智慧教室在計算機網絡課程教學改革中的應用探索

李曉歡 唐欣 陳倩

摘 要：針對傳統的“計算機網絡”的教學模式易引起學生學習動力不足、教學效果欠佳的問題，結合該課程的內容和特點，對智慧教室在“計算機網絡”理論與實踐課程中如何提升學生學習氛圍、培養解決實際問題能力等方面進行了探索，并設計了利用智慧教室輔助“計算機網絡”教學模式來激發學生學習的欲望，提高該課程的教學效果。

關鍵詞：計算機網絡 智慧教室 教學改革

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）02（a）-0-02

教育部2018年4月發布《教育信息化2.0行動計劃》（教技〔2018〕6號）的通知[1]，要求2022年基本實現“三全兩高一大”的發展目標，即教學應用覆蓋全體教師、學習應用覆蓋全體適齡學生、數字校園建設覆蓋全體學校，信息化應用水平和師生信息素養普遍提高，建成“互聯網+教育”基礎設施平臺。《教育部科技司2018年工作要點》（教技司〔2018〕90號）要求，實施寬帶衛星聯校試點行動、大教育資源共享計劃、百區千校萬課信息化示范工程、網絡扶智工程，推進智慧教育創新示范，普及推廣網絡學習空間應用等。當前人工智能、物聯網、大數據、5G等技術迅猛發展支撐著理念創新和教學創新，使得教學環境逐步從數字化走向智慧化，智慧教室是教學智慧化的重要載體，為教師改進教學方法、學生提高學習效率以及創新能力提供了一個新的環境。

“計算機網絡”課程是計算機科學技術、軟件工程及信息與通信工程等專業的必修課程，不僅要講解計算機網絡從網絡接口層到應用層的常用協議及算法，還要與實際網絡環境結合教學，具有很強的理論性及實踐性。目前課程主要采用以教師主講、學生被動學習為主，且課時偏少，易導致學生在學習過程中出現難于抓住重要知識點、課程枯燥乏味和眼高手低的不良現象。為了提高教師教授“計算機網絡”的教學效果，改善學生學習該課程的主動性，較多的教學一線教師展開了積極的教學改革[2]。該文結合智慧教室的前沿科技和教學模式，探索了智慧教室在“計算機網絡”教學改革中的應用。

1 智慧教室的基本理念及功能

1988年羅納德.雷西尼奧在《教育技術的實際應用》一文中首次提出的“Smart-Classroom”概念。智慧教室是智慧學習環境的物化，是一種能夠感知學習情景、識別學習者特征、提供合適的學習資源和便利工具、自動記錄學習過程和評測學習成果，以促進學習者有效學習的學習場所或活動空間。它具有優化教學內容呈現、便利學習資源獲取、促進課堂交互、情景感知和環境管理等多方面特征。近年隨著物聯網、云計算、大數據、人工智能等新興信息技術的發展，智慧教室成了為教學活動提供智慧應用服務的教室空間及其軟硬件裝備的總和，是一種典型的智慧學習環境，是高校信息化發展到一定階段的內在訴求，是當今高等教育智慧學習時代的必然選擇。立足教學活動需求，提供智慧化的應用服務是智慧教室的核心使命；重構教室環境，運用智慧技術提供內容呈現、環境管理、資源獲取、及時互動等智慧服務，創建適合學生學習和教師教學的新型教室環境，使其達成最優化的教學效果是智慧教室的終極目標。

在智慧教室的功能及建設方面，國內外高校已開展了較多實踐。如美國麻省理工學院的“技術支持的主動學習”計劃將教室和實驗室相結合，強調動手實踐、彼此合作、高度互動，將網絡教學系統、3D視覺仿真圖形、實驗動態仿真、個人實時回饋系統等融入教學環境當中；四川大學利用數字技術提升教師與學生在課堂上的學習體驗，建設多視窗互動教室、智慧教室平臺、遠程互動教室、多屏研討室、獨立隔斷研討室等，目前已有超過數萬人通過川大的智慧教室優質教學資源受益。盡管各高校根據自身情況各有不同，但總體來說智慧教室建設應以學生發展為中心，具備探究式、個性化、參與式教學支撐能力，可根據不同需求調整拓展系統配置、桌椅部署能力，實現一室多用的設計目標。智慧教室應具備視頻直播、錄播、互動教學、課堂公開教學、遠程教學、教學觀摩等主要功能。

2 目前計算機網絡課堂教學中存在的問題

2.1 課程內容多、進度快

“計算機網絡”課程一學期的教學內容高達400余頁，按進度安排平均每節課需要講解數十頁的內容甚至一整章。在時間少、內容多、進度快等因素下，為完成教學進度使得教師只能減少與學生之間的互動，更加大了學生自行復習理解的難度。隨著時間累積，學生學習中存在的問題越來越多。在時間不足的情況下，即使教師發現問題，為使進度不落后也無暇詳細講解，如數據鏈路層的Go-Back-N，媒介訪問控制子層的CSMA/CD、MAC幀結構和各種短距離無線接入技術，網絡層的路由算法、QoS、IP地址和子網劃分，傳輸層的擁塞控制和流量控制等內容多而雜，甚至晦澀難懂，學生問題越積越多，學習的難度急劇增大，尤其是教材前后連貫性強的章節更是如此。

2.2 授課過程枯燥、學生興趣不高

古人云，師者，傳道授業解惑也。所謂授業解惑就是教給學生知識，解答學生困惑。然而放眼當下，各種填鴨式、趕鴨子上架的教學方式層出不窮。教師固然在課堂上會對各個知識點進行了詳細地剖析，卻忽略了學生處于一種被動接受學習的事實。教師在講臺上滔滔不絕的講課，就像是把觀點像郵件服務器中SMTP進程一樣，只負責傳輸到學生的潛意識接收郵件服務器里；教師只知道投寄的時間，但根本無法知道他們什么時候并且以B/S還是C/S方式收取這些信件。正所謂，興趣是最好的老師。枯燥無味的教學過程無法吸引學生的注意，導致學生毫無興致，慢慢地也會對學習失去興趣。

2.3 實踐課時少、練習時間短

“計算機網絡”課程是一門非常實用的課程。對理論課程的解釋離不開對實驗現象的分析和讓學生自己感受到協議工作的過程。例如在協議分析實踐中，基礎實驗主要針對各個協議進行分析，像Web服務器的安裝與配置實驗一般只針對FTP協議的工作原理、報文格式、標題行的內容進行分析，從而了解協議的工作過程。但FTP在完成傳輸過程中，并不是從發送主機就直接發送FTP報文，而是通過DNS、HTTP和TCP等一系列協議實現頁面文檔的發送和接收。換而言之，任何一個網絡數據的傳輸過程，都涉及相當多的協議共同完成，僅通過較少的實踐課時和短暫的練習驗證單一的某種協議，并不能讓學生理解網絡中數據傳輸的實際過程。

2.4 解決實際計算機網絡問題能力不足

“計算機網絡”這門課程每一章節都連接緊密，前后呼應，只有將每一章節的內容都相互銜接理解才能完成一個基本的信息傳輸任務，所以學生難以解決信息量稍大，范圍稍微廣泛的綜合性練習或者實際網絡問題。并且在長期的學習過程中，學生會遇到各種困難，加上多年的被動式教育，讓學生成了被動接受知識的機器，學生沒有自己獨立思考的意識，做不到在困難面前積極地思考解決辦法。另外，當前網絡仿真器來替代實物設備進行實驗教學，如Packet tracer、NS2和OPENET等，并不能真正模擬實際網絡，特別是設備配置實驗與真實環境存在巨大差異，易導致學生在面對真實網絡時，容易出現眼高手低，解決實際問題能力不足的問題。

3 智慧教室輔助計算機網絡教學新模式

3.1 教學資源高度網聯化、共享化

通過智慧教室系統，一堂課的上課內容和教學細節過程可以即時生成，通過高速網絡，借助5G通信“零”延遲和高速率傳輸，打破時空的限制，使得在萬里之外的學生接受實時網絡教育，讓更多學生共享同等優質的教育資源。另外，課后任課老師將生成的課堂視頻上傳云平臺，甚至學生通過學校發的個人賬號，登錄學校智慧教室云平臺，可隨時重溫課堂內容，以解決當前計算機網絡理論教學的課程內容多、課時少、進度快的問題。

3.2 教學場景虛擬化

“智慧教室”的教學可實現多屏互動、能效管理、數據自動采集等功能，探索開展計算機網絡的信息化教學模式，以便將計算機網絡層次結構、協議和網絡原理盡可能以一種形象生動的形式教授。同時，將混合現實MR（VR+AR）教學進入計算機網絡教學過程中，利用5G發展為混合現實MR的內容和視頻帶寬提供了必要條件，有助于促進混合現實MR（VR+AR）的教學應用的落地。5G+MR虛擬教學實訓通過MR實訓能讓學生身臨其境曾加沉浸感，令培訓記憶深刻，全方位理解整體結構，提升教學效果，提高學習效率，有助于緩解授課過程枯燥，提升學生聽課的興趣。

3.3 教學管理無人化

智慧教室實現全天候向學生開放實驗設備的信息查詢、課程學習、設備預約、無人值守的借用鑒權、記錄及違規操作的告警和歷史記錄的查詢。學生可24h自主地進行實驗，增加了學生課外實踐的時長，提高了實驗設備的使用效率，增強了學生自主學習的靈活性。而實驗室教師可隨時登錄智慧教室云平臺查看實驗室的實時信息，使用記錄自動生成表格，實現了無人值守的智能化的管理，節省人力資源的同時還大幅度提高了實驗室的管理效率。解決了學生學習計算機網絡實驗的實踐課時少、練習時間短等問題。

4 結語

該文是近年來教授“計算機網絡”教學實踐中的一些體會和思考，采用情景性教學模式，一方面講解計算機網絡的基本概念和原理，另一方面通過結合新興技術、方法和思想融于整個教學過程中，把培養學生的創新意識和解決實際問題的能力作為課程改革的出發點和歸宿。

參考文獻

[1] 陳黎，孫界平，琚生根.自主學習模式在“計算機網絡”課程中的應用[J].實驗技術與管理，2017，34（8）：176-179.

[2] 趙明.本科生《計算機網絡》課程的教學改革和探討[J]. 高教探索，2017（A1）：96-97.