基于翻转课堂的计算机网络课程教学重构

王昊翔

（华南理工大学 计算机科学与工程学院，广东 广州 510006）

0 引 言

作为计算机相关专业的核心专业基础课程，计算机网络的教学目标是让学生理解、掌握计算机网络的基本原理，在了解计算机网络分层体系结构的基础上，深入学习网络协议、算法、网络设备工作原理。计算机网络课程的传统教学模式以课堂授课为主。该课程内容繁多复杂，易造成教与学的脱节，导致学生在学习过程中缺乏主动性，独立思考能力得不到提高，教学质量难以有效提升。慕课与翻转课堂的兴起，给计算机网络课程教学改革带来了新的机遇与挑战。

1 背 景

大规模在线开放课程（MOOC，Massive Open Online Course），也称为慕课。慕课教学形式最早出现于2008 年，从2011年开始，随着斯坦福大学、麻省理工学院等世界知名高校的加入，慕课开始在全球范围风行[1]。慕课的特点可以总结为两点：开放性和大规模性[2]。在慕课的基础上，加州大学伯克利分校的Armando Fox教授提出了SPOC（Small Private Online Courses，小规模限制性在线课程）的概念[3]。相对于MOOC，SPOC的学习者为开课学校的校内学生或有人数限制的线上学生，课程并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。

相对于传统课堂教学，翻转课堂（Flipped Classroom）[4]是“颠倒”时间和内容的一种新型教学模式。这种教学模式要求学生在课前通过观看课程视频预先自主学习，并完成相应的课程考查作业。在课堂时间，教师通过引导组织学生进行问题讨论、分组项目等教学活动，让学生巩固课前所学的课程知识，并应用实践这些知识。

近年来，国内高校教育者也对翻转课堂理论和实践展开了研究。在计算机网络领域的相关课程中，文献[5]通过分析计算机网络原理课程的教学现状及翻转课堂教学模式的发展现状，提出一种将传统教学与翻转课堂教学相结合的计算机网络原理课程教学模型；文献[6]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，充分体现以学生为主的教学理念；文献[7]分析翻转课堂的内涵与研究现状，提出计算机网络课程翻转课堂教学模型，结合教学案例给出翻转课堂的具体实施策略，并阐述了翻转课堂模式下的教学评价机制；文献[8]基于MOOC 课程建设的特点，设计一套开放性强、交互灵活的计算机网络课程微课教学系统，实现以学习者为中心的师生多重交互分享，有效提高大学教学活动的创造性和实效性。本文在参考相关文献的基础上，讨论如何结合翻转课堂模式，改革传统的计算机网络课程教学，着重论述在教学改革过程中面临的挑战和解决方法。

2 课程现状分析

计算机网络是一门理论与实践相结合的课程，也是计算机相关专业的核心专业基础课程。课程要求学生在掌握计算机网络分层模型的基础上，深入学习和理解网络协议、相关算法以及网络设备基本工作原理。同时，课程要求学生具备一定的实践动手能力，掌握计算机组网、路由器配置、网络基本编程等能力。在大部分国内高校，该课程教学面临两大问题。

1）有限的课堂授课学时与繁多的课程内容之间的矛盾。

计算机网络课程最多安排64课时进行教学工作，除去课程实验学时，用于课堂理论教学的学时一般不超过48学时。而计算机网络课程涵盖的知识点众多，课程内容极为丰富，在传统课堂授课中，教师受限于学时数，无法与学生展开足够的课堂互动，教学模式停留在单向的知识讲授模式。因此，课堂教学效果难以提高，难以激发学生学习的积极性、主动性，难以通过互动，培养学生的探索精神和独立思考能力。

2）理论教学与实践内容脱节的矛盾。

由于计算机网络领域的知识更新较为迅速，传统的计算机网络课程教材对IPv6、物联网、SDN等新知识的收录较为迟缓，因此补充新知识是当前计算机网络课程教学的薄弱之处。此外，大多数计算机网络课程教材侧重于理论知识的梳理传授，缺少对实践知识的有效补充，造成课堂学习知识与课程实验内容的脱节。更严重的后果是毕业生的计算机网络知识体系与今后就业面临的实际网络应用脱离，无法满足企业的实际需求。

慕课及翻转课堂模式的兴起，给计算机网络课程教学改革注入了新的内容，也为解决以上两大课程难题提供了机遇和可能。对于计算机网络领域的教学，当前主要的改革任务是：如何将新的教学模式与课程实际情况相结合。

3 计算机网络课程教学重构

教学改革是一个渐进的过程，课程内容的建设需要一定的时间，学生对新知识点的编排也有适应的过程，教学改革也是一项与实际密切结合的工作。在课程教学改革实施过程中，既要考虑课程内容的实际情况，也要考虑学生的接受程度。因此，对于计算机网络课程，教学改革不是简单地以新教学方式替代传统方式，而是一个复杂且长期的重构过程。

3.1 教学模型重构

教学模型可分为课前、课中与课后3部分。对教学工作者来说，传统的教学模型包括图1的内容。在课前，教师需根据教学目标准备教学内容、考查方式和考查内容；课中，教师主要进行知识讲授、知识回顾和巩固；课后，通过考查结果获取反馈，指导下一步教学内容准备。

翻转课堂教学模型要求教师在课前与课中进行较大的改变[9]。课前，要求教师进行在线视频的策划、录制、发布以及在线习题的编写。知识的学习主要依赖学生在课堂教学前自学，并进行在线的自我测试。对教师来说，课中教学环节主要包括对学生课前学习效果的检验，组织分组讨论、习题答疑、项目实施等教学活动，通过课堂活动全面获得教学效果的反馈。

高职院校《人力资源管理》课程教学改革研究 ………………………………………………………………………… 杨书灵（5/66）

出于对学习效果的考虑，慕课教学视频短小精炼，时长通常控制在10分钟以内。对于计算机网络课程，一方面有相当数量的重要知识点不容易在10分钟的视频内阐述清楚，或者由于若干知识点之间联系紧密，不适于分割为短小视频讲授；另一方面有的知识推演过程较为深涩难懂，有较大的实时互动需求，当学生难以理解的时候，可以考虑采用多种方式、多种角度进行讲解。因此，在考虑改革教学模式的过程中，需要将翻转课堂与传统课堂有机结合。

图1 传统教学模式

重构后的教学模式见图2。整个教学过程分为课程策划、课前准备、课中教学、课后管理4个阶段。课程策划阶段，教师梳理课程知识点，规划课程整体安排。课前准备阶段也是慕课制作阶段，将知识点制作为慕课视频，并配上对应的习题用以考查学生的阶段学习效果。课中教学阶段即课堂教学组织，根据课程策划的具体安排，采取课堂深入讲授、课堂组织研讨、现场分组项目、课堂考查答疑等方式实施教学。课后管理阶段，除了作业考查之外，还可以通过慕课平台的留言交互等功能，实现课堂教学的延伸，进一步获得课程教学的反馈信息。

3.2 课程内容重构

由于采取慕课作为授课方式，课程的教学时间不再受限于教学计划分配的教学学时，因此可以对原有教学内容进行扩展，从而解决课程教学与实践脱节、内容过于老旧等问题。此外，由于各知识点需要在翻转课堂中采取不同的教学方法进行课堂教学实施，因此要对各知识点进行归类划分。课程内容重构为以下五大类。

1）难点内容。

这类知识点学习难度较大，学生难以通过观看简短视频直接掌握，需要教师进一步讲解。比如，关于CSMA/CD的介绍中，由于传输延时造成的碰撞冲突以及由于这类冲突造成在IEEE802.3协议对传输最短帧长的限制；IP地址相关内容中，IP地址分类、子网划分、CIDR、NAT等知识点的相互对比关联及优缺点分析等。这类内容较难理解，或相互之间衔接紧密，需要教师在课堂中进一步深化梳理。

2）重点内容。

知识点本身不难理解，但在课程知识体系中，却有重要的作用，比如CDMA工作原理、海明编码纠错、各项路由协议等。这些内容学生通常能通过观看课程视频自学掌握，但需要在课堂教学中，通过各种方式巩固学习效果，深化学生对这类知识点的理解。

3）普通内容。

4）补充内容。

这类知识点为课程内容的扩展。现有的计算机网络教材，较少涉及物联网、IPv6等下一代互联网及软件定义网络SDN等较新的网络知识。通过扩充这类知识，可以激发学生的学习兴趣，培养学生的独立思考能力，锻炼学生查阅文献资料、自主学习的能力。

5）实践内容。

与课程实验内容配套的知识点，比如路由器的基本操作、组网与IP地址分配的基本步骤、路由协议的配置方法、Socket编程基础等内容。这些内容偏向实践操作，通常在课程教材中覆盖较少，但是对培养学生的实践动手能力有重大价值。此外，通过实践操作，可以进一步加深学生对相关理论知识点的理解和掌握。

通过重构教学内容，一方面保证课程的时效性和实用性，另一方面可以更高效地利用有限的课堂教学时间，在确保教学质量的同时，保障教学的效率。

图2 计算机网络课程教学模式重构

3.3 教学方法重构

采用翻转课堂的教学方式后，由于大量的教学过程发生在课堂教学时间之外，课程的课堂授课时间会相应减少，因此课堂时间愈发宝贵。如何更加高效地利用有限的课堂学习，是翻转课堂教学面临的一大挑战。具体到计算机网络课程，在重构课程内容（如3.2章节中讲述）的同时，需要重构对应的教学方法，课堂教学将包括以下几种教学方法。

1）传统授课。

传统的课堂授课方式在课堂教学中得到一定保留，主要针对相互牵连紧密、内容深奥难懂的知识点或知识群。这种授课方法以20～30分钟为一个单元，着力梳理相关内容，讲解推理过程。由于学生课前已经一定程度地掌握了相关知识点，这类教学虽然仍采用传统的授课方式，但所需的授课时间大大减少。

2）答疑解惑。

针对学生在慕课平台或课堂练习反馈的共性问题，通过引导学生提问、教师答疑的方式进一步讲解。比如，学生往往会疑惑，为何频率单位赫兹（Hz）和数据率（bps）都可以衡量网络带宽。通过解答该问题，让学生对周期性信号的傅里叶变换、香农定理、奈奎斯特定理等相关知识点有系统性的认识和理解。

3）分组讨论。

针对开放性问题可以采取分组讨论的方法。在给定讨论主题后，让学生分组自由讨论，最后每组学生轮流发表总结。例如，IPv6与IPv4的对比、IPv6协议发展和取代IPv4面临的困难等。这类问题需要学生进行发散性思维，并在分组讨论中组织交流各自的观点，激发学生主动学习。

4）分组项目。

给定具体的工程项目，要求学生分组协同合作、共同完成。比如网络规划项目，学生通过该项目可以实际应用课程中所学的网络划分、IP地址分配、网络设备工作原理、路由协议等知识。

将多种教学方法与知识点划分结合，综合了传统课堂授课与翻转课堂的优势，以学生为中心，在兼顾教学质量和教学效率的同时，引导学生从被动学习向主动学习转变，从单向的填鸭式教育向以培养综合能力的素质教育转化。

4 结 语

翻转课堂是互联网+思维和现代教育理念相结合的一大成果。这种新的教学模式为计算机网络课程教学改革提供了一种新的思路和方法。在清楚看到翻转课堂教学突出优势的同时，作为教学工作者，应当将翻转课堂的教学理念与课程实际以及学生实际情况相结合，通过有机结合传统课堂和翻转课堂，实现教学目标。这种教学重构必须是渐进式的不断摸索，通过不断优化教学内容、教学方式，继续提高计算机网络课程的教学效果。

[1]罗金玲. 基于微课的翻转课堂教学模式创新应用研究: 以“计算机应用基础”为例[J]. 电脑与电信, 2015(11): 20-22．

[2]陈玉琨. 中小学慕课与翻转课堂教学模式研究[J]. 课程·教材·教法, 2014(10): 10-33．

[3]Liu Yanmei. Chinese higher education reform under the wave of MOOC [J]. Higher Education of Social Science, 2015, 9(3): 23-27.

[4]Chen Zhi. Flipped classroom model and its implementation in a computer programming course [EB/OL]. [2018-02-01]. http://www.docin. com/p-1954699879.html.

[5]李琳, 赵志刚,云红艳. 传统教学与翻转课堂教学相结合的计算机网络原理教学模型研究[J]. 计算机教育, 2015(22): 31-36.

[6]胡永东, 高宙宇. 基于翻转课堂的计算机网络课程建设[J]. 中国教育信息化, 2017(2): 28-32.

[7]李燕君. 翻转课堂模式下的计算机网络课程教学[J]. 计算机教育, 2014(20): 18-22.

[8]郭昌建, 张凡, 许锋. 基于MOOC的计算机网络课程微课教学系统设计[J]. 科教文汇, 2017(1): 72-73.

[9]Robert T. Inverting the linear algebra classroom [EB/OL]. [2017-04-29]. https://prezi.com/dz0rbkpy6tam/inverting-the-linearalgebra-classroom/.