TPACK框架下項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)模式設(shè)計(jì)

張國晨　李曉波

摘? 要：項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)模式的教學(xué)中，由于不同學(xué)科教學(xué)內(nèi)容、學(xué)科思想等有較大差異使得項(xiàng)目引導(dǎo)作用無法與教學(xué)過程深度融合并發(fā)揮最大效果。針對(duì)此問題該文詳細(xì)分析計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)過程中的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)模式，并基于TPACK理論框架提出一種以知識(shí)全面掌握、實(shí)踐能力培養(yǎng)為目標(biāo)，以TPACK理論為指導(dǎo)的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法。該方法以項(xiàng)目為引導(dǎo)將教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、技術(shù)知識(shí)構(gòu)建于統(tǒng)一框架下，并形成教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)實(shí)踐、教學(xué)評(píng)估的閉環(huán)反饋更新機(jī)制，可以有效促進(jìn)各階段的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：TPACK框架；項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；教學(xué)模式；實(shí)踐能力

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2024）04-0131-04

Abstract： In project-driven teaching， due to significant differences in teaching content and ideas among different disciplines， the guiding role of projects cannot be deeply integrated with the teaching process and achieve maximum effectiveness. This article provides a detailed analysis of the project-driven mode in the process of computer network teaching， and proposes a project-driven teaching method based on the TPACK theoretical framework， with the goal of comprehensively mastering knowledge and cultivating practical abilities， guided by the TPACK theory. This method takes the project as the guide to construct the teaching content， teaching methods， and technical knowledge within a unified framework， and forms a closed-loop feedback update mechanism for teaching design， teaching practice， and teaching evaluation， which can effectively promote the teaching effectiveness of each stage.

Keywords： TPACK theoretical framework; project-driven; computer network; teaching mode; practical abilities

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課之一。該課程理論性強(qiáng)、概念抽象、對(duì)學(xué)生的實(shí)踐能力亦有較高要求。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中書本結(jié)合PPT的“廣播式”教學(xué)模式無法有效完成抽象概念和知識(shí)點(diǎn)的理解，進(jìn)而影響學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性。TPACK框架是近年來出現(xiàn)的一種新型的教學(xué)模式，它將學(xué)科內(nèi)容知識(shí)（CK）、教學(xué)法知識(shí)（PK）、技術(shù)知識(shí)（TK）三個(gè)核心要素有機(jī)地結(jié)合起來[1]，在該框架下引入項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)方法，通過結(jié)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分層、服務(wù)、協(xié)議等學(xué)科思想方法，適當(dāng)組織和合理設(shè)計(jì)項(xiàng)目內(nèi)容，以課內(nèi)項(xiàng)目引導(dǎo)、課后項(xiàng)目實(shí)踐的教學(xué)方法完成教學(xué)過程，可以突出教學(xué)中的重點(diǎn)、難點(diǎn)、疑點(diǎn)并強(qiáng)化工程設(shè)計(jì)能力，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的有效手段，還適合學(xué)生個(gè)性化、深度學(xué)習(xí)的需求，同時(shí)，對(duì)教師提升教學(xué)水平也有長遠(yuǎn)的作用和意義。

一? 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)與TPACK理論

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式是以完成具體項(xiàng)目為線索進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，將項(xiàng)目與教學(xué)內(nèi)容深入結(jié)合并在項(xiàng)目實(shí)施中進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)方法[2]。雖然與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式可以激發(fā)學(xué)習(xí)積極性和自主性，提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力[3]。但是現(xiàn)階段在使用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式時(shí)由于課程基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容錯(cuò)綜復(fù)雜，針對(duì)教學(xué)內(nèi)容精準(zhǔn)設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目方面還沒有通用有效的指導(dǎo)辦法[4]，只能依靠教師個(gè)人能力來進(jìn)行設(shè)計(jì)。項(xiàng)目設(shè)計(jì)與驅(qū)動(dòng)教學(xué)要求之間的關(guān)聯(lián)性，依據(jù)教學(xué)內(nèi)容劃分子任務(wù)項(xiàng)目，各個(gè)教學(xué)項(xiàng)目之間的關(guān)聯(lián)性，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)條件下教學(xué)連貫開展等方面都亟須行之有效的統(tǒng)一指導(dǎo)方法。

通過上述分析可以看出，雖然現(xiàn)階段已有很多的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式的研究，但是如何在統(tǒng)一教學(xué)目標(biāo)的指導(dǎo)下，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容與特點(diǎn)，精準(zhǔn)設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目等方面仍然需要一套完整的理論框架進(jìn)行指導(dǎo)。整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)知識(shí)（Technological Pedagogical Content Knowledge，TPACK）理論框架包含了學(xué)科內(nèi)容知識(shí)（CK）、教學(xué)法知識(shí)（PK）、技術(shù)知識(shí)（TK）三個(gè)核心要素，它們既是獨(dú)立個(gè)體又相互制約，形成一種動(dòng)態(tài)平衡[5]。在TPACK理論框架下以PCK（學(xué)科教學(xué)知識(shí)）為指導(dǎo)精準(zhǔn)設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目并劃分子任務(wù)項(xiàng)目，結(jié)合TCK（整合技術(shù)的學(xué)科內(nèi)容知識(shí)）和TPK（整合技術(shù)的教學(xué)法知識(shí)）完成驅(qū)動(dòng)教學(xué)的項(xiàng)目操作實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)，通過教學(xué)項(xiàng)目之間的關(guān)聯(lián)性分析將項(xiàng)目和技術(shù)“整合”到具體內(nèi)容及教學(xué)法知識(shí)當(dāng)中，構(gòu)建符合項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的TPACK教學(xué)框架。本文以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)為例，深入分析項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的TPACK教學(xué)框架的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)。

二? 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)現(xiàn)狀和特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)核心基礎(chǔ)課，在專業(yè)課程體系中起著承上啟下的作用[6]。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)際教學(xué)過程中，傳統(tǒng)教學(xué)方式一般是在課堂上采用網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)再累加協(xié)議為主要內(nèi)容進(jìn)行的。這樣的教學(xué)雖然知識(shí)體系完整且具有豐富的相關(guān)原理及內(nèi)容，但是對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐應(yīng)用培訓(xùn)內(nèi)容設(shè)計(jì)較少，偏重于理論知識(shí)教學(xué)與研究，在無形之中增加學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與積極性。

理論論證式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式不利于學(xué)生知識(shí)的全面掌握和工程能力的培養(yǎng)。目前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往以理論教學(xué)內(nèi)容為基礎(chǔ)開展相關(guān)工作機(jī)制的實(shí)驗(yàn)，從而對(duì)相關(guān)理論知識(shí)進(jìn)行論證[7]。這樣的教學(xué)對(duì)于一個(gè)缺乏完整知識(shí)體系的學(xué)生而言，不僅存在較大的學(xué)習(xí)難度，而且會(huì)逐步降低學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，產(chǎn)生較大的學(xué)習(xí)抵觸情緒，不利于教學(xué)的開展與知識(shí)的掌握。

三? TPACK框架下項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)模式設(shè)計(jì)

（一）? 融合項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的TPACK教學(xué)框架

在TPACK框架下引入項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)模式，首先需要厘清課程教學(xué)大綱和知識(shí)體系中各知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)在聯(lián)系，形成相互關(guān)聯(lián)的知識(shí)體系[8]。然后根據(jù)已經(jīng)構(gòu)建的關(guān)聯(lián)知識(shí)體系選擇可以承載并串聯(lián)各知識(shí)點(diǎn)的實(shí)踐項(xiàng)目，將項(xiàng)目和涉及的技術(shù)手段融合使用來傳遞知識(shí)并促進(jìn)技術(shù)實(shí)踐。最后，根據(jù)學(xué)科教學(xué)知識(shí)和項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)過程，調(diào)整實(shí)踐項(xiàng)目和知識(shí)點(diǎn)占用時(shí)間比例，從而形成初輪教學(xué)計(jì)劃，并將實(shí)踐項(xiàng)目收錄形成導(dǎo)引項(xiàng)目集以便后續(xù)教學(xué)過程使用和更新。在一輪教學(xué)過程結(jié)束后，后續(xù)階段通過項(xiàng)目效果分解、分析、統(tǒng)計(jì)等方法總結(jié)評(píng)價(jià)本輪教學(xué)過程的實(shí)施效果和不足，為后續(xù)的教學(xué)過程提供指導(dǎo)依據(jù)，形成動(dòng)態(tài)閉環(huán)的教學(xué)管理過程。TPACK理論框架下項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)模式總體框架如圖1所示。

（二）? TPACK框架下項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)內(nèi)容組織方式通常是以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的層次出發(fā)，研究每一層涉及的具體協(xié)議、技術(shù)和應(yīng)用。因此計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程知識(shí)體系是由每一層的知識(shí)點(diǎn)集合、層與層之間的邏輯關(guān)系、知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系集合組成的。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)體系的掌握主要是知識(shí)點(diǎn)及關(guān)系的掌握。

在實(shí)際的教學(xué)過程中，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)體系中有固定不變的核心知識(shí)點(diǎn)涵蓋了基本概念、基礎(chǔ)理論、基本原理及設(shè)計(jì)原則，這些核心知識(shí)點(diǎn)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程講授過程中必須覆蓋的經(jīng)典知識(shí)[9]。因此在這些知識(shí)點(diǎn)的講授過程中可以結(jié)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和服務(wù)的學(xué)科思想方法，采用課內(nèi)案例或項(xiàng)目導(dǎo)入式教學(xué)詳細(xì)講解知識(shí)點(diǎn)細(xì)節(jié)，利于同學(xué)們更好地把握知識(shí)點(diǎn)。例如，講解CSMA/CD協(xié)議知識(shí)點(diǎn)細(xì)節(jié)時(shí)，可以在PACKET TRACER環(huán)境下搭建局域網(wǎng)，結(jié)合協(xié)議原理利用課內(nèi)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的通信流程和通信包的分析，詳細(xì)講解協(xié)議涉及的多點(diǎn)接入、載波監(jiān)聽、沖突監(jiān)測(cè)概念和端到端時(shí)延、碰撞窗口、退避時(shí)間及時(shí)延對(duì)通信的影響等知識(shí)點(diǎn)細(xì)節(jié)。

除固定的核心知識(shí)點(diǎn)外，還有涉及層間關(guān)系和多個(gè)知識(shí)點(diǎn)邏輯關(guān)系的綜合利用知識(shí)，針對(duì)這類知識(shí)可以設(shè)置綜合項(xiàng)目，在課內(nèi)以項(xiàng)目講解導(dǎo)入基礎(chǔ)概念和知識(shí)點(diǎn)邏輯關(guān)系并在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)通過綜合項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)讓同學(xué)們完整掌握相關(guān)綜合知識(shí)。例如，路由選擇協(xié)議的講解過程中，可以設(shè)置綜合RIP和OSPF對(duì)比實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目，利用課內(nèi)有限的時(shí)間僅通過項(xiàng)目講解RIP和OSPF的實(shí)現(xiàn)過程，實(shí)驗(yàn)階段要求分析RIP協(xié)議和OSPF協(xié)議的通信包細(xì)節(jié)，并對(duì)比在同樣的環(huán)境下通信鏈路發(fā)生變化時(shí)RIP協(xié)議和OSPF協(xié)議的差異。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)體系中還有隨著網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的發(fā)展而不斷涌現(xiàn)的新知識(shí)、新技術(shù)，針對(duì)這類新知識(shí)和新技術(shù)也要選擇合適的項(xiàng)目作為非強(qiáng)制的課外任務(wù)以提高同學(xué)們對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的認(rèn)知，還可以根據(jù)需求融入國家安全教育等課程思政的內(nèi)容[10]。例如，SDN網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、物聯(lián)網(wǎng)體系構(gòu)建及協(xié)議分析、簡易區(qū)塊鏈系統(tǒng)等。TPACK理論框架下的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)計(jì)劃形成過程如圖2所示。

（三）? 教學(xué)實(shí)踐過程

傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)過程中實(shí)踐內(nèi)容僅重視操作、驗(yàn)證性項(xiàng)目，缺乏綜合、設(shè)計(jì)性教學(xué)方法。本文提出的TPACK框架下項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)設(shè)計(jì)，以學(xué)科知識(shí)的多層次綜合為基礎(chǔ)，設(shè)置合理的實(shí)踐項(xiàng)目，以問題教學(xué)為導(dǎo)向促進(jìn)學(xué)生綜合掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的核心知識(shí)和項(xiàng)目構(gòu)建方法。以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)踐中鏈路層教學(xué)為例，首先通過集線器、網(wǎng)橋、交換機(jī)通信過程對(duì)比實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入課程核心內(nèi)容中的廣播域、沖突域、CSMA/CD協(xié)議、點(diǎn)到點(diǎn)通信和VLAN等知識(shí)點(diǎn)，在以企業(yè)核心網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建為綜合實(shí)踐項(xiàng)目，引導(dǎo)同學(xué)們?cè)趯?shí)際網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目設(shè)計(jì)管理時(shí)將理論課程中重要的知識(shí)點(diǎn)和常用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合應(yīng)用。鏈路層基于TPACK框架的項(xiàng)目導(dǎo)入式教學(xué)實(shí)踐見表1。

（四）? 教學(xué)效果評(píng)估

TPACK框架下項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)效果的評(píng)估不僅涉及學(xué)生知識(shí)點(diǎn)及關(guān)聯(lián)性掌握情況的評(píng)估，還包括項(xiàng)目難易程度的評(píng)估、項(xiàng)目完成度評(píng)估、項(xiàng)目指導(dǎo)實(shí)踐能力的評(píng)估。因此，在完整的教學(xué)過程中評(píng)價(jià)—反饋—改進(jìn)的機(jī)制尤為重要，過程中要強(qiáng)化以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的教學(xué)和評(píng)價(jià)理念，充分利用TK、CK、PK三個(gè)要素相互作用的迭代教學(xué)閉環(huán)過程，依據(jù)評(píng)價(jià)不斷改進(jìn)技術(shù)選取、項(xiàng)目設(shè)置、知識(shí)點(diǎn)的覆蓋、學(xué)時(shí)分配和教學(xué)模式等教學(xué)細(xì)節(jié)。

四? 結(jié)束語

將結(jié)合TPACK理念的粒度不同的項(xiàng)目引入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)中有效提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和教師的教學(xué)水平，因此，推進(jìn)這項(xiàng)工作意義重大。但項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式TPACK教學(xué)模式的建設(shè)是一個(gè)長期的、精細(xì)的過程，涉及的內(nèi)容還很多，比如項(xiàng)目的規(guī)劃、項(xiàng)目涉及知識(shí)點(diǎn)的分解、課件制作、教學(xué)評(píng)價(jià)等，本文僅對(duì)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)與TPACK教學(xué)模式的融合和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程在該模式下的教學(xué)設(shè)計(jì)這兩方面進(jìn)行了闡述。在未來的工作中，我們將繼續(xù)探索TPACK框架下項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的應(yīng)用，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)教與學(xué)兩方面的有效融合與提升。

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基金項(xiàng)目：山西省高等學(xué)校教學(xué)改革項(xiàng)目“新工科理念下基于項(xiàng)目導(dǎo)入模式的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)改革”（J20220711）；山西省高等學(xué)校教學(xué)改革項(xiàng)目“工程認(rèn)證為導(dǎo)向、分層級(jí)系統(tǒng)能力培養(yǎng)為目標(biāo)的計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)改革”（J202207103）；太原科技大學(xué)教學(xué)改革創(chuàng)新項(xiàng)目“新工科理念下項(xiàng)目導(dǎo)入式《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課程教學(xué)探索”（JG2021045）；太原科技大學(xué)教學(xué)改革創(chuàng)新項(xiàng)目“基于TPACK理論框架的計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)課程混合式教學(xué)改革”（JG2021042）

第一作者簡介：張國晨（1980-），男，漢族，山西運(yùn)城人，博士，副教授，碩士研究生導(dǎo)師。研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、智能調(diào)度。