基于微課程的計算機網(wǎng)絡(luò)課程混合式教學(xué)研究

陳 磊，張凱亮

（徐州工程學(xué)院，江蘇 徐州 221008）

計算機網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)中需要學(xué)生學(xué)習(xí)使用大量網(wǎng)絡(luò)工具并掌握大量網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，大大超過課程的課時設(shè)計。因此，基于該課程教育的現(xiàn)實問題，通過對其課程內(nèi)容進行微課程的設(shè)計與應(yīng)用，解決課程教學(xué)中的不足，把一部分學(xué)習(xí)移到課堂之外。為了配合課程的使用，教學(xué)中還需要引入混合式教學(xué)模式，把課堂教學(xué)和微課程的使用結(jié)合起來。

一、計算機網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)面臨的挑戰(zhàn)

在新工科中，合理運用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成為一項必要能力。計算機網(wǎng)絡(luò)類課程需要適應(yīng)這種要求，為學(xué)生的能力培養(yǎng)提供支持。如同其他課程一樣，計算機網(wǎng)絡(luò)課程在新工科教學(xué)中面臨諸多問題：學(xué)生學(xué)習(xí)過程被動、知識向能力轉(zhuǎn)化效率低、學(xué)生學(xué)習(xí)目的性差、學(xué)生實踐動手能力差、學(xué)生創(chuàng)新更多來自課外和缺少整體分析問題解決問題的訓(xùn)練。有研究認為，需要通過集成式微課程體系將不同性質(zhì)的課程有機融合為一體，發(fā)揮微課程體系協(xié)同作用，以有效解決上述問題[1]。微課程作為一種課程組織形式，具有特殊的技術(shù)屬性，例如微型化的體量、半開放的結(jié)構(gòu)、序列化的內(nèi)容、混合式的實施和高質(zhì)量的體驗[2]。其技術(shù)屬性也決定了設(shè)計中的基本原則包括學(xué)生中心、化繁就簡、激活興趣和整體設(shè)計。與微課程相伴的是混合式教學(xué)模式，而混合式教學(xué)的具體設(shè)計中需遵循的原則包括以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向的逆向設(shè)計思維、貫穿全過程的線上線下混合式設(shè)計和具有一定開放度的學(xué)習(xí)支架搭建。以混合式教學(xué)改進計算機網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)質(zhì)量已有很多例證[3]。有研究者發(fā)現(xiàn)，利用線上的碎片化學(xué)習(xí)擴展學(xué)生知識量，利用線下的系統(tǒng)學(xué)習(xí)連接各個知識點，最終可以有助于完成該類課程的知識系統(tǒng)化重構(gòu)[4]。具體到計算機網(wǎng)絡(luò)課程，有課題組以計算機網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用課程為例，進行了教學(xué)實驗和數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，翻轉(zhuǎn)課堂促進學(xué)生間的交流互動，提升了團隊協(xié)作技能；翻轉(zhuǎn)課堂增強了學(xué)生的責(zé)任感，提高了學(xué)習(xí)績效;而翻轉(zhuǎn)課堂的順利開展離不開良好的教學(xué)環(huán)境和教師素養(yǎng)[5]。本文采用微課程的教學(xué)模式，對計算機網(wǎng)絡(luò)原理課程的教學(xué)進行重新設(shè)計，驗證了以微課程為基礎(chǔ)的混合式教學(xué)方法在此類課程教學(xué)的作用。在教學(xué)設(shè)計中，本文考慮思政元素的融合，采用了把日常思政案例融入到各個教學(xué)目標(biāo)中的做法[6]。在知識模塊的教學(xué)設(shè)計中，強調(diào)工程范式回歸，把知識作為工程實踐的工具而不是教學(xué)目的本身，強調(diào)解決工程問題的能力培養(yǎng)[7]。

二、計算機網(wǎng)絡(luò)課程概況和微課程設(shè)計思路

計算機網(wǎng)絡(luò)課程是計算機類相關(guān)專業(yè)學(xué)生的專業(yè)核心課程。教學(xué)目的是使學(xué)生掌握計算機網(wǎng)絡(luò)的基本工作原理和實現(xiàn)方法，培養(yǎng)學(xué)生運用計算機網(wǎng)絡(luò)原理分析解決實際應(yīng)用問題的能力，為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)和工程實踐打下基礎(chǔ)。課程遵循OBE 和工程教育認證理念，根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，設(shè)定課程目標(biāo)為：（1）理解計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)各層的主要功能，掌握網(wǎng)絡(luò)各層的主要協(xié)議和主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，理解標(biāo)準(zhǔn)化的作用，在工作學(xué)習(xí)中要“尊重標(biāo)準(zhǔn)，向標(biāo)準(zhǔn)看齊”，努力形成遵章守則的氛圍，能夠利用網(wǎng)絡(luò)分析工具分析網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的工作狀態(tài)。（2）根據(jù)特定的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)性能需求抽象出問題模型，利用模型選擇技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，設(shè)備選型引導(dǎo)學(xué)生在同等條件下支持國產(chǎn)設(shè)備，并能夠進行局域網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)的設(shè)計。能根據(jù)傳輸性能和安全性等具體需求，選擇合理的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。培養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)安全規(guī)范意識，樹立網(wǎng)絡(luò)安全意識，認識網(wǎng)絡(luò)使用規(guī)范和有關(guān)倫理道德的基本內(nèi)涵，增強自覺遵守網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)的法律法規(guī)的意識。提出一系列有關(guān)網(wǎng)絡(luò)安全和網(wǎng)絡(luò)強國的戰(zhàn)略思想，把網(wǎng)絡(luò)安全上升到“大安全”的高度，上升到與公民權(quán)益、國家利益的高度，激發(fā)學(xué)生成為網(wǎng)絡(luò)安全的維護者，構(gòu)筑網(wǎng)絡(luò)安全防線，捍衛(wèi)網(wǎng)絡(luò)安全的社會責(zé)任感和職業(yè)使命感。（3）能夠設(shè)計主要網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的實驗環(huán)境，能夠利用網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，獲取網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)。通過正確解讀指標(biāo)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運行中存在的問題。（4）能夠使用網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備和仿真平臺搭建特定業(yè)務(wù)運行的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，利用網(wǎng)絡(luò)分析工具分析業(yè)務(wù)運行效果，并對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提出優(yōu)化設(shè)計方案。通過學(xué)生分組對復(fù)雜工程問題進行分析、設(shè)計和開發(fā)，理解良好團隊?wèi)?yīng)具有團隊協(xié)作意識和能力。

經(jīng)過長期建設(shè)，課題組在該課程上形成了3 點特色：（1）強化解決復(fù)雜問題的能力培養(yǎng)和工程思維?；ヂ?lián)網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)空間的基礎(chǔ)設(shè)施，課程內(nèi)容以傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（TCP/IP）體系結(jié)構(gòu)為綱，擴展到物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、下一代互聯(lián)網(wǎng)和SDN 等網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，將基本原理融入復(fù)雜工程問題。將網(wǎng)絡(luò)工程、網(wǎng)絡(luò)編程、網(wǎng)絡(luò)安全與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議原理的運用有機結(jié)合起來，構(gòu)建原理為基礎(chǔ)、應(yīng)用為導(dǎo)向的課程內(nèi)容體系。（2）鼓勵學(xué)生對經(jīng)典算法的批判思維。引入對經(jīng)典模型和算法的重新評價，如可靠傳輸、socket 管理和域名解析算法等，培養(yǎng)學(xué)生的批判思維，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)的局限性，敢于改進。（3）教學(xué)活動回歸工程范式。協(xié)議設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)部署等實踐教學(xué)內(nèi)容來均自教師科研項目中的工程問題。教學(xué)過程中，學(xué)生必須通過需求分析、方案設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備部署和仿真測試等過程完成項目設(shè)計和實驗報告。

課程包含63 個微課學(xué)時，每個微課學(xué)時10～20 分鐘，課題組提供線上微課程資源包，學(xué)生可以學(xué)習(xí)這些資源包，也可以通過網(wǎng)上技術(shù)社區(qū)自學(xué)，教師負責(zé)評價學(xué)習(xí)結(jié)果。課程還包含40 個理論課堂學(xué)時和16 個實踐課堂學(xué)時。微課程以自學(xué)為主，包含基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)和基本技能的訓(xùn)練，以及部分驗證性實驗的講解；理論課時以教師講解為主，負責(zé)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議底層邏輯梳理和知識點串聯(lián)；實踐課時以翻轉(zhuǎn)課堂為主，教師組織對設(shè)計類和創(chuàng)新類的大作業(yè)和實驗進行討論和成果展示。

在決定采用混合式教學(xué)之后，課程章節(jié)設(shè)置按照計算機網(wǎng)絡(luò)5 層結(jié)構(gòu)設(shè)計，理論單元和實踐單位獨立設(shè)計，邏輯層次清晰，便于學(xué)生課外自學(xué)。該課程被課題組細分為63 個知識點和能力點。課題組自制微課視頻61個，包含各個知識點和實驗工具的使用說明，同時學(xué)習(xí)任務(wù)點增加至66 個，對于主要知識點提供了作業(yè)和思考題，便于統(tǒng)計和分析學(xué)生學(xué)習(xí)情況。微課程包括教學(xué)設(shè)計文檔、教學(xué)輔助資源及師生對課程各環(huán)節(jié)的反饋與評價等多種資源。這些文件共同構(gòu)成了一個結(jié)構(gòu)緊湊、類型豐富和主題突出的主題單元資源包。主要微知識點及其資源包的總體設(shè)計見表1。該資源包形成之后，基礎(chǔ)的知識點和技能點由線上的微課程資源包提供支持。課堂時間被用于知識點串聯(lián)，協(xié)議底層邏輯講解和設(shè)計性作業(yè)討論。

表1 微課程總體設(shè)計

結(jié)合課程內(nèi)容，充分挖掘課程思政元素，將網(wǎng)絡(luò)安全國家戰(zhàn)略意義、工匠精神的培養(yǎng)等融入到具體知識點中。通過生成性學(xué)習(xí)資源構(gòu)建，引導(dǎo)學(xué)生課后對實驗設(shè)備、案例和教學(xué)視頻自研，培養(yǎng)學(xué)生自信、共享和協(xié)作精神。自課程建設(shè)以來，每個知識模塊都加入了思政內(nèi)容。課程思政設(shè)計見表2。

表2 課程思政教學(xué)設(shè)計架構(gòu)

在課程設(shè)計中，課題組進行了明確分工，組長負責(zé)教學(xué)內(nèi)容組織，2 位教師負責(zé)教案設(shè)計，1 位教師負責(zé)超星網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺課程資源的發(fā)布、更新與維護，另1 位教師負責(zé)課程思政案例設(shè)計，1 位實驗師負責(zé)實驗項目設(shè)計、實驗指導(dǎo)書修訂。形成了包括教授1 人、副教授3人、講師1 人和實驗師1 人的固定教學(xué)團隊。明確的分工提高了微課程資源包的制作質(zhì)量。

三、微課程設(shè)計使用情況分析

課題組向?qū)W生布置學(xué)習(xí)任務(wù)時，并不要求必須使用提供的微課程資源包，學(xué)生可以自選學(xué)習(xí)方法，發(fā)現(xiàn)其他資源可以在班級共享。全班學(xué)生共48 人，為大三計算機專業(yè)學(xué)生。課題組對微課程資源使用情況進行統(tǒng)計。圖1 是主要微課視頻的觀看人數(shù)，最高時到達43 人，所有視頻的觀看人數(shù)都超過35 人，可見學(xué)生對多媒體信息接受度較高。訪談發(fā)現(xiàn)，沒有觀看的同學(xué)并不是學(xué)習(xí)成績較差，而是基礎(chǔ)較好或者喜歡查閱技術(shù)社區(qū)的資料。微課視頻的存在，一定程度上拉齊了學(xué)生的基本水準(zhǔn)，為課堂教學(xué)提供了保障。

圖1 理論教學(xué)部分微課視頻觀看人數(shù)

圖2 是部分關(guān)鍵微課程文檔的查看人數(shù)。查看率低于50%，學(xué)生對與文字性的教學(xué)資源的偏好較低。部分文字資料和教材有一定重疊，也是查看率低的原因。

圖2 理論教學(xué)部分文字資料查看人數(shù)

圖3 是線上測試題目的參與度。由于線上測試題和期末考試有一定相關(guān)度，所以參與度較高。可見學(xué)生對期末成績的關(guān)注度較高。

圖3 知識點線上測試參與人數(shù)

圖4 是累積參與網(wǎng)上微課的人數(shù)。在開課1 個月之后，100%的學(xué)生參與過該課程的線上微課學(xué)習(xí)。這是由于在接近1 個月的時候，課程的實操部分比例開始加大，需要使用網(wǎng)上學(xué)習(xí)工具，學(xué)生普遍還是偏好較為直觀的實際操作。

圖4 網(wǎng)上微課程累積參與人數(shù)

從微課程資源使用情況看，學(xué)生偏好多媒體資源，關(guān)注自身的成績，但對于枯燥的文字資源關(guān)注較少。上述結(jié)果，一方面鼓勵教師制作更多更好的多媒體資源，一方面要求教師注意提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)術(shù)和技術(shù)資料雖然較為枯燥，然而研讀這些資料正是學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣的一種體現(xiàn)。而微課視頻和線上習(xí)題的高訪問率是多媒體動畫吸引和考試壓力等外部因素造成的。

四、微課程教學(xué)效果分析

在教學(xué)過程中，由于引入了微課程資源，團隊壓縮了直接講授的內(nèi)容比例，強化了動手實踐能力培養(yǎng)，增加了技術(shù)方案的前沿追蹤和課堂討論，學(xué)生打破固定思維提出了許多創(chuàng)新的方案。通過上述課程建設(shè)和改革，學(xué)生對計算機網(wǎng)絡(luò)的感性認識增加，學(xué)習(xí)動機得到強化，實踐動手能力也大幅提升，課題組注重指導(dǎo)學(xué)生進行工程實踐。近年來組織學(xué)生參加網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相關(guān)學(xué)科競賽，獲得中國高校計算機大賽（C4）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)挑戰(zhàn)全國總決賽一等獎、二等獎、三等獎各1 項，華東區(qū)決賽二等獎3 項，三等獎13 項；中國大學(xué)生計算機設(shè)計大賽全國總決賽三等獎、江蘇省賽二等獎各1 項；“挑戰(zhàn)杯”江蘇省選拔賽三等獎1 項；中國大學(xué)生iCAN 物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽華東賽區(qū)三等獎1 項；“新華三杯”全國大學(xué)生數(shù)字技術(shù)競賽華東賽區(qū)一等獎1 項。江蘇省網(wǎng)絡(luò)安全技能競賽三等獎以上8 項，學(xué)生以第一作者發(fā)表和錄用計算機網(wǎng)絡(luò)方向EI 收錄的科研論文20 篇以上。

從學(xué)生的學(xué)術(shù)成果看，引入微課程之后，課后學(xué)習(xí)時間利用充分，課堂教學(xué)效率被激活，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自學(xué)能力有了顯著提升。由于微課程資源涵蓋了大多數(shù)知識點和技能點，使得學(xué)生可以合理運用這些資源進行更深度的設(shè)計，翻轉(zhuǎn)課堂上不再是學(xué)生按部就班的演示，而是出現(xiàn)想法的碰撞和許多有趣的創(chuàng)新點，學(xué)生提出了軟路由的設(shè)計和實現(xiàn)、被動重傳協(xié)議和語音云質(zhì)量評價和域名解析（DNS）欺騙攻防等有趣的創(chuàng)新性案例?；旌鲜浇虒W(xué)的效果得到了體現(xiàn)。

五、結(jié)束語

計算機網(wǎng)絡(luò)從誕生開始，就不斷在解決應(yīng)用中的問題，所有的協(xié)議都是開放文檔，自身不斷進化和發(fā)展。計算機網(wǎng)絡(luò)已成為信息社會的基礎(chǔ)設(shè)施，物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)等新技術(shù)及應(yīng)用都離不開計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進步，這就要求課程在教學(xué)內(nèi)容上不斷更新，引導(dǎo)學(xué)生基于原理解決新問題。將思政內(nèi)容有機融入網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及各層協(xié)議的知識點中，以協(xié)議安全問題引導(dǎo)學(xué)生理解網(wǎng)絡(luò)安全為什么已成為國家戰(zhàn)略，以協(xié)議的開放性設(shè)計思想培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和不斷創(chuàng)新的意識。這一切都需要改變傳統(tǒng)的授課模式，采用混合式教學(xué)模式來提高學(xué)生運用知識解決實際工程問題的能力。本課程的實踐證明，微課程的合理設(shè)計是保障混合式教學(xué)效果的基礎(chǔ)。