或有人數(shù)限制的線上學(xué)生，課程并非大規(guī)模地開(kāi)放給所有人，以期提升學(xué)習(xí)參與度和課程完成率。

相對(duì)于傳統(tǒng)課堂教學(xué)，翻轉(zhuǎn)課堂（Flipped Classroom）[4]是“顛倒”時(shí)間和內(nèi)容的一種新型教學(xué)模式。這種教學(xué)模式要求學(xué)生在課前通過(guò)觀看課程視頻預(yù)先自主學(xué)習(xí)，并完成相應(yīng)的課程考查作業(yè)。在課堂時(shí)間，教師通過(guò)引導(dǎo)組織學(xué)生進(jìn)行問(wèn)題討論、分組項(xiàng)目等教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生鞏固課前所學(xué)的課程知識(shí)，并應(yīng)用實(shí)踐這些知識(shí)。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)高校教育者也對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂理論和實(shí)踐展開(kāi)了研究。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的相關(guān)課程中，文獻(xiàn)[5]通過(guò)分析計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理課程的教學(xué)現(xiàn)狀及翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的發(fā)展現(xiàn)狀，提出一種將傳統(tǒng)教學(xué)與翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)相結(jié)合的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理課程教學(xué)模型；文獻(xiàn)[6]提出在SPOC平臺(tái)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的翻轉(zhuǎn)教學(xué)，綜合運(yùn)用主動(dòng)學(xué)習(xí)、混合教學(xué)、問(wèn)題式教學(xué)、CDIO等教學(xué)方法設(shè)計(jì)翻轉(zhuǎn)課堂，充分體現(xiàn)以學(xué)生為主的教學(xué)理念；文獻(xiàn)[7]分析翻轉(zhuǎn)課堂的內(nèi)涵與研究現(xiàn)狀，提出計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模型，結(jié)合教學(xué)案例給出翻轉(zhuǎn)課堂的具體實(shí)施策略，并闡述了翻轉(zhuǎn)課堂模式下的教學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制；文獻(xiàn)[8]基于MOOC 課程建設(shè)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一套開(kāi)放性強(qiáng)、交互靈活的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程微課教學(xué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)以學(xué)習(xí)者為中心的師生多重交互分享，有效提高大學(xué)教學(xué)活動(dòng)的創(chuàng)造性和實(shí)效性。本文在參考相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，討論如何結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂模式，改革傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)，著重論述在教學(xué)改革過(guò)程中面臨的挑戰(zhàn)和解決方法。

2 課程現(xiàn)狀分析

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一門(mén)理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，也是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程。課程要求學(xué)生在掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分層模型的基礎(chǔ)上，深入學(xué)習(xí)和理解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、相關(guān)算法以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基本工作原理。同時(shí)，課程要求學(xué)生具備一定的實(shí)踐動(dòng)手能力，掌握計(jì)算機(jī)組網(wǎng)、路由器配置、網(wǎng)絡(luò)基本編程等能力。在大部分國(guó)內(nèi)高校，該課程教學(xué)面臨兩大問(wèn)題。

1）有限的課堂授課學(xué)時(shí)與繁多的課程內(nèi)容之間的矛盾。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程最多安排64課時(shí)進(jìn)行教學(xué)工作，除去課程實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，用于課堂理論教學(xué)的學(xué)時(shí)一般不超過(guò)48學(xué)時(shí)。而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程涵蓋的知識(shí)點(diǎn)眾多，課程內(nèi)容極為豐富，在傳統(tǒng)課堂授課中，教師受限于學(xué)時(shí)數(shù)，無(wú)法與學(xué)生展開(kāi)足夠的課堂互動(dòng)，教學(xué)模式停留在單向的知識(shí)講授模式。因此，課堂教學(xué)效果難以提高，難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性，難以通過(guò)互動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和獨(dú)立思考能力。

2）理論教學(xué)與實(shí)踐內(nèi)容脫節(jié)的矛盾。

由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的知識(shí)更新較為迅速，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教材對(duì)IPv6、物聯(lián)網(wǎng)、SDN等新知識(shí)的收錄較為遲緩，因此補(bǔ)充新知識(shí)是當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)的薄弱之處。此外，大多數(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教材側(cè)重于理論知識(shí)的梳理傳授，缺少對(duì)實(shí)踐知識(shí)的有效補(bǔ)充，造成課堂學(xué)習(xí)知識(shí)與課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的脫節(jié)。更嚴(yán)重的后果是畢業(yè)生的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)體系與今后就業(yè)面臨的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用脫離，無(wú)法滿足企業(yè)的實(shí)際需求。

慕課及翻轉(zhuǎn)課堂模式的興起，給計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)改革注入了新的內(nèi)容，也為解決以上兩大課程難題提供了機(jī)遇和可能。對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的教學(xué)，當(dāng)前主要的改革任務(wù)是：如何將新的教學(xué)模式與課程實(shí)際情況相結(jié)合。

3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)重構(gòu)

教學(xué)改革是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，課程內(nèi)容的建設(shè)需要一定的時(shí)間，學(xué)生對(duì)新知識(shí)點(diǎn)的編排也有適應(yīng)的過(guò)程，教學(xué)改革也是一項(xiàng)與實(shí)際密切結(jié)合的工作。在課程教學(xué)改革實(shí)施過(guò)程中，既要考慮課程內(nèi)容的實(shí)際情況，也要考慮學(xué)生的接受程度。因此，對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程，教學(xué)改革不是簡(jiǎn)單地以新教學(xué)方式替代傳統(tǒng)方式，而是一個(gè)復(fù)雜且長(zhǎng)期的重構(gòu)過(guò)程。

3.1 教學(xué)模型重構(gòu)

教學(xué)模型可分為課前、課中與課后3部分。對(duì)教學(xué)工作者來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的教學(xué)模型包括圖1的內(nèi)容。在課前，教師需根據(jù)教學(xué)目標(biāo)準(zhǔn)備教學(xué)內(nèi)容、考查方式和考查內(nèi)容；課中，教師主要進(jìn)行知識(shí)講授、知識(shí)回顧和鞏固；課后，通過(guò)考查結(jié)果獲取反饋，指導(dǎo)下一步教學(xué)內(nèi)容準(zhǔn)備。

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模型要求教師在課前與課中進(jìn)行較大的改變[9]。課前，要求教師進(jìn)行在線視頻的策劃、錄制、發(fā)布以及在線習(xí)題的編寫(xiě)。知識(shí)的學(xué)習(xí)主要依賴學(xué)生在課堂教學(xué)前自學(xué)，并進(jìn)行在線的自我測(cè)試。對(duì)教師來(lái)說(shuō)，課中教學(xué)環(huán)節(jié)主要包括對(duì)學(xué)生課前學(xué)習(xí)效果的檢驗(yàn)，組織分組討論、習(xí)題答疑、項(xiàng)目實(shí)施等教學(xué)活動(dòng)，通過(guò)課堂活動(dòng)全面獲得教學(xué)效果的反饋。

高職院?！度肆Y源管理》課程教學(xué)改革研究 ………………………………………………………………………… 楊書(shū)靈（5/66）

出于對(duì)學(xué)習(xí)效果的考慮，慕課教學(xué)視頻短小精煉，時(shí)長(zhǎng)通?？刂圃?0分鐘以內(nèi)。對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程，一方面有相當(dāng)數(shù)量的重要知識(shí)點(diǎn)不容易在10分鐘的視頻內(nèi)闡述清楚，或者由于若干知識(shí)點(diǎn)之間聯(lián)系緊密，不適于分割為短小視頻講授；另一方面有的知識(shí)推演過(guò)程較為深澀難懂，有較大的實(shí)時(shí)互動(dòng)需求，當(dāng)學(xué)生難以理解的時(shí)候，可以考慮采用多種方式、多種角度進(jìn)行講解。因此，在考慮改革教學(xué)模式的過(guò)程中，需要將翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)課堂有機(jī)結(jié)合。

圖1 傳統(tǒng)教學(xué)模式

重構(gòu)后的教學(xué)模式見(jiàn)圖2。整個(gè)教學(xué)過(guò)程分為課程策劃、課前準(zhǔn)備、課中教學(xué)、課后管理4個(gè)階段。課程策劃階段，教師梳理課程知識(shí)點(diǎn)，規(guī)劃課程整體安排。課前準(zhǔn)備階段也是慕課制作階段，將知識(shí)點(diǎn)制作為慕課視頻，并配上對(duì)應(yīng)的習(xí)題用以考查學(xué)生的階段學(xué)習(xí)效果。課中教學(xué)階段即課堂教學(xué)組織，根據(jù)課程策劃的具體安排，采取課堂深入講授、課堂組織研討、現(xiàn)場(chǎng)分組項(xiàng)目、課堂考查答疑等方式實(shí)施教學(xué)。課后管理階段，除了作業(yè)考查之外，還可以通過(guò)慕課平臺(tái)的留言交互等功能，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的延伸，進(jìn)一步獲得課程教學(xué)的反饋信息。

3.2 課程內(nèi)容重構(gòu)

由于采取慕課作為授課方式，課程的教學(xué)時(shí)間不再受限于教學(xué)計(jì)劃分配的教學(xué)學(xué)時(shí)，因此可以對(duì)原有教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行擴(kuò)展，從而解決課程教學(xué)與實(shí)踐脫節(jié)、內(nèi)容過(guò)于老舊等問(wèn)題。此外，由于各知識(shí)點(diǎn)需要在翻轉(zhuǎn)課堂中采取不同的教學(xué)方法進(jìn)行課堂教學(xué)實(shí)施，因此要對(duì)各知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行歸類劃分。課程內(nèi)容重構(gòu)為以下五大類。

1）難點(diǎn)內(nèi)容。

這類知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)難度較大，學(xué)生難以通過(guò)觀看簡(jiǎn)短視頻直接掌握，需要教師進(jìn)一步講解。比如，關(guān)于CSMA/CD的介紹中，由于傳輸延時(shí)造成的碰撞沖突以及由于這類沖突造成在IEEE802.3協(xié)議對(duì)傳輸最短幀長(zhǎng)的限制；IP地址相關(guān)內(nèi)容中，IP地址分類、子網(wǎng)劃分、CIDR、NAT等知識(shí)點(diǎn)的相互對(duì)比關(guān)聯(lián)及優(yōu)缺點(diǎn)分析等。這類內(nèi)容較難理解，或相互之間銜接緊密，需要教師在課堂中進(jìn)一步深化梳理。

2）重點(diǎn)內(nèi)容。

知識(shí)點(diǎn)本身不難理解，但在課程知識(shí)體系中，卻有重要的作用，比如CDMA工作原理、海明編碼糾錯(cuò)、各項(xiàng)路由協(xié)議等。這些內(nèi)容學(xué)生通常能通過(guò)觀看課程視頻自學(xué)掌握，但需要在課堂教學(xué)中，通過(guò)各種方式鞏固學(xué)習(xí)效果，深化學(xué)生對(duì)這類知識(shí)點(diǎn)的理解。

3）普通內(nèi)容。

4）補(bǔ)充內(nèi)容。

這類知識(shí)點(diǎn)為課程內(nèi)容的擴(kuò)展。現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教材，較少涉及物聯(lián)網(wǎng)、IPv6等下一代互聯(lián)網(wǎng)及軟件定義網(wǎng)絡(luò)SDN等較新的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)。通過(guò)擴(kuò)充這類知識(shí)，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力，鍛煉學(xué)生查閱文獻(xiàn)資料、自主學(xué)習(xí)的能力。

5）實(shí)踐內(nèi)容。

與課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容配套的知識(shí)點(diǎn)，比如路由器的基本操作、組網(wǎng)與IP地址分配的基本步驟、路由協(xié)議的配置方法、Socket編程基礎(chǔ)等內(nèi)容。這些內(nèi)容偏向?qū)嵺`操作，通常在課程教材中覆蓋較少，但是對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力有重大價(jià)值。此外，通過(guò)實(shí)踐操作，可以進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)相關(guān)理論知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握。

通過(guò)重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，一方面保證課程的時(shí)效性和實(shí)用性，另一方面可以更高效地利用有限的課堂教學(xué)時(shí)間，在確保教學(xué)質(zhì)量的同時(shí)，保障教學(xué)的效率。

圖2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)模式重構(gòu)

3.3 教學(xué)方法重構(gòu)

采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方式后，由于大量的教學(xué)過(guò)程發(fā)生在課堂教學(xué)時(shí)間之外，課程的課堂授課時(shí)間會(huì)相應(yīng)減少，因此課堂時(shí)間愈發(fā)寶貴。如何更加高效地利用有限的課堂學(xué)習(xí)，是翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)面臨的一大挑戰(zhàn)。具體到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程，在重構(gòu)課程內(nèi)容（如3.2章節(jié)中講述）的同時(shí)，需要重構(gòu)對(duì)應(yīng)的教學(xué)方法，課堂教學(xué)將包括以下幾種教學(xué)方法。

1）傳統(tǒng)授課。

傳統(tǒng)的課堂授課方式在課堂教學(xué)中得到一定保留，主要針對(duì)相互牽連緊密、內(nèi)容深?yuàn)W難懂的知識(shí)點(diǎn)或知識(shí)群。這種授課方法以20～30分鐘為一個(gè)單元，著力梳理相關(guān)內(nèi)容，講解推理過(guò)程。由于學(xué)生課前已經(jīng)一定程度地掌握了相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，這類教學(xué)雖然仍采用傳統(tǒng)的授課方式，但所需的授課時(shí)間大大減少。

2）答疑解惑。

針對(duì)學(xué)生在慕課平臺(tái)或課堂練習(xí)反饋的共性問(wèn)題，通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生提問(wèn)、教師答疑的方式進(jìn)一步講解。比如，學(xué)生往往會(huì)疑惑，為何頻率單位赫茲（Hz）和數(shù)據(jù)率（bps）都可以衡量網(wǎng)絡(luò)帶寬。通過(guò)解答該問(wèn)題，讓學(xué)生對(duì)周期性信號(hào)的傅里葉變換、香農(nóng)定理、奈奎斯特定理等相關(guān)知識(shí)點(diǎn)有系統(tǒng)性的認(rèn)識(shí)和理解。

3）分組討論。

針對(duì)開(kāi)放性問(wèn)題可以采取分組討論的方法。在給定討論主題后，讓學(xué)生分組自由討論，最后每組學(xué)生輪流發(fā)表總結(jié)。例如，IPv6與IPv4的對(duì)比、IPv6協(xié)議發(fā)展和取代IPv4面臨的困難等。這類問(wèn)題需要學(xué)生進(jìn)行發(fā)散性思維，并在分組討論中組織交流各自的觀點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)。

4）分組項(xiàng)目。

給定具體的工程項(xiàng)目，要求學(xué)生分組協(xié)同合作、共同完成。比如網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃項(xiàng)目，學(xué)生通過(guò)該項(xiàng)目可以實(shí)際應(yīng)用課程中所學(xué)的網(wǎng)絡(luò)劃分、IP地址分配、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備工作原理、路由協(xié)議等知識(shí)。

將多種教學(xué)方法與知識(shí)點(diǎn)劃分結(jié)合，綜合了傳統(tǒng)課堂授課與翻轉(zhuǎn)課堂的優(yōu)勢(shì)，以學(xué)生為中心，在兼顧教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率的同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)向主動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，從單向的填鴨式教育向以培養(yǎng)綜合能力的素質(zhì)教育轉(zhuǎn)化。

4 結(jié) 語(yǔ)

翻轉(zhuǎn)課堂是互聯(lián)網(wǎng)+思維和現(xiàn)代教育理念相結(jié)合的一大成果。這種新的教學(xué)模式為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)改革提供了一種新的思路和方法。在清楚看到翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)突出優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，作為教學(xué)工作者，應(yīng)當(dāng)將翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)理念與課程實(shí)際以及學(xué)生實(shí)際情況相結(jié)合，通過(guò)有機(jī)結(jié)合傳統(tǒng)課堂和翻轉(zhuǎn)課堂，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。這種教學(xué)重構(gòu)必須是漸進(jìn)式的不斷摸索，通過(guò)不斷優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式，繼續(xù)提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)效果。

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