“自頂向下”教學(xué)模式的創(chuàng)新性應(yīng)用
——以《計算機網(wǎng)絡(luò)》教學(xué)理念在智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)實踐為例

王 輝

（北京交通大學(xué)清河職業(yè)學(xué)院，北京 100085）

美國著名教育家杜威認(rèn)為最成功的教學(xué)方法就是“讓學(xué)生去做事情，從做中學(xué)”。將“從做中學(xué)、從實踐應(yīng)用中學(xué)”的理念運用到計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中，實際上就是遵循“自頂向下”的原則，就是以學(xué)生為中心、以問題為主導(dǎo)，將原本復(fù)雜問題細(xì)化分解為多個小問題，在解決問題的過程中自主學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生更好地領(lǐng)會知識細(xì)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生全面梳理知識框架。[1]因此將“自頂向下”的教學(xué)思路貫穿于整個課程實踐尤顯必要。本研究試圖探討“自頂向下”教學(xué)模式是否能在課程實踐中提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果，以及如何在智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)等教學(xué)實踐中創(chuàng)新性地應(yīng)用“自頂向下”教學(xué)模式。

全文的整體篇章結(jié)構(gòu)具體安排如下：第一部分剖析了傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的瓶頸問題；第二部分廓清研究框架并梳理研究思路，界定了“自頂向下”的教學(xué)模式，假設(shè)“自頂向下”教學(xué)模式是否顯著提高了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果；第三部分通過傳統(tǒng)教學(xué)模式與“自頂向下”教學(xué)模式間的對比，得出研究結(jié)論：“自頂向下”教學(xué)模式不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且提高了《計算機網(wǎng)絡(luò)》的教學(xué)質(zhì)量；第四部分針對“如何充分運用計算機與網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù)、將‘自頂向下’教學(xué)模式的理念創(chuàng)新性地應(yīng)用到智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)等教學(xué)實踐中去”，提出了有價值的富于針對性的方案和建議，促使農(nóng)業(yè)專業(yè)等傳統(tǒng)教學(xué)更具有“智慧”。

1 問題的提出

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用以及跨界融合等方面日新月異的發(fā)展，傳統(tǒng)教學(xué)模式的瓶頸也愈來愈突顯。首先，傳統(tǒng)的教學(xué)模式忽視了開展網(wǎng)絡(luò)教學(xué)需秉持理論密切聯(lián)系實踐、原理密切聯(lián)系應(yīng)用的理念。應(yīng)用實踐性是計算機網(wǎng)絡(luò)原理課區(qū)別于其它理論性課程的重要標(biāo)志，而且TCP/IP協(xié)議等基礎(chǔ)理論只有在實踐中才能得以驗證。目前，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用環(huán)境基本來源于Internet，Internet已成為一切計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的實踐背景和應(yīng)用基礎(chǔ)。實際上，傳統(tǒng)的教學(xué)模式某種程度上并未能避免理論和Internet應(yīng)用實踐之間的脫節(jié)。比如，包括Andrew S.Tanenbaum所編著的《Computer Networks》[2]在內(nèi)的很多教材皆將“可靠性傳輸”這一計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中最重要的理論編排在數(shù)據(jù)鏈路層中進(jìn)行討論，可當(dāng)講授到運輸層TCP的可靠性傳輸時，卻由于理論的相似性被一帶而過。以Internet實踐環(huán)境中被廣泛應(yīng)用的Ethernet為例，其數(shù)據(jù)鏈路層并不提供可靠性傳輸，可靠性傳輸僅在運輸層的TCP中才提供。這一個典型實例充分說明了傳統(tǒng)教學(xué)模式忽視了Internet的應(yīng)用環(huán)境。其二，傳統(tǒng)的教學(xué)模式過分局限于底層實現(xiàn)的具體細(xì)節(jié)。尤其在高職階段現(xiàn)有課時的安排下，過分局限于底層實現(xiàn)的具體細(xì)節(jié)勢必造成重點內(nèi)容不夠突出等一系列問題。其三，傳統(tǒng)的教學(xué)模式過于強調(diào)通信原理等基礎(chǔ)類理論的高儲備，而在教學(xué)計劃中計算機專業(yè)的學(xué)生卻大多不開設(shè)通信原理類課程，這無形中過度提升了學(xué)生需儲備基礎(chǔ)類理論的要求。[3]最后，由于現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的迅速演進(jìn)，高度集成的計算機硬件體系對于學(xué)生來說并不直觀，傳統(tǒng)的教學(xué)模式并不能幫助學(xué)生快速地從網(wǎng)絡(luò)底層向高層建構(gòu)起知識圖譜。[4]而且，傳統(tǒng)的計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)先從原理講起的模式導(dǎo)致學(xué)生感覺所學(xué)內(nèi)容晦澀難懂，不易調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。

2 研究思路與設(shè)計

2.1 何謂“自頂向下”教學(xué)模式

傳統(tǒng)教學(xué)模式一般是從網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的最底層即物理層開始向上，最后討論應(yīng)用層。而“自頂向下”教學(xué)模式是以自頂向下的方式來講授網(wǎng)絡(luò)，也就是按照OSI參考模型的自上而下的順序，先從應(yīng)用層開始向下到表示層→會話層→運輸層→網(wǎng)絡(luò)層→鏈路層一直到物理層，層層解析，逐步探討網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計方法和實現(xiàn)技術(shù)（如圖 1）。[3，5]

圖1 “自頂向下”教學(xué)法

在教學(xué)內(nèi)容的規(guī)劃安排上，“自頂向下”教學(xué)模式意味著將課程的重點明確在以應(yīng)用層與傳輸層為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)高層，注重基于應(yīng)用層的編程和案例，促使學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)環(huán)境中學(xué)習(xí)、重構(gòu)與創(chuàng)新。在教學(xué)實踐中，教師運用“應(yīng)用驅(qū)動”方法來構(gòu)建整個教學(xué)過程，講授核心網(wǎng)絡(luò)概念，即通過講解計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用體系的主要功能和概念，完成具體的設(shè)計任務(wù)。[5]在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生按具體的任務(wù)要求去自主設(shè)計與實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用體系的主要內(nèi)容，以此來培養(yǎng)學(xué)生提出問題、依據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的原理分析問題并解決問題的能力。[6]

2.2 研究假設(shè)

H0：“自頂向下”教學(xué)模式顯著提高了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果

對比傳統(tǒng)教學(xué)模式與“自頂向下”教學(xué)模式對學(xué)生興趣與主動學(xué)習(xí)愿望的影響，對比傳統(tǒng)教學(xué)模式與“自頂向下”教學(xué)模式對學(xué)生考試成績的影響。如果“自頂向下”教學(xué)模式將常用的網(wǎng)絡(luò)實踐與其背后的原理相結(jié)合，拓展延伸了學(xué)生知識的廣度和深度，強化了學(xué)生應(yīng)用技巧和維護(hù)技能，說明“自頂向下”教學(xué)模式進(jìn)一步提高了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果。

H1：“自頂向下”教學(xué)模式?jīng)]有顯著提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果

對比傳統(tǒng)教學(xué)模式與“自頂向下”教學(xué)模式對學(xué)生興趣與主動學(xué)習(xí)愿望的影響，對比傳統(tǒng)教學(xué)模式與“自頂向下”教學(xué)模式對學(xué)生考試成績的影響。如果“自頂向下”教學(xué)模式將常用的網(wǎng)絡(luò)實踐與其背后的原理相結(jié)合，沒有拓展延伸學(xué)生知識的廣度和深度，沒有強化學(xué)生應(yīng)用技巧和維護(hù)技能，說明“自頂向下”教學(xué)模式?jīng)]有進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果。

2.3 數(shù)據(jù)來源

本研究面向北京交通大學(xué)清河職業(yè)學(xué)院計算機應(yīng)用技術(shù)系的專業(yè)（1）班和專業(yè)（2）班（兩個班級授課老師相同、考試試卷相同、學(xué)生總體情況相似，即兩個班級僅采用的教學(xué)方法不同）分別發(fā)放調(diào)查問卷，有效問卷回收率為98%。

3 實證得出研究結(jié)論

調(diào)查問卷以課堂上是否積極思考回答問題，是否積極復(fù)習(xí)、預(yù)習(xí)，是否積極閱讀課外參考書等來衡量主動學(xué)習(xí)愿望的程度。由圖2可見，采用“自頂向下”教學(xué)模式的學(xué)生學(xué)習(xí)計算機網(wǎng)絡(luò)的興趣更濃、主動性更強、積極性更高，主動學(xué)習(xí)愿望強烈，占比15%，是采取傳統(tǒng)教學(xué)法的5倍；采用“自頂向下”教學(xué)模式，使58%的學(xué)生能在課上積極回答問題或能積極復(fù)習(xí)、預(yù)習(xí)或閱讀計算機網(wǎng)絡(luò)方面的參考書，比采用傳統(tǒng)教學(xué)模式提高了25%；而64%的學(xué)生由于采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，主動學(xué)習(xí)的愿望不高，基本處于一種被檢查、被督促的被動學(xué)習(xí)狀態(tài)下，尤其隨著教學(xué)的深入，被動學(xué)習(xí)的學(xué)生比例越來越高。

圖2 對比傳統(tǒng)教學(xué)模式與“自頂向下”教學(xué)模式對學(xué)生興趣與主動學(xué)習(xí)愿望的影響

由圖3可見，采取傳統(tǒng)教學(xué)模式的班級的考試成績優(yōu)秀率為4%，僅是采用“自頂向下”教學(xué)模式的班級考試成績優(yōu)秀率（10%）的2/5；在考試成績優(yōu)良率方面，采取傳統(tǒng)教學(xué)模式的班級為38%，也僅是采用“自頂向下”教學(xué)模式班級的60%；而在對比及格率和不及格率方面，運用傳統(tǒng)教學(xué)模式的班級分別為40%和18%，而采取“自頂向下”教學(xué)模式的班級分別為29%和1%，均遠(yuǎn)低于采用傳統(tǒng)教學(xué)模式的班級，即采取傳統(tǒng)教學(xué)模式的班級里中等以下成績的學(xué)生占到將近60%，而采用“自頂向下”教學(xué)模式的班級里成績在中等以下的學(xué)生占比30%，僅是采取傳統(tǒng)教學(xué)模式的50%。可見，采用“自頂向下”教學(xué)模式提高了學(xué)生考試成績，說明“自頂向下”教學(xué)模式有益于學(xué)生熟練掌握計算機網(wǎng)絡(luò)的基本知識和技能。

圖3 對比傳統(tǒng)教學(xué)模式與“自頂向下”教學(xué)模式對學(xué)生考試成績的影響

研究發(fā)現(xiàn)：對比傳統(tǒng)教學(xué)模式與“自頂向下”教學(xué)模式對學(xué)生興趣與主動學(xué)習(xí)愿望的影響，對比傳統(tǒng)教學(xué)模式與“自頂向下”教學(xué)模式對學(xué)生考試成績的影響。經(jīng)過統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)采用“自頂向下”教學(xué)模式的學(xué)生學(xué)習(xí)計算機與網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù)的興趣度更高而且主動學(xué)習(xí)的愿望也更強烈。這是由于大多數(shù)學(xué)生已經(jīng)對網(wǎng)上沖浪、收發(fā)電子郵件、上傳與下載等應(yīng)用層有了感性認(rèn)知，如果從這些日常熟悉的應(yīng)用領(lǐng)域著手，學(xué)生為了更熟練掌握其使用技巧，會對現(xiàn)象背后的技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)生濃厚的興趣并自主探索、比對、辨析以及歸納，學(xué)生通過感性認(rèn)知串聯(lián)情境脈絡(luò)與社會實踐，從經(jīng)驗中提煉總結(jié)操作技巧，整合凝練相關(guān)概念并領(lǐng)會網(wǎng)絡(luò)專業(yè)術(shù)語，逐步探索并理解其內(nèi)部原理，并在練習(xí)過程中產(chǎn)生強烈的成就感，繼而提高了學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的內(nèi)在潛力，從而取得了良好的自學(xué)效果，因此學(xué)業(yè)考試成績也表現(xiàn)得更優(yōu)秀。

驗證假設(shè)H0：“自頂向下”教學(xué)模式顯著提高了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果

研究結(jié)論：由此可見，“自頂向下”教學(xué)模式將日常的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、常用的網(wǎng)絡(luò)實踐與其背后的理論、原理有機地結(jié)合起來，在很大程度上激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動學(xué)習(xí)的積極性，拓寬了視野與知識面，延伸了學(xué)生知識的廣度和深度，強化了學(xué)生應(yīng)用技巧和維護(hù)技能，提高了學(xué)習(xí)效果，從而拓展了綜合素養(yǎng)，獲得了良好的教學(xué)效果，對于提高計算機網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)質(zhì)量具有重要意義。

4 創(chuàng)新性應(yīng)用“自頂向下”教學(xué)模式的若干探討

4.1 遵循認(rèn)知規(guī)律，貫徹逐層分解的教學(xué)思路

首先，從項目案例入手，結(jié)合應(yīng)用場景，自上而下逐級分析、環(huán)環(huán)相扣、步步推進(jìn)、層層深入，有針對性的逐層延伸細(xì)化到每一知識點并探究其內(nèi)部基本原理，再將與各層有關(guān)聯(lián)的概念串接整合起來，通過加深學(xué)生對于各部分間關(guān)系的理解，從而建構(gòu)起為達(dá)到教學(xué)目標(biāo)所需的知識框架和理論體系。這種“自頂向下”的方法遵循了提出問題-分析問題-解決問題的規(guī)律，符合先熟練應(yīng)用再分析原理的思路。比如，在講授應(yīng)用層時，從可適用于應(yīng)用程序的運輸服務(wù)以及因特網(wǎng)提供的搜索引擎等服務(wù)入手，可以增設(shè)教師和學(xué)生間的互動環(huán)節(jié)，之后再關(guān)注應(yīng)用層協(xié)議的規(guī)范、運行機理以及相關(guān)原理。

4.2 注重自主開發(fā)應(yīng)用，提高解決問題的能力以及動手實踐技能

情感態(tài)度、職業(yè)技能、理念模式等皆可歸為緘默知識，與顯性知識相比，緘默知識常常隱匿于社會生活和實踐應(yīng)用中，是一種集自我體會、經(jīng)驗提煉、感性頓悟、訣竅歸納于一體的隱性知識。教師在教學(xué)中應(yīng)不斷激勵學(xué)生自主感知，獲取顯性知識和緘默知識，引導(dǎo)學(xué)生在練中求學(xué)、學(xué)中求練、邊練邊學(xué)，力求學(xué)得會、用得上，即學(xué)以致用，以達(dá)到較好的實踐效果，確實做到理論與實踐相結(jié)合，用實踐驗證理論，用理論指導(dǎo)實踐。比如，以學(xué)生解決校園網(wǎng)絡(luò)沖突、網(wǎng)速慢、經(jīng)常掉線的問題為例，首先分析現(xiàn)象存在的原因，然后提出可行方案，最后設(shè)計網(wǎng)絡(luò)布局，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)線路。在這一實踐過程中，學(xué)生能積極查找有關(guān)文獻(xiàn)、參考書，開展分析討論，進(jìn)一步找到問題的癥結(jié)，確定實施方案所需的條件，提高了動手動腦協(xié)同解決問題的能力。

4.3 樹立基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)新時代創(chuàng)新型人才

李克強總理在政府工作報告中提到了“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略，“互聯(lián)網(wǎng)+”不僅深刻影響著經(jīng)濟、社會與人們生活，更意味著思維方式的全新變革。有關(guān)研究認(rèn)為，創(chuàng)新思維是產(chǎn)生前所未有的新成果、達(dá)到新認(rèn)知水平的思維，是對一般思維的更高要求。[7]在計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用教學(xué)中，“自頂向下”教學(xué)模式以學(xué)生需求為圓心、以應(yīng)用為半徑，通過引導(dǎo)學(xué)生主動查找資料，利用計算機與網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù)獲取、表示、存儲及傳輸知識，實現(xiàn)多層次處理并解決現(xiàn)實問題，有益于學(xué)生培養(yǎng)互聯(lián)網(wǎng)多維思維，有益于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用能力，有益于提升學(xué)生的信息素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

4.4 創(chuàng)新教學(xué)模式，將“自頂向下”理念融入智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)

深刻領(lǐng)悟近些年中共中央一號文件精神和習(xí)近平總書記“以科技為支撐走內(nèi)涵式現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展道路”講話的時代精神，牢牢抓緊“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代智慧農(nóng)業(yè)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的機遇期，可以說，重中之重是要努力實踐“互聯(lián)網(wǎng)+”思維，積極通過創(chuàng)新教學(xué)模式，大力培養(yǎng)智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)人才。本文分析認(rèn)為，真正的信息化教學(xué)應(yīng)該是潤物細(xì)無聲的、潛移默化的，無需枯燥繁難的教學(xué)過程，而需一見即懂、一用即高效，這可以認(rèn)為是發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)教學(xué)的最初設(shè)想，也可以認(rèn)為是實現(xiàn)“自頂向下”教學(xué)理念融入智慧農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的最佳效果。

4.5 依據(jù)學(xué)生特點，因材施教

由于計算機專業(yè)的本科生和高職生自身具有的特點不同，本科生理論基礎(chǔ)更扎實些，而高職學(xué)生動手操作的能力更強一些，而且本科生和高職生培養(yǎng)目標(biāo)也不盡相同，因此在教學(xué)內(nèi)容的選擇和教學(xué)形式的運用方面更需要有針對性。例如，對于高職生，更應(yīng)該淡化對網(wǎng)絡(luò)底層中難以理解的專業(yè)術(shù)語和原理的關(guān)注，重點在于如何運用計算機網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)理論和核心技術(shù)指導(dǎo)設(shè)計實驗。因此，采用“自頂向下”的教學(xué)模式，有助于引導(dǎo)學(xué)生自主選擇適合其特點的教學(xué)內(nèi)容，促使整個教學(xué)過程更個性化。

5 結(jié)束語

“自頂向下”的教學(xué)模式通過應(yīng)用層案例導(dǎo)入理論知識，既能激發(fā)學(xué)生興趣，也能潛移默化地將理論知識傳授給學(xué)生；這種啟發(fā)式的教學(xué)模式不但能應(yīng)用于計算機類課程，也能廣泛應(yīng)用于其它課程；不僅可以實踐于計算機類相關(guān)專業(yè)，也可以廣泛實踐于智慧農(nóng)業(yè)等專業(yè)。因此，本文的教學(xué)模式探究對于提升教學(xué)質(zhì)量具有較深遠(yuǎn)的意義。