基于SPOC的計算機網絡課程教學改革實踐

馮玉婷，史君華

（合肥師范學院 計算機學院，安徽 合肥 230601）

0 引 言

古往今來，課堂從來都是實施素質教育的主陣地，是深化教學改革的主戰場，主戰場的仗打得怎么樣，直接決定了素質教育效果的優與良。自網絡時代的高速發展影響了人們的日常生活以來，素質教育的戰場也從課堂搬到了網絡上，慕課就是這場戰役中打響的第一槍。慕課通過在線小視頻降低了專業課程的入學要求，促進了學習者的興趣和學習質量的提高[1]。由于慕課的課程開設門檻較低，學生基礎差距較大，開放性的授課過程大大影響了學習質量，所以在慕課的基礎上，加州大學伯克利分校的阿曼德?福克斯教授提出了SPOC（Small Private Online Course，即小規模限制性在線課程）。SPOC是MOOC在高校范圍教學的新發展，是專門針對在校大學生而設置的在線課程，采用以翻轉課堂為基礎的教學模式。與慕課的大規模（Massive）相反，SPOC的小規模（Small）有助于提升學習參與度、互動性及完課率，其限制性（Private）恰恰保證了聽課學生的基礎能力和學習質量[2-3]。

應用型本科教育是我國高等教育體系的一個重要組成部分。近年來，為滿足國家對于應用型人才的需求，合肥師范學院積極開展地方應用型高水平大學建設，以實踐能力發展為核心進行應用型人才培養的探索，計算機學院更是以突出訓練學生應用技能為首要任務，開展了深度的人才培養方案修訂與改革。網絡工程專業在推進改革方案時，始終將“改革教學方法和評價方式”作為主要任務，開展“啟發式講授、探究式討論”的互動式教學改革，以突出學生在學習過程中的自主性。計算機網絡的課程改革自2016年開始進行至2018年，在兩個學期兩個班級中從實驗探索，在方案設計、平臺試用、體系研究等多方面進行改革并獲得了較多經驗，取得了良好的效果[4]。

1 計算機網絡課程的特點與現狀

計算機網絡是將計算機技術與通信技術相互滲透、密切結合而形成的一門交叉學科，也是計算機類專業的專業核心課程。從教學內容上看，計算機網絡涉及的知識面較廣、原理性強、知識較抽象；從教學要求上看，課程要求學生具備對理論知識的理解能力和將理論知識結合實踐并應用的技術能力。課程通常設置為理論課程和實驗課程相結合的教學模式。在理論課教學過程中，教師采用課堂教學和課后習題練習的傳統授課方法，學生以習慣性的接收性思維學習理論知識，缺乏創新思維，缺乏自主學習的能力。另外，學生的實踐能力培養完全依靠實踐課程實現，學生可以在實驗課中理解理論課所學的知識，但是無法在理論課中體現計算機網絡的應用實踐內容。因此，在對新的教學模型進行構建時，首先以SPOC的翻轉課堂教學模式為基本模型，將課前自學、課堂交流、課后總結復習3個階段放進模型，然后在應用型人才培養的模式下，將實踐環節插入SPOC模型的3個階段，以內容體現形式，充分發揮新型教學方法的優勢，以取得良好的教學效果。

2 SPOC平臺上的應用型教學模型

2.1 教學模型

SPOC教學模型的特點主要體現在翻轉課堂的效果上，如圖1所示。在傳統教學模式中，教師在開展課前、課堂、課后3個階段的教學活動時，僅在課堂上對學生進行知識點講解，課前和課后很少會有教學活動，學生也會因此缺少學習的動力。而SPOC教學模式顛覆了學生課上學習、課下休息的學習模式，將學習活動貫穿在課前、課堂、課后三個階段，對學生提高了學習要求，也增加了學生學習的積極主動性[5]。

2.2 教學活動

在SPOC教學模型下的教學活動從課前階段、課堂階段和課后階段3個階段進行開展。

（1）課前階段。在新的教學模型中，教師的教學活動仍然貫穿3個階段，但是相比較于傳統課堂的教學任務，對教師工作量和能力的要求更高。在課前的備課環節，教師首先需要根據課程標準來設計教學內容。為了使學生有足夠注意力自學并理解每個視頻中的知識點，SPOC視頻的播放時間一般不超過10分鐘，所以如何將重點內容或復雜內容分解，同時保持結構的連貫性，要求教師對內容進行模塊化設計。其次，教師需要提前錄制一系列教學視頻，并發布到SPOC平臺。最后，教師根據教學目標提出本次教學任務，要求學生完成思考題或者作業，強化學生對課程內容的理解。

當學生在完成階段任務時，可設置獨立作業和團隊合作兩種形式。在觀看視頻或完成簡單任務時，通常為獨立作業，當任務內容較難或需要提問討論時，學生以小組形式共同完成。在使用本模型進行學習活動時，不管是課前、課堂還是課后，對學生進行分組都能達到更好的學習效果。以小組為單位，可以使學生互相監督和約束自學活動，也便于教師檢查學習效果，更能通過交流和討論培養學生的團隊協作互助能力，提高學習質量。

在此階段，學生可以根據自己存在的問題和小組成員討論互答，也可以將問題通過SPOC平臺及時反饋給教師。對于學習主動性高的學生，在此階段已完成基本學習任務，有助于其在后期進行深入和拓展學習。

圖1 計算機網絡的SPOC教學模型

（2）課堂階段。在SPOC教學模型中，課堂的教學活動至關重要。因為教師和學生的交流大部分為在線交流，雖然以手機或電腦為平臺的在線交流增加了時間的靈活性，提高了交流的便捷性，但也從一定程度上隱藏了學生學習效果的真實性，而且學生的學習與交流內容大多為零散知識點，在線交流難以幫助學生建立完整的知識體系，所以教師需要充分利用課堂階段對學校內容進行總結，檢查學生的學習質量，并幫助學生建立知識結構體系。教師的總結內容包括已學內容之間的聯系和本知識點在應用實踐中涉及的技術，通過對知識進行拓展和延伸，一方面幫助學生更好地理解所學內容，另一方面可擴大中等層次學生和優秀學生的知識面。

為了更好地激發學生的學習動力，教師可以組織小組之間進行現場比賽或對抗競爭，這樣可以得到學生在課前階段學習效果的真實反饋。對于學生所反饋的問題，教師可以進行當場解答，這樣也能幫助學生更好地理解所學知識。

（3）課后階段。最后一個階段在整個模型中起到鞏固和優化的作用。教師通過布置綜合性較高的作業或任務幫助學生復習所學知識。此類任務可通過設計創新性任務來實現，也可以繼續以分組形式完成。教師在這一階段可根據前兩階段的學習效果反饋，有針對性地關注不同層次學生的學習過程，保證總體學習效果。對于中高層次的學生，學生在課后可以選擇性完成任務，教師可將創新創業類項目或競賽類項目的基礎內容作為作業布置給學生，為項目和競賽的學生選拔做準備，使學習能力較強的學生帶領能力中等的學生共同完成學習任務；對于能力偏低的學生，有針對性地布置任務，要求學生做出強制性反饋，通過在線平臺單獨解決遺留問題。同時，學生對本輪教學模式中三個階段的學習效果進行評價，把自己在學習過程中遇到的問題和情況，提出意見或建議；教師根據學生提出的反饋修正教學模型中存在的問題，以達到教學效果的進一步優化。

2.3 應用型實踐案例與SPOC模型的融合

根據上述模型，學生可較好地掌握計算機網絡原理和概念。將理論知識拓展到應用實踐的過程通常由實踐課程來完成，當學生進入實踐課程時，才能真正理解理論內容的應用環境，掌握相關技術。如何在理論課程的學習過程中滿足應用實踐的要求，是所有理論課程都會面臨的一項挑戰。為了讓學生在理論課上就了解知識點在實踐中的應用領域及應用方法，可以在SPOC模型中將實踐教學案例分別插入課前、課堂和課后3個階段。

表1列出了在3個階段插入實踐環節的方法。以網絡層的“分類的IP地址”知識點為例，學生在了解IP地址的二層結構基礎上學習分類的IP地址。對于此知識點，理論上要求學生能清楚區分不同類型地址的特征。

在課前階段，為了幫助學生理解不同類型IP地址在網絡中的應用，教師預先設計一個由基本網絡設備搭建而成的網絡拓撲，并將如何根據網絡分配IP地址作為本知識點的學習任務，讓學生帶著問題觀看視頻。如圖2所示，圖中共有4個路由器A，B，C，D，某些網段已經給出所屬的網絡地址、現有接口或主機的IP地址，學生自學視頻掌握IP地址類別后，首先需要了解圖中已給地址所屬的網絡地址類別，然后根據已給地址得到所在網絡的網絡地址和主機范圍，最后在主機范圍內自行選擇合適的IP地址分配到接口或主機。

在課堂階段，教師給定一個由多種網絡連接設備搭建而成的網絡拓撲結構，學生首先需要綜合其他章節已學過的內容理解所有設備的功能，然后思考網絡設備在本拓撲結構中的作用，再按照已掌握的地址類別對設備接口和主機進行IP地址的分配。圖3中給出較多類型的網絡連接設備，有學生已經熟悉的路由器、交換機，還有不太熟悉的同軸電纜分路器、調制解調器。學生不僅要掌握不同設備的功能、所在層次，還要理解不同網絡設備對于地址的影響，以及地址的分配原則，這樣才能正確地完成IP地址劃分任務。這個階段的考核任務相對于前一個階段略復雜，考驗學生對于網絡整體結構的綜合理解能力和實踐技術的掌握能力。

表1 應用型實踐教學案例與SPOC模型的融合

圖2 課前階段的實踐任務拓撲圖

圖3 課堂階段的考核任務拓撲圖

在課后階段，通常以實踐設計作為復習過程。可要求學生通過模擬真實的網絡環境，如實驗室網絡、寢室網絡、辦公區域網絡等，來設計網絡拓撲結構。然后在自己設計的拓撲結構中對IP地址進行劃分。對于能力較強的學生，可通過要求學生提前學習下一部分無類別地址的特點來進行多種IP地址的分配，以此鞏固有類別地址的劃分特點和規律。對于學習能力較差的同學，將身邊的網絡引入課堂，一方面增加了學生的學習興趣，另一方面也能更好地將理論知識結合到實踐中，這樣不僅能培養學生的創新能力，也幫助學生理解抽象的知識點，同時熟悉網絡體系結構中各類硬件的實際作用。

通過在3個階段中插入實踐案例，不僅加深學生對課堂教學內容的理解，使學生能熟練操作網絡基本命令進行網絡管理，還能加強學生對網絡從理論到實踐的認識能力，提高學生解決網絡中實際問題的能力。

3 SPOC模型的評價機制

以SPOC為模型的教學強調學習過程，把學習過程中產生的學習效果作為重要的衡量標準，因此在SPOC模型下的翻轉課堂教學中，須針對模型中所設計的教學環境制定相應并且合理的課程評價機制。恰當的評價機制可以真實地反映學生的學習狀況，激發學生的學習積極性，能夠發揮SPOC模型下翻轉課堂的最好效果。

課程的評價機制一般由形成性評價和總結性評價兩部分組成。在傳統的教學模型中，由總結性評價衡量學生的學習效果，比重較大，形成性評價只是起到總結性評價的輔助效果。在SPOC教學模型中，學習過程被劃分為3個階段，過程性學習活動比較豐富，也正是由于對過程的把控，從而保證了學生的學習質量[6]。在本模型中的3個學習階段對整個學習過程都起著不可代替的效果，在任何一個環境的放松都會直接影響其他兩個階段的效果，也很容易暴露問題。所以，在設置計算機網絡的課程評價機制時，將形成性評價的比重設置為70%，總結性評價所占比重為30%，通過詳細的過程性評價機制來組織教學活動，突出過程性學習的重要性。

形成性評價對于課前、課堂和課后3個階段分別設置了考核內容和考核形式[7]。在課前階段，通過觀看視頻的自學記錄和小組間的互動積極性產生本階段的評價結果。自學記錄由學生上傳至網絡學習平臺，以小組形式檢查，同時小組內部根據自學產生的問題組織討論，根據學生的提問情況互相打分。在課堂階段，由教師直接對于學生的課堂表現給出本階段的評價結果，課堂活動的成績可由小組為單位產生，也可以由個人的課堂表現產生。在課后階段，通過學生完成習題的情況、在前兩個階段中小組內部的協作情況和交流內容及頻率等，由教師或者組長根據網絡平臺的所有記錄進行點評，產生本階段的評價結果。因為小組間的交流等活動均在SPOC平臺進行，因此教師可隨時審核評價結果的可靠性與真實性。如圖4所示。

表2 教學改革效果對比

圖4 SPOC模型的評價機制

4 教學改革的效果

基于SPOC的應用型本科教學改革將合肥師范學院計算機學院網絡工程專業2015級和2016級兩個班級作為實施對象，2015級物聯網工程專業和2016級計算機科學與技術專業的兩個班級采用傳統教學模式。經過兩學期的教學改革試驗，2015級和2016級教學改革班中參加華為、思科等企業認證的人數大大增加，在安徽省網絡攻防賽、華為ICT大賽中均取得了較好的成績。教學改革班與傳統班在課堂效果、期末成績、參加競賽人數、競賽證書及專業證書獲得數等方面存在明顯的差異。具體數據見表2。

5 結 語

綜上所述，將SPOC教學模型與應用型本科的教學改革結合能產生較明顯的效果，不僅優化了教學資源，鍛煉了學生獨立自主、團隊協作的學習能力，培養了學生善于動腦、勤于動手的學習習慣，更為學生實踐類課程奠定了扎實的基礎。在使用SPOC模型進行教學改革時，要因地制宜，因材施教，根據本專業的課程標準設計相匹配的教學活動和評價機制，才能更好地發揮出該模型的優勢，培養出理論知識扎實、具有創新精神和自主探索能力的高層次計算機網絡專業人才。