基于翻轉課堂的計算機網絡課程教學重構

王昊翔

（華南理工大學 計算機科學與工程學院，廣東 廣州 510006）

0 引 言

作為計算機相關專業的核心專業基礎課程，計算機網絡的教學目標是讓學生理解、掌握計算機網絡的基本原理，在了解計算機網絡分層體系結構的基礎上，深入學習網絡協議、算法、網絡設備工作原理。計算機網絡課程的傳統教學模式以課堂授課為主。該課程內容繁多復雜，易造成教與學的脫節，導致學生在學習過程中缺乏主動性，獨立思考能力得不到提高，教學質量難以有效提升。慕課與翻轉課堂的興起，給計算機網絡課程教學改革帶來了新的機遇與挑戰。

1 背 景

大規模在線開放課程（MOOC，Massive Open Online Course），也稱為慕課。慕課教學形式最早出現于2008 年，從2011年開始，隨著斯坦福大學、麻省理工學院等世界知名高校的加入，慕課開始在全球范圍風行[1]。慕課的特點可以總結為兩點：開放性和大規模性[2]。在慕課的基礎上，加州大學伯克利分校的Armando Fox教授提出了SPOC（Small Private Online Courses，小規模限制性在線課程）的概念[3]。相對于MOOC，SPOC的學習者為開課學校的校內學生或有人數限制的線上學生，課程并非大規模地開放給所有人，以期提升學習參與度和課程完成率。

相對于傳統課堂教學，翻轉課堂（Flipped Classroom）[4]是“顛倒”時間和內容的一種新型教學模式。這種教學模式要求學生在課前通過觀看課程視頻預先自主學習，并完成相應的課程考查作業。在課堂時間，教師通過引導組織學生進行問題討論、分組項目等教學活動，讓學生鞏固課前所學的課程知識，并應用實踐這些知識。

近年來，國內高校教育者也對翻轉課堂理論和實踐展開了研究。在計算機網絡領域的相關課程中，文獻[5]通過分析計算機網絡原理課程的教學現狀及翻轉課堂教學模式的發展現狀，提出一種將傳統教學與翻轉課堂教學相結合的計算機網絡原理課程教學模型；文獻[6]提出在SPOC平臺的基礎上實現計算機網絡課程的翻轉教學，綜合運用主動學習、混合教學、問題式教學、CDIO等教學方法設計翻轉課堂，充分體現以學生為主的教學理念；文獻[7]分析翻轉課堂的內涵與研究現狀，提出計算機網絡課程翻轉課堂教學模型，結合教學案例給出翻轉課堂的具體實施策略，并闡述了翻轉課堂模式下的教學評價機制；文獻[8]基于MOOC 課程建設的特點，設計一套開放性強、交互靈活的計算機網絡課程微課教學系統，實現以學習者為中心的師生多重交互分享，有效提高大學教學活動的創造性和實效性。本文在參考相關文獻的基礎上，討論如何結合翻轉課堂模式，改革傳統的計算機網絡課程教學，著重論述在教學改革過程中面臨的挑戰和解決方法。

2 課程現狀分析

計算機網絡是一門理論與實踐相結合的課程，也是計算機相關專業的核心專業基礎課程。課程要求學生在掌握計算機網絡分層模型的基礎上，深入學習和理解網絡協議、相關算法以及網絡設備基本工作原理。同時，課程要求學生具備一定的實踐動手能力，掌握計算機組網、路由器配置、網絡基本編程等能力。在大部分國內高校，該課程教學面臨兩大問題。

1）有限的課堂授課學時與繁多的課程內容之間的矛盾。

計算機網絡課程最多安排64課時進行教學工作，除去課程實驗學時，用于課堂理論教學的學時一般不超過48學時。而計算機網絡課程涵蓋的知識點眾多，課程內容極為豐富，在傳統課堂授課中，教師受限于學時數，無法與學生展開足夠的課堂互動，教學模式停留在單向的知識講授模式。因此，課堂教學效果難以提高，難以激發學生學習的積極性、主動性，難以通過互動，培養學生的探索精神和獨立思考能力。

2）理論教學與實踐內容脫節的矛盾。

由于計算機網絡領域的知識更新較為迅速，傳統的計算機網絡課程教材對IPv6、物聯網、SDN等新知識的收錄較為遲緩，因此補充新知識是當前計算機網絡課程教學的薄弱之處。此外，大多數計算機網絡課程教材側重于理論知識的梳理傳授，缺少對實踐知識的有效補充，造成課堂學習知識與課程實驗內容的脫節。更嚴重的后果是畢業生的計算機網絡知識體系與今后就業面臨的實際網絡應用脫離，無法滿足企業的實際需求。

慕課及翻轉課堂模式的興起，給計算機網絡課程教學改革注入了新的內容，也為解決以上兩大課程難題提供了機遇和可能。對于計算機網絡領域的教學，當前主要的改革任務是：如何將新的教學模式與課程實際情況相結合。

3 計算機網絡課程教學重構

教學改革是一個漸進的過程，課程內容的建設需要一定的時間，學生對新知識點的編排也有適應的過程，教學改革也是一項與實際密切結合的工作。在課程教學改革實施過程中，既要考慮課程內容的實際情況，也要考慮學生的接受程度。因此，對于計算機網絡課程，教學改革不是簡單地以新教學方式替代傳統方式，而是一個復雜且長期的重構過程。

3.1 教學模型重構

教學模型可分為課前、課中與課后3部分。對教學工作者來說，傳統的教學模型包括圖1的內容。在課前，教師需根據教學目標準備教學內容、考查方式和考查內容；課中，教師主要進行知識講授、知識回顧和鞏固；課后，通過考查結果獲取反饋，指導下一步教學內容準備。

翻轉課堂教學模型要求教師在課前與課中進行較大的改變[9]。課前，要求教師進行在線視頻的策劃、錄制、發布以及在線習題的編寫。知識的學習主要依賴學生在課堂教學前自學，并進行在線的自我測試。對教師來說，課中教學環節主要包括對學生課前學習效果的檢驗，組織分組討論、習題答疑、項目實施等教學活動，通過課堂活動全面獲得教學效果的反饋。

高職院校《人力資源管理》課程教學改革研究 ………………………………………………………………………… 楊書靈（5/66）

出于對學習效果的考慮，慕課教學視頻短小精煉，時長通常控制在10分鐘以內。對于計算機網絡課程，一方面有相當數量的重要知識點不容易在10分鐘的視頻內闡述清楚，或者由于若干知識點之間聯系緊密，不適于分割為短小視頻講授；另一方面有的知識推演過程較為深澀難懂，有較大的實時互動需求，當學生難以理解的時候，可以考慮采用多種方式、多種角度進行講解。因此，在考慮改革教學模式的過程中，需要將翻轉課堂與傳統課堂有機結合。

圖1 傳統教學模式

重構后的教學模式見圖2。整個教學過程分為課程策劃、課前準備、課中教學、課后管理4個階段。課程策劃階段，教師梳理課程知識點，規劃課程整體安排。課前準備階段也是慕課制作階段，將知識點制作為慕課視頻，并配上對應的習題用以考查學生的階段學習效果。課中教學階段即課堂教學組織，根據課程策劃的具體安排，采取課堂深入講授、課堂組織研討、現場分組項目、課堂考查答疑等方式實施教學。課后管理階段，除了作業考查之外，還可以通過慕課平臺的留言交互等功能，實現課堂教學的延伸，進一步獲得課程教學的反饋信息。

3.2 課程內容重構

由于采取慕課作為授課方式，課程的教學時間不再受限于教學計劃分配的教學學時，因此可以對原有教學內容進行擴展，從而解決課程教學與實踐脫節、內容過于老舊等問題。此外，由于各知識點需要在翻轉課堂中采取不同的教學方法進行課堂教學實施，因此要對各知識點進行歸類劃分。課程內容重構為以下五大類。

1）難點內容。

這類知識點學習難度較大，學生難以通過觀看簡短視頻直接掌握，需要教師進一步講解。比如，關于CSMA/CD的介紹中，由于傳輸延時造成的碰撞沖突以及由于這類沖突造成在IEEE802.3協議對傳輸最短幀長的限制；IP地址相關內容中，IP地址分類、子網劃分、CIDR、NAT等知識點的相互對比關聯及優缺點分析等。這類內容較難理解，或相互之間銜接緊密，需要教師在課堂中進一步深化梳理。

2）重點內容。

知識點本身不難理解，但在課程知識體系中，卻有重要的作用，比如CDMA工作原理、海明編碼糾錯、各項路由協議等。這些內容學生通常能通過觀看課程視頻自學掌握，但需要在課堂教學中，通過各種方式鞏固學習效果，深化學生對這類知識點的理解。

3）普通內容。

4）補充內容。

這類知識點為課程內容的擴展。現有的計算機網絡教材，較少涉及物聯網、IPv6等下一代互聯網及軟件定義網絡SDN等較新的網絡知識。通過擴充這類知識，可以激發學生的學習興趣，培養學生的獨立思考能力，鍛煉學生查閱文獻資料、自主學習的能力。

5）實踐內容。

與課程實驗內容配套的知識點，比如路由器的基本操作、組網與IP地址分配的基本步驟、路由協議的配置方法、Socket編程基礎等內容。這些內容偏向實踐操作，通常在課程教材中覆蓋較少，但是對培養學生的實踐動手能力有重大價值。此外，通過實踐操作，可以進一步加深學生對相關理論知識點的理解和掌握。

通過重構教學內容，一方面保證課程的時效性和實用性，另一方面可以更高效地利用有限的課堂教學時間，在確保教學質量的同時，保障教學的效率。

圖2 計算機網絡課程教學模式重構

3.3 教學方法重構

采用翻轉課堂的教學方式后，由于大量的教學過程發生在課堂教學時間之外，課程的課堂授課時間會相應減少，因此課堂時間愈發寶貴。如何更加高效地利用有限的課堂學習，是翻轉課堂教學面臨的一大挑戰。具體到計算機網絡課程，在重構課程內容（如3.2章節中講述）的同時，需要重構對應的教學方法，課堂教學將包括以下幾種教學方法。

1）傳統授課。

傳統的課堂授課方式在課堂教學中得到一定保留，主要針對相互牽連緊密、內容深奧難懂的知識點或知識群。這種授課方法以20～30分鐘為一個單元，著力梳理相關內容，講解推理過程。由于學生課前已經一定程度地掌握了相關知識點，這類教學雖然仍采用傳統的授課方式，但所需的授課時間大大減少。

2）答疑解惑。

針對學生在慕課平臺或課堂練習反饋的共性問題，通過引導學生提問、教師答疑的方式進一步講解。比如，學生往往會疑惑，為何頻率單位赫茲（Hz）和數據率（bps）都可以衡量網絡帶寬。通過解答該問題，讓學生對周期性信號的傅里葉變換、香農定理、奈奎斯特定理等相關知識點有系統性的認識和理解。

3）分組討論。

針對開放性問題可以采取分組討論的方法。在給定討論主題后，讓學生分組自由討論，最后每組學生輪流發表總結。例如，IPv6與IPv4的對比、IPv6協議發展和取代IPv4面臨的困難等。這類問題需要學生進行發散性思維，并在分組討論中組織交流各自的觀點，激發學生主動學習。

4）分組項目。

給定具體的工程項目，要求學生分組協同合作、共同完成。比如網絡規劃項目，學生通過該項目可以實際應用課程中所學的網絡劃分、IP地址分配、網絡設備工作原理、路由協議等知識。

將多種教學方法與知識點劃分結合，綜合了傳統課堂授課與翻轉課堂的優勢，以學生為中心，在兼顧教學質量和教學效率的同時，引導學生從被動學習向主動學習轉變，從單向的填鴨式教育向以培養綜合能力的素質教育轉化。

4 結 語

翻轉課堂是互聯網+思維和現代教育理念相結合的一大成果。這種新的教學模式為計算機網絡課程教學改革提供了一種新的思路和方法。在清楚看到翻轉課堂教學突出優勢的同時，作為教學工作者，應當將翻轉課堂的教學理念與課程實際以及學生實際情況相結合，通過有機結合傳統課堂和翻轉課堂，實現教學目標。這種教學重構必須是漸進式的不斷摸索，通過不斷優化教學內容、教學方式，繼續提高計算機網絡課程的教學效果。

[1]羅金玲. 基于微課的翻轉課堂教學模式創新應用研究: 以“計算機應用基礎”為例[J]. 電腦與電信, 2015(11): 20-22．

[2]陳玉琨. 中小學慕課與翻轉課堂教學模式研究[J]. 課程·教材·教法, 2014(10): 10-33．

[3]Liu Yanmei. Chinese higher education reform under the wave of MOOC [J]. Higher Education of Social Science, 2015, 9(3): 23-27.

[4]Chen Zhi. Flipped classroom model and its implementation in a computer programming course [EB/OL]. [2018-02-01]. http://www.docin. com/p-1954699879.html.

[5]李琳, 趙志剛,云紅艷. 傳統教學與翻轉課堂教學相結合的計算機網絡原理教學模型研究[J]. 計算機教育, 2015(22): 31-36.

[6]胡永東, 高宙宇. 基于翻轉課堂的計算機網絡課程建設[J]. 中國教育信息化, 2017(2): 28-32.

[7]李燕君. 翻轉課堂模式下的計算機網絡課程教學[J]. 計算機教育, 2014(20): 18-22.

[8]郭昌建, 張凡, 許鋒. 基于MOOC的計算機網絡課程微課教學系統設計[J]. 科教文匯, 2017(1): 72-73.

[9]Robert T. Inverting the linear algebra classroom [EB/OL]. [2017-04-29]. https://prezi.com/dz0rbkpy6tam/inverting-the-linearalgebra-classroom/.