基于SPOC的计算机网络课程翻转课堂教学实现*

胡永东,高宙宇

（南京林业大学信息与科学技术学院,江苏 南京210037）

基于SPOC的计算机网络课程翻转课堂教学实现*

胡永东,高宙宇

（南京林业大学信息与科学技术学院,江苏 南京210037）

计算机网络新技术新应用不断涌现，使得原本紧张的教学课时捉襟见肘。iPad、智能手机等分散学生的注意力，严重干扰正常的课堂教学秩序。在仔细分析MOOC、SPOC、翻转课堂等现代化的教学方法后，提出在SPOC平台的基础上实现计算机网络课程的翻转教学，综合运用主动学习、混合教学、问题式教学、CDIO等教学方法设计翻转课堂，充分体现以学生的学为主的教学理念。SPSS统计分析表明：成绩非常差的学生数明显减少，学生整体成绩有显著提高。

翻转课堂；计算机网络教学；SPOC；混合教学

随着计算机网络新技术新应用的不断出现，计算机网络课程为了适应网络技术的发展需要，增添了许多新的教学内容，比如，谢希仁教授出版的《计算机网络》教材已经发行到第六版。然而，计算机网络课程教学的课时数不会随之增加。有限的教学时间与日益增长的教学内容之间的矛盾凸现。另一方面，计算机、智能手机和其他的智能设备飞速发展，成了当代大学生的生活必需品。新的网络应用，比如，微信，微博，QQ等让学生爱不释手，如醉如痴。这些严重干扰了学生的注意力，扰乱正常的教学秩序，但难以有效控制。在信息化高度发达的年代里，如何利用好现代化的教学设施，将智能设备用作教学方法的辅助工具，在有限的时间内高质量完成大容量的教学内容，是摆在每个教学工作者面前的严峻课题。计算机网络是计算机和通信技术相结合的产物，课程内容涵盖计算机专业知识和相关的通信理论。课程理论性较强，教学中集中了大量的概念，这些概念理解起来比较抽象，并且教学内容大多是后续课程学习的理论基础。如何在有限的课时内组织高效的计算机网络教学对广大高校教师无疑是一个极大的挑战。

针对计算机网络课程的特点，许多教学工作者提出了自己的教学策略方法组织教学。根据应用的技术路线分为三类：一是用仿真软件或网络工具来辅助教学，帮助学生直观形象理解网络里的抽象概念和原理，如文献[1，2]；二是用在线教学平台辅助教学，如精品课程、慕课，使学生在课堂之外能学到高质量在线教学知识，如文献[3，4]；三是用新的教学方法理念，如CDIO、项目式驱动、主动学习和翻转课堂，来组织教学，激发学生的学习主动性，如文献[5-8]。第一类方法能加深学生对抽象概念的理解，但无法解决教学课时有限的问题。第二类方法有助于学生在线获得网络教学内容，而且这些内容都出自名校名师，对提高学生高层次的网络水平有非常大的帮助，但课程的门槛高，起点高，没有一定的基础和毅力很难完成整个课程。同时，没有学分的激励和教师面对面的参与和指导，很难达到理想的效果。前两类是讲授式的教学方法，学生被动学习，教学效果不理想。第三类方法强调以学生学为主，学生在课堂动手实践，讨论，相互指导，属于主动学习的范畴，教学效果好。尤其是翻转课堂，打破了传统的讲授式教学方法，将知识概念的学习让学生在课前完成，课堂上主要是检验，讨论，指导和加深。这样就解放了课堂教学时间，让教师有更多的时间来进行难点突破，案例分析，新知识新技术的前瞻性报告。文献[8]虽然应用了翻转课堂，但未用SPOC平台进行翻转教学，这样难以了解学生在课前是否认真学习了视频材料，对视频材料哪里理解有困难，哪个概念无法理解等学习反馈信息无法掌握。也就无法统计这些课前学习反馈信息，在课堂不能做到有的放矢，对教学效果造成一定的影响。

本文在分析CDIO、问题式驱动、主动学习和翻转课堂等新教学方法，结合计算机网络课程的特点，提出基于SPOC的计算机网络课程翻转教学实现。重点介绍如何利用SPOC在线平台来翻转实现计算机网络的教学，主要包括课前视频教材的录制、在线开课、视频资料的发放、课前学习反馈信息的统计利用、翻转课堂内容的设计与组织和期末考试的测评等。为了降低学习门槛，决定把计算机网络课程分为计算机网络概述、通信网、网络互联、网络应用和网络安全五门子课程，这样学生会在较短的时间内学完一门子课程，提高学生的学习成就感，在教学实践中收到了良好的效果。

一、MOOC、SPOC[9]

自2012年开始，以Udacity、Coursera与edX三巨头为首的MOOC(Massive Open Online Courses，大规模开放式在线课程)浪潮席卷全球。MOOC是大规模的开放式在线课程，简称慕课，学生通过网络进行学习，不与教师直接见面，而且对学生的人数、学生的身份属性没有限制。

目前，有很多的网站提供MOOC。Coursera和U-dacity是由斯坦福大学在2012年初创立的盈利性网站。edX是麻省理工学院和哈佛大学联合在2012年推出的非盈利性网络。2013年，清华大学和北京大学开始尝试MOOC，并加入edX联盟，上海交通大学和复旦大学则加入Coursera联盟。同时，国内也有自己的MOOC平台，例如 “学堂在线”、“中国大学MOOC”、“好大学在线”、“智慧树”和“超星慕课”等。

一门符合多数人期待的理想MOOC关键要做到以下四点：(1)低难度的评测模式(自动回馈式测验)；(2)短的上课周数；(3)平台运营机制优秀；(4)授予通过者认证。

一直以来，在MOOC光鲜的外表下最让人不满意的就是低的课程完成率问题。即使多数完成课程的学员对所学习的MOOC品质与自学成效赞赏有加，但一门口碑再好的高成本课程，若只有十分之一不到的人能顺利完成学业，那么为此课程所投入的成本效益就有改善的必要。在这种形势下，SPOC出现在人们的眼前。

SPOC(Small Private Online Courses，小规模限制性在线课程)一词是由伯克利加州大学Armando Fox教授于2013年提出。SPOC是由MOOC衍生的一种开放式课程形式，其Small指学生的规模小，一般控制在几百人左右，Private指学习者为开课学校的校内学生或有人数限制的线上学生，课程非大规模地开放给所有人，以期提升学习参与度和课程完成率。SPOC的上课形式多采用面对面课堂与线上自学的混合方式进行。与MOOC的完全线上形式不同，简言之，SPOC就是“MOOC+翻转课堂”，也就是一种用MOOC资源融入翻转教学的混合课程。

二、翻转课堂

1．主动学习与学习金字塔

主动学习是学生学，而不是消极的听老师授课。它是学生参与学习活动的过程，比如读、写、讨论及解决问题等。不同的学习活动导致不同的学习效果。1946年，美国学者埃德加·戴尔(Edgar Dale)提出了“学习金字塔”理论，如图1。以语言学习为例，在初次学习两个星期后：听讲能够记住学习内容的5%；阅读能够记住学习内容的10%；聆听能够记住学习内容的20%；看图，看影像，看展览，看演示，现场观摩能够记住30%；参与讨论，发言能够记住50%；亲身体验，动手做能够记住70%；做报告，给别人讲能够记住90%。前四种学习活动属于被动学习，后三种属于主动学习。

图1 学习金字塔图

2．翻转课堂

翻转课堂(Flipped Classroom)[10]是一种新的教学模式，起源于美国科罗拉多州落基山的一个山区学校。在这种教学模式里，将传统的课堂教学和课后作业活动进行翻转，也就是，学生在课前在家观看学习简短的视频讲座，在课堂时间里，学生通过做练习、开展项目或参加讨论应用课前学习的知识。翻转课堂解放了课堂时间，利用它进行其它的教学活动，比如实践活动。学生在做中学，提升主动学习和参与学习的程度。这样有助于以学生为中心的教和学，学生在课堂时间里能获得及时帮助。

翻转教学的优势[11]：

(1)在一个讲座或课堂上，大部分学生的注意力在十或十五分钟后开始慢慢衰减，翻转课堂有助于学生保持在整个课堂时间内的注意力。

(2)翻转课堂意味着学生在来上课前，有时间去学习和反思相关概念，增长他们的知识库。

(3)在上课前，教师能了解学生在课程材料上，哪里有困难，哪里有问题提出，哪里对概念误解了。在课堂上，教师依赖这些反馈信息进行及时纠正和解惑。这称之为“及时教学”(Just-in-time-teaching，JITT)。

(4)学生在在线学习教学视频时能控制学习的时间，节奏和地点。能找到在线材料中有用的地方进行反复播放，有利于学生作笔记。

(5)翻转课堂在制作在线教学材料，比如视频教材、文档、考题等要投入很多时间，但这些材料可以每年反复利用。

(6)翻转课堂可以增加一些新颖的内容，改变课堂节奏，使课堂更有趣更有吸引力。

(7)与传统教学相比，在课堂上让学生进行主动学习和对等学习有利于学生更深理解概念。

三、基于SPOC的计算机网络课程翻转教学

计算机网络课程的教学任务分为网络理论课教学和实验课教学。理论教学内容丰富而复杂，为了降低学习门槛，利用“分而治之”的思想，将该部分内容分为计算机网络概述、通信网、网络互联、网络应用和网络安全五门子课程，每门子课程持续的时间较短，这样学生就会很轻松学完一门课程，比较有学习成就感，从而产生学习兴趣和求知欲。实验课按专题进行组织安排，每个专题围绕一个网络工程任务进行展开，学生较容易学习和掌握，顺利完成规定的实验项目。

1．翻转课堂流程

“工欲善其事，必先利其器”，在进行翻转教学前，教师和学生要进行SPOC平台的操作学习或培训，熟练掌握平台操作有利于发挥平台的功能。SPOC平台是学生与学生、学生与老师沟通的桥梁，而且拥有强大的视频编辑功能，对视频内容的重难点进行标注定位，还有必要的测试模块和学习的统计分析功能，让教师通过强大的统计分析工具及时了解学生的学习情况，并通过在线讨论或在课堂上予以及时回答和指导。这项工作虽然会花费一定的时间，但是一劳永逸的。

在熟练掌握SPOC平台的操作后，教师和学生各司其职。在课前，学生通过SPOC平台看教学视频，碰到难点问题暂停播放进行思考，甚至可以重新播放，边做笔记，标注重难点。一般的教学视频10分钟左右，学生很容易完成，学习完成后进行必要的在线测试。学生还可通过在线讨论与同学或教师交流，获取必要的帮助。教师的课前任务是教学视频的录制与上传和学生课前学习的统计分析。每个教学视频要短小精悍，一般以10分钟为宜。最小化单元内容，主题明确，录制的门槛低，学生容易消化和吸收。视频教材可以来源于已有的MOOC课程、YouTube、Wiki或者Blog等网络资源，也可以自行录制，或者相互穿插。自行录制视频教材要进行课程规划、罗列主题、列出重点、详细设计、撰写讲稿，最后才进行录制。录制好教学视频后，上传教学视频，并利用平台视频工具为教学视频添加索引、整理重点、添加测试点、标注重点和难点。然后就是上课前统计分析学生的课前学习情况。值得注意的是，学生也可以参与录制视频教材，在教别人的同时提升内化自己的知识。学生录制的视频内容相对比较简单，一般是习题的讲解，例题分析等。

视频教学材料的制作要遵循五个原则：一是学生为王；二是传达理念，感动学生；三是视觉化说明；四是简化设计；五是在教师、学生与视频教材之间建立正确的关系。这样制作的作品更有吸引力，能抓住学生的眼球。

在课堂上，教师选择性播放教学视频片断，由于学生在课前对此教学视频已经很熟悉，没必要完整播放，时间在3分钟左右。然后进行重点强调与剖析，时间2分钟。接着就是提问与讨论，这个时间可以适当安排宽裕点，让学生有思考的余地，一般5分钟甚至更长。最后就是教师的补充与小结，一般1分钟左右。至此一个教学小节完成，教师在确保每个学生基本理解的情况下，进入下一个小节，周而复始。在课堂讨论的过程中，学生相互交流对问题的认识，这样学生就会对同一问题进行多角度的思维，拓宽了视野。教师在旁边进行点拨和指导。课堂经过翻转后，课堂成了学生进行讨论交流和解决问题的场所。学生还可以利用iPad、智能手机和笔记本电脑来查阅资料，以前分散注意力的通信设备，现在成了学习辅助工具。

课后，学生进行复习，还是看教学视频教材，再现课堂内容，并整理笔记。教师通过在课堂参与学生讨论发现的问题进行整理归类，分发给每个学生。并给每个学生一个课堂评价，激发课堂的学习讨论热情。

在翻转课堂的关键环节是教学内容的合理设计与安排。本文在设计翻转课堂教学内容时，理论课与实验课的教学方法有所差别。理论课翻转教学时按问题式方法组织教学，实验课按CDIO的工程思想组织教学。

2．理论课设计(问题式教学)

计算机网络的理论教学视频设计采用问题式教学方法，教师针对每个教学主题首先讲解5分钟；接着针对讲解的重点和难点提出问题让学生思考和回答，时间控制在3分钟左右；最后用2分钟对教学内容进行补充和说明，如图2。

图2 问题式教学图

问题式教学法的基本结构可概括为“三环”。第一环节，创造问题情境，发现、提出问题，并使问题定向，即生成问题。第二环节，对生成的定向问题，进行自主探究（个体与集体合作学习），分析、解决问题，即探索问题。第三环节，对探索的问题及时反馈，在验证中得以解决，并进一步拓展问题，即发展问题。

3．实验课设计(CDIO教学)

CDIO工程教学模式是麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究组织创立的工程教育理念。CDIO代表构思、设计、实现和运作，如图3。它以产品研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的方式学习工程理论、技术与经验。

图3 CDIO教学图

在课前制作简短视频，介绍在实验专题要用的网络设备性能，实验器材的使用方法。学生在课前学习完视频，了解了相关设备和实验器材的性能后，结合自己学习的理论知识，根据实验专题的目的和要求，构思实验，并根据自己的构思，设计实验方法和步骤。在实验课上按设计的实验步骤进行具体实现。最后运行该实验作品，测试是否能进行正常的运作。如果测试不成功，分析失败原因，找出错误，重新进行构思、设计、实现和运作。

四、教学实验数据分析

将一个年级的四个教学班(每个教学班30人)分成两组，每组60人。一组按常规的讲授式教学方法进行教学，称为常规组；一组按翻转课堂的教学方法组织教学，称为SPOC组。采集2015年和2016年两个学期每学期两组学生的期末测评成绩，用SPSS进行定量与定性分析，结果如表1。2015学年度，未用SPOC翻转教学，常规组1和常规组2平均成绩接近，而常规组1和常规组2的平均值t检验结果p=0.1>0.05，故两个班的平均成绩没有显著差异。2016学年度，常规组3仍然采用常规教学方法，SPOC组应用SPOC翻转教学，SPOC组的平均成绩明显高于常规组3，而两组的平均值t检验结果p=0.03<0.05，故两者存在显著差异。2015年度与2016年度相比，常规组的平均成绩没有太大的变化，而SPOC组的平均成绩明显提高。由此可见，应用SPOC翻转教学对学生进行计算机网络课程的学习有促进作用。

表1 学生期末成绩分析表

用同样的试验方法对学生的实验课成绩进行统计分析，发现常规组与SPOC组的实验成绩变化趋势与理论课成绩基本相同。但SPOC组与常规组的实验成绩平均分差距比理论课要大，说明SPOC翻转教学对实验课的影响更大。

总之，用SPOC翻转教学激发了学生的学习热情，上课时很难看到学生玩手机、打瞌睡等现象，大家都在积极思考问题，讨论主题或者动手实验。活跃了课堂气氛，拉近了学生之间、师生之间的距离。学生的学习成绩不管在理论课还是实验课都有显著提高。

五、结语

在分析比较MOOC、SPOC和翻转课堂等教学形式的基础上，博取众家之长，在SPOC平台上，设计了计算机网络的翻转教学方法。将持续周期长、内容复杂的计算机网络教学分割成五门相对独立又彼此联系的子课程，这样学生很容易完成一门子课程，提高了学生的学习成就感。详细阐述了在SPOC平台上如何组织翻转教学，从在平台上开课开始，课前教学视频的制作原理，课前反馈信息的统计，课堂上的翻转教学，一直到最后的教学评测。理论课采用了问题式教学方法，试验课则应用CDIO的教学方法，培养学生的工程思维。尽量做到了与企业的网络需求无缝对接。

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（编辑：郭桂真）

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1673-8454（2017）02-0028-05

江苏省现代教育技术研究所2015年度立项课题(2015-R-43706)，江苏高校品牌专业建设工程资助项目(PPZY2015A062)。