“自頂向下”教學模式的創新性應用
——以《計算機網絡》教學理念在智慧農業專業實踐為例

王 輝

（北京交通大學清河職業學院，北京 100085）

美國著名教育家杜威認為最成功的教學方法就是“讓學生去做事情，從做中學”。將“從做中學、從實踐應用中學”的理念運用到計算機網絡教學中，實際上就是遵循“自頂向下”的原則，就是以學生為中心、以問題為主導，將原本復雜問題細化分解為多個小問題，在解決問題的過程中自主學習，幫助學生更好地領會知識細節，引導學生全面梳理知識框架。[1]因此將“自頂向下”的教學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”教學模式是否能在課程實踐中提高教學質量和學習效果，以及如何在智慧農業專業等教學實踐中創新性地應用“自頂向下”教學模式。

全文的整體篇章結構具體安排如下：第一部分剖析了傳統教學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”的教學模式，假設“自頂向下”教學模式是否顯著提高了教學質量和學習效果；第三部分通過傳統教學模式與“自頂向下”教學模式間的對比，得出研究結論：“自頂向下”教學模式不僅激發了學生的學習興趣，而且提高了《計算機網絡》的教學質量；第四部分針對“如何充分運用計算機與網絡集成技術、將‘自頂向下’教學模式的理念創新性地應用到智慧農業專業等教學實踐中去”，提出了有價值的富于針對性的方案和建議，促使農業專業等傳統教學更具有“智慧”。

1 問題的提出

隨著互聯網技術、產業應用以及跨界融合等方面日新月異的發展，傳統教學模式的瓶頸也愈來愈突顯。首先，傳統的教學模式忽視了開展網絡教學需秉持理論密切聯系實踐、原理密切聯系應用的理念。應用實踐性是計算機網絡原理課區別于其它理論性課程的重要標志，而且TCP/IP協議等基礎理論只有在實踐中才能得以驗證。目前，計算機網絡技術的應用環境基本來源于Internet，Internet已成為一切計算機網絡技術的實踐背景和應用基礎。實際上，傳統的教學模式某種程度上并未能避免理論和Internet應用實踐之間的脫節。比如，包括Andrew S.Tanenbaum所編著的《Computer Networks》[2]在內的很多教材皆將“可靠性傳輸”這一計算機網絡教學中最重要的理論編排在數據鏈路層中進行討論，可當講授到運輸層TCP的可靠性傳輸時，卻由于理論的相似性被一帶而過。以Internet實踐環境中被廣泛應用的Ethernet為例，其數據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教學模式忽視了Internet的應用環境。其二，傳統的教學模式過分局限于底層實現的具體細節。尤其在高職階段現有課時的安排下，過分局限于底層實現的具體細節勢必造成重點內容不夠突出等一系列問題。其三，傳統的教學模式過于強調通信原理等基礎類理論的高儲備，而在教學計劃中計算機專業的學生卻大多不開設通信原理類課程，這無形中過度提升了學生需儲備基礎類理論的要求。[3]最后，由于現代計算機網絡體系結構的迅速演進，高度集成的計算機硬件體系對于學生來說并不直觀，傳統的教學模式并不能幫助學生快速地從網絡底層向高層建構起知識圖譜。[4]而且，傳統的計算機網絡教學先從原理講起的模式導致學生感覺所學內容晦澀難懂，不易調動學生自主學習的積極性。

2 研究思路與設計

2.1 何謂“自頂向下”教學模式

傳統教學模式一般是從網絡體系結構的最底層即物理層開始向上，最后討論應用層。而“自頂向下”教學模式是以自頂向下的方式來講授網絡，也就是按照OSI參考模型的自上而下的順序，先從應用層開始向下到表示層→會話層→運輸層→網絡層→鏈路層一直到物理層，層層解析，逐步探討網絡應用系統的設計方法和實現技術（如圖 1）。[3，5]

圖1 “自頂向下”教學法

在教學內容的規劃安排上，“自頂向下”教學模式意味著將課程的重點明確在以應用層與傳輸層為基礎的網絡高層，注重基于應用層的編程和案例，促使學生在網絡應用系統環境中學習、重構與創新。在教學實踐中，教師運用“應用驅動”方法來構建整個教學過程，講授核心網絡概念，即通過講解計算機網絡應用體系的主要功能和概念，完成具體的設計任務。[5]在學習過程中，學生按具體的任務要求去自主設計與實現網絡應用體系的主要內容，以此來培養學生提出問題、依據網絡應用的原理分析問題并解決問題的能力。[6]

2.2 研究假設

H0：“自頂向下”教學模式顯著提高了教學質量和學習效果

對比傳統教學模式與“自頂向下”教學模式對學生興趣與主動學習愿望的影響，對比傳統教學模式與“自頂向下”教學模式對學生考試成績的影響。如果“自頂向下”教學模式將常用的網絡實踐與其背后的原理相結合，拓展延伸了學生知識的廣度和深度，強化了學生應用技巧和維護技能，說明“自頂向下”教學模式進一步提高了教學質量和學習效果。

H1：“自頂向下”教學模式沒有顯著提高教學質量和學習效果

對比傳統教學模式與“自頂向下”教學模式對學生興趣與主動學習愿望的影響，對比傳統教學模式與“自頂向下”教學模式對學生考試成績的影響。如果“自頂向下”教學模式將常用的網絡實踐與其背后的原理相結合，沒有拓展延伸學生知識的廣度和深度，沒有強化學生應用技巧和維護技能，說明“自頂向下”教學模式沒有進一步提高教學質量和學習效果。

2.3 數據來源

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

3 實證得出研究結論

調查問卷以課堂上是否積極思考回答問題，是否積極復習、預習，是否積極閱讀課外參考書等來衡量主動學習愿望的程度。由圖2可見，采用“自頂向下”教學模式的學生學習計算機網絡的興趣更濃、主動性更強、積極性更高，主動學習愿望強烈，占比15%，是采取傳統教學法的5倍；采用“自頂向下”教學模式，使58%的學生能在課上積極回答問題或能積極復習、預習或閱讀計算機網絡方面的參考書，比采用傳統教學模式提高了25%；而64%的學生由于采用傳統教學模式，主動學習的愿望不高，基本處于一種被檢查、被督促的被動學習狀態下，尤其隨著教學的深入，被動學習的學生比例越來越高。

圖2 對比傳統教學模式與“自頂向下”教學模式對學生興趣與主動學習愿望的影響

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

圖3 對比傳統教學模式與“自頂向下”教學模式對學生考試成績的影響

研究發現：對比傳統教學模式與“自頂向下”教學模式對學生興趣與主動學習愿望的影響，對比傳統教學模式與“自頂向下”教學模式對學生考試成績的影響。經過統計分析數據，發現采用“自頂向下”教學模式的學生學習計算機與網絡集成技術的興趣度更高而且主動學習的愿望也更強烈。這是由于大多數學生已經對網上沖浪、收發電子郵件、上傳與下載等應用層有了感性認知，如果從這些日常熟悉的應用領域著手，學生為了更熟練掌握其使用技巧，會對現象背后的技術實現產生濃厚的興趣并自主探索、比對、辨析以及歸納，學生通過感性認知串聯情境脈絡與社會實踐，從經驗中提煉總結操作技巧，整合凝練相關概念并領會網絡專業術語，逐步探索并理解其內部原理，并在練習過程中產生強烈的成就感，繼而提高了學習的積極性，激發了學生自主學習的內在潛力，從而取得了良好的自學效果，因此學業考試成績也表現得更優秀。

驗證假設H0：“自頂向下”教學模式顯著提高了教學質量和學習效果

研究結論：由此可見，“自頂向下”教學模式將日常的網絡應用、常用的網絡實踐與其背后的理論、原理有機地結合起來，在很大程度上激發了學生的學習興趣和主動學習的積極性，拓寬了視野與知識面，延伸了學生知識的廣度和深度，強化了學生應用技巧和維護技能，提高了學習效果，從而拓展了綜合素養，獲得了良好的教學效果，對于提高計算機網絡課程教學質量具有重要意義。

4 創新性應用“自頂向下”教學模式的若干探討

4.1 遵循認知規律，貫徹逐層分解的教學思路

首先，從項目案例入手，結合應用場景，自上而下逐級分析、環環相扣、步步推進、層層深入，有針對性的逐層延伸細化到每一知識點并探究其內部基本原理，再將與各層有關聯的概念串接整合起來，通過加深學生對于各部分間關系的理解，從而建構起為達到教學目標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-解決問題的規律，符合先熟練應用再分析原理的思路。比如，在講授應用層時，從可適用于應用程序的運輸服務以及因特網提供的搜索引擎等服務入手，可以增設教師和學生間的互動環節，之后再關注應用層協議的規范、運行機理以及相關原理。

4.2 注重自主開發應用，提高解決問題的能力以及動手實踐技能

情感態度、職業技能、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用中，是一種集自我體會、經驗提煉、感性頓悟、訣竅歸納于一體的隱性知識。教師在教學中應不斷激勵學生自主感知，獲取顯性知識和緘默知識，引導學生在練中求學、學中求練、邊練邊學，力求學得會、用得上，即學以致用，以達到較好的實踐效果，確實做到理論與實踐相結合，用實踐驗證理論，用理論指導實踐。比如，以學生解決校園網絡沖突、網速慢、經常掉線的問題為例，首先分析現象存在的原因，然后提出可行方案，最后設計網絡布局，優化網絡線路。在這一實踐過程中，學生能積極查找有關文獻、參考書，開展分析討論，進一步找到問題的癥結，確定實施方案所需的條件，提高了動手動腦協同解決問題的能力。

4.3 樹立基于“互聯網+”的創新思維，培養新時代創新型人才

李克強總理在政府工作報告中提到了“互聯網+”戰略，“互聯網+”不僅深刻影響著經濟、社會與人們生活，更意味著思維方式的全新變革。有關研究認為，創新思維是產生前所未有的新成果、達到新認知水平的思維，是對一般思維的更高要求。[7]在計算機網絡應用教學中，“自頂向下”教學模式以學生需求為圓心、以應用為半徑，通過引導學生主動查找資料，利用計算機與網絡集成技術獲取、表示、存儲及傳輸知識，實現多層次處理并解決現實問題，有益于學生培養互聯網多維思維，有益于培養學生的自主學習和網絡應用能力，有益于提升學生的信息素養和創新能力。

4.4 創新教學模式，將“自頂向下”理念融入智慧農業專業

深刻領悟近些年中共中央一號文件精神和習近平總書記“以科技為支撐走內涵式現代農業發展道路”講話的時代精神，牢牢抓緊“互聯網+”現代智慧農業戰略轉型的機遇期，可以說，重中之重是要努力實踐“互聯網+”思維，積極通過創新教學模式，大力培養智慧農業領域的專業人才。本文分析認為，真正的信息化教學應該是潤物細無聲的、潛移默化的，無需枯燥繁難的教學過程，而需一見即懂、一用即高效，這可以認為是發展智慧農業教學的最初設想，也可以認為是實現“自頂向下”教學理念融入智慧農業等領域的最佳效果。

4.5 依據學生特點，因材施教

由于計算機專業的本科生和高職生自身具有的特點不同，本科生理論基礎更扎實些，而高職學生動手操作的能力更強一些，而且本科生和高職生培養目標也不盡相同，因此在教學內容的選擇和教學形式的運用方面更需要有針對性。例如，對于高職生，更應該淡化對網絡底層中難以理解的專業術語和原理的關注，重點在于如何運用計算機網絡的基礎理論和核心技術指導設計實驗。因此，采用“自頂向下”的教學模式，有助于引導學生自主選擇適合其特點的教學內容，促使整個教學過程更個性化。

5 結束語

“自頂向下”的教學模式通過應用層案例導入理論知識，既能激發學生興趣，也能潛移默化地將理論知識傳授給學生；這種啟發式的教學模式不但能應用于計算機類課程，也能廣泛應用于其它課程；不僅可以實踐于計算機類相關專業，也可以廣泛實踐于智慧農業等專業。因此，本文的教學模式探究對于提升教學質量具有較深遠的意義。