基于SPOC的计算机网络课程教学改革实践

冯玉婷，史君华

（合肥师范学院 计算机学院，安徽 合肥 230601）

0 引 言

古往今来，课堂从来都是实施素质教育的主阵地，是深化教学改革的主战场，主战场的仗打得怎么样，直接决定了素质教育效果的优与良。自网络时代的高速发展影响了人们的日常生活以来，素质教育的战场也从课堂搬到了网络上，慕课就是这场战役中打响的第一枪。慕课通过在线小视频降低了专业课程的入学要求，促进了学习者的兴趣和学习质量的提高[1]。由于慕课的课程开设门槛较低，学生基础差距较大，开放性的授课过程大大影响了学习质量，所以在慕课的基础上，加州大学伯克利分校的阿曼德•福克斯教授提出了SPOC（Small Private Online Course，即小规模限制性在线课程）。SPOC是MOOC在高校范围教学的新发展，是专门针对在校大学生而设置的在线课程，采用以翻转课堂为基础的教学模式。与慕课的大规模（Massive）相反，SPOC的小规模（Small）有助于提升学习参与度、互动性及完课率，其限制性（Private）恰恰保证了听课学生的基础能力和学习质量[2-3]。

应用型本科教育是我国高等教育体系的一个重要组成部分。近年来，为满足国家对于应用型人才的需求，合肥师范学院积极开展地方应用型高水平大学建设，以实践能力发展为核心进行应用型人才培养的探索，计算机学院更是以突出训练学生应用技能为首要任务，开展了深度的人才培养方案修订与改革。网络工程专业在推进改革方案时，始终将“改革教学方法和评价方式”作为主要任务，开展“启发式讲授、探究式讨论”的互动式教学改革，以突出学生在学习过程中的自主性。计算机网络的课程改革自2016年开始进行至2018年，在两个学期两个班级中从实验探索，在方案设计、平台试用、体系研究等多方面进行改革并获得了较多经验，取得了良好的效果[4]。

1 计算机网络课程的特点与现状

计算机网络是将计算机技术与通信技术相互渗透、密切结合而形成的一门交叉学科，也是计算机类专业的专业核心课程。从教学内容上看，计算机网络涉及的知识面较广、原理性强、知识较抽象；从教学要求上看，课程要求学生具备对理论知识的理解能力和将理论知识结合实践并应用的技术能力。课程通常设置为理论课程和实验课程相结合的教学模式。在理论课教学过程中，教师采用课堂教学和课后习题练习的传统授课方法，学生以习惯性的接收性思维学习理论知识，缺乏创新思维，缺乏自主学习的能力。另外，学生的实践能力培养完全依靠实践课程实现，学生可以在实验课中理解理论课所学的知识，但是无法在理论课中体现计算机网络的应用实践内容。因此，在对新的教学模型进行构建时，首先以SPOC的翻转课堂教学模式为基本模型，将课前自学、课堂交流、课后总结复习3个阶段放进模型，然后在应用型人才培养的模式下，将实践环节插入SPOC模型的3个阶段，以内容体现形式，充分发挥新型教学方法的优势，以取得良好的教学效果。

2 SPOC平台上的应用型教学模型

2.1 教学模型

SPOC教学模型的特点主要体现在翻转课堂的效果上，如图1所示。在传统教学模式中，教师在开展课前、课堂、课后3个阶段的教学活动时，仅在课堂上对学生进行知识点讲解，课前和课后很少会有教学活动，学生也会因此缺少学习的动力。而SPOC教学模式颠覆了学生课上学习、课下休息的学习模式，将学习活动贯穿在课前、课堂、课后三个阶段，对学生提高了学习要求，也增加了学生学习的积极主动性[5]。

2.2 教学活动

在SPOC教学模型下的教学活动从课前阶段、课堂阶段和课后阶段3个阶段进行开展。

（1）课前阶段。在新的教学模型中，教师的教学活动仍然贯穿3个阶段，但是相比较于传统课堂的教学任务，对教师工作量和能力的要求更高。在课前的备课环节，教师首先需要根据课程标准来设计教学内容。为了使学生有足够注意力自学并理解每个视频中的知识点，SPOC视频的播放时间一般不超过10分钟，所以如何将重点内容或复杂内容分解，同时保持结构的连贯性，要求教师对内容进行模块化设计。其次，教师需要提前录制一系列教学视频，并发布到SPOC平台。最后，教师根据教学目标提出本次教学任务，要求学生完成思考题或者作业，强化学生对课程内容的理解。

当学生在完成阶段任务时，可设置独立作业和团队合作两种形式。在观看视频或完成简单任务时，通常为独立作业，当任务内容较难或需要提问讨论时，学生以小组形式共同完成。在使用本模型进行学习活动时，不管是课前、课堂还是课后，对学生进行分组都能达到更好的学习效果。以小组为单位，可以使学生互相监督和约束自学活动，也便于教师检查学习效果，更能通过交流和讨论培养学生的团队协作互助能力，提高学习质量。

在此阶段，学生可以根据自己存在的问题和小组成员讨论互答，也可以将问题通过SPOC平台及时反馈给教师。对于学习主动性高的学生，在此阶段已完成基本学习任务，有助于其在后期进行深入和拓展学习。

图1 计算机网络的SPOC教学模型

（2）课堂阶段。在SPOC教学模型中，课堂的教学活动至关重要。因为教师和学生的交流大部分为在线交流，虽然以手机或电脑为平台的在线交流增加了时间的灵活性，提高了交流的便捷性，但也从一定程度上隐藏了学生学习效果的真实性，而且学生的学习与交流内容大多为零散知识点，在线交流难以帮助学生建立完整的知识体系，所以教师需要充分利用课堂阶段对学校内容进行总结，检查学生的学习质量，并帮助学生建立知识结构体系。教师的总结内容包括已学内容之间的联系和本知识点在应用实践中涉及的技术，通过对知识进行拓展和延伸，一方面帮助学生更好地理解所学内容，另一方面可扩大中等层次学生和优秀学生的知识面。

为了更好地激发学生的学习动力，教师可以组织小组之间进行现场比赛或对抗竞争，这样可以得到学生在课前阶段学习效果的真实反馈。对于学生所反馈的问题，教师可以进行当场解答，这样也能帮助学生更好地理解所学知识。

（3）课后阶段。最后一个阶段在整个模型中起到巩固和优化的作用。教师通过布置综合性较高的作业或任务帮助学生复习所学知识。此类任务可通过设计创新性任务来实现，也可以继续以分组形式完成。教师在这一阶段可根据前两阶段的学习效果反馈，有针对性地关注不同层次学生的学习过程，保证总体学习效果。对于中高层次的学生，学生在课后可以选择性完成任务，教师可将创新创业类项目或竞赛类项目的基础内容作为作业布置给学生，为项目和竞赛的学生选拔做准备，使学习能力较强的学生带领能力中等的学生共同完成学习任务；对于能力偏低的学生，有针对性地布置任务，要求学生做出强制性反馈，通过在线平台单独解决遗留问题。同时，学生对本轮教学模式中三个阶段的学习效果进行评价，把自己在学习过程中遇到的问题和情况，提出意见或建议；教师根据学生提出的反馈修正教学模型中存在的问题，以达到教学效果的进一步优化。

2.3 应用型实践案例与SPOC模型的融合

根据上述模型，学生可较好地掌握计算机网络原理和概念。将理论知识拓展到应用实践的过程通常由实践课程来完成，当学生进入实践课程时，才能真正理解理论内容的应用环境，掌握相关技术。如何在理论课程的学习过程中满足应用实践的要求，是所有理论课程都会面临的一项挑战。为了让学生在理论课上就了解知识点在实践中的应用领域及应用方法，可以在SPOC模型中将实践教学案例分别插入课前、课堂和课后3个阶段。

表1列出了在3个阶段插入实践环节的方法。以网络层的“分类的IP地址”知识点为例，学生在了解IP地址的二层结构基础上学习分类的IP地址。对于此知识点，理论上要求学生能清楚区分不同类型地址的特征。

在课前阶段，为了帮助学生理解不同类型IP地址在网络中的应用，教师预先设计一个由基本网络设备搭建而成的网络拓扑，并将如何根据网络分配IP地址作为本知识点的学习任务，让学生带着问题观看视频。如图2所示，图中共有4个路由器A，B，C，D，某些网段已经给出所属的网络地址、现有接口或主机的IP地址，学生自学视频掌握IP地址类别后，首先需要了解图中已给地址所属的网络地址类别，然后根据已给地址得到所在网络的网络地址和主机范围，最后在主机范围内自行选择合适的IP地址分配到接口或主机。

在课堂阶段，教师给定一个由多种网络连接设备搭建而成的网络拓扑结构，学生首先需要综合其他章节已学过的内容理解所有设备的功能，然后思考网络设备在本拓扑结构中的作用，再按照已掌握的地址类别对设备接口和主机进行IP地址的分配。图3中给出较多类型的网络连接设备，有学生已经熟悉的路由器、交换机，还有不太熟悉的同轴电缆分路器、调制解调器。学生不仅要掌握不同设备的功能、所在层次，还要理解不同网络设备对于地址的影响，以及地址的分配原则，这样才能正确地完成IP地址划分任务。这个阶段的考核任务相对于前一个阶段略复杂，考验学生对于网络整体结构的综合理解能力和实践技术的掌握能力。

表1 应用型实践教学案例与SPOC模型的融合

图2 课前阶段的实践任务拓扑图

图3 课堂阶段的考核任务拓扑图

在课后阶段，通常以实践设计作为复习过程。可要求学生通过模拟真实的网络环境，如实验室网络、寝室网络、办公区域网络等，来设计网络拓扑结构。然后在自己设计的拓扑结构中对IP地址进行划分。对于能力较强的学生，可通过要求学生提前学习下一部分无类别地址的特点来进行多种IP地址的分配，以此巩固有类别地址的划分特点和规律。对于学习能力较差的同学，将身边的网络引入课堂，一方面增加了学生的学习兴趣，另一方面也能更好地将理论知识结合到实践中，这样不仅能培养学生的创新能力，也帮助学生理解抽象的知识点，同时熟悉网络体系结构中各类硬件的实际作用。

通过在3个阶段中插入实践案例，不仅加深学生对课堂教学内容的理解，使学生能熟练操作网络基本命令进行网络管理，还能加强学生对网络从理论到实践的认识能力，提高学生解决网络中实际问题的能力。

3 SPOC模型的评价机制

以SPOC为模型的教学强调学习过程，把学习过程中产生的学习效果作为重要的衡量标准，因此在SPOC模型下的翻转课堂教学中，须针对模型中所设计的教学环境制定相应并且合理的课程评价机制。恰当的评价机制可以真实地反映学生的学习状况，激发学生的学习积极性，能够发挥SPOC模型下翻转课堂的最好效果。

课程的评价机制一般由形成性评价和总结性评价两部分组成。在传统的教学模型中，由总结性评价衡量学生的学习效果，比重较大，形成性评价只是起到总结性评价的辅助效果。在SPOC教学模型中，学习过程被划分为3个阶段，过程性学习活动比较丰富，也正是由于对过程的把控，从而保证了学生的学习质量[6]。在本模型中的3个学习阶段对整个学习过程都起着不可代替的效果，在任何一个环境的放松都会直接影响其他两个阶段的效果，也很容易暴露问题。所以，在设置计算机网络的课程评价机制时，将形成性评价的比重设置为70%，总结性评价所占比重为30%，通过详细的过程性评价机制来组织教学活动，突出过程性学习的重要性。

形成性评价对于课前、课堂和课后3个阶段分别设置了考核内容和考核形式[7]。在课前阶段，通过观看视频的自学记录和小组间的互动积极性产生本阶段的评价结果。自学记录由学生上传至网络学习平台，以小组形式检查，同时小组内部根据自学产生的问题组织讨论，根据学生的提问情况互相打分。在课堂阶段，由教师直接对于学生的课堂表现给出本阶段的评价结果，课堂活动的成绩可由小组为单位产生，也可以由个人的课堂表现产生。在课后阶段，通过学生完成习题的情况、在前两个阶段中小组内部的协作情况和交流内容及频率等，由教师或者组长根据网络平台的所有记录进行点评，产生本阶段的评价结果。因为小组间的交流等活动均在SPOC平台进行，因此教师可随时审核评价结果的可靠性与真实性。如图4所示。

表2 教学改革效果对比

图4 SPOC模型的评价机制

4 教学改革的效果

基于SPOC的应用型本科教学改革将合肥师范学院计算机学院网络工程专业2015级和2016级两个班级作为实施对象，2015级物联网工程专业和2016级计算机科学与技术专业的两个班级采用传统教学模式。经过两学期的教学改革试验，2015级和2016级教学改革班中参加华为、思科等企业认证的人数大大增加，在安徽省网络攻防赛、华为ICT大赛中均取得了较好的成绩。教学改革班与传统班在课堂效果、期末成绩、参加竞赛人数、竞赛证书及专业证书获得数等方面存在明显的差异。具体数据见表2。

5 结 语

综上所述，将SPOC教学模型与应用型本科的教学改革结合能产生较明显的效果，不仅优化了教学资源，锻炼了学生独立自主、团队协作的学习能力，培养了学生善于动脑、勤于动手的学习习惯，更为学生实践类课程奠定了扎实的基础。在使用SPOC模型进行教学改革时，要因地制宜，因材施教，根据本专业的课程标准设计相匹配的教学活动和评价机制，才能更好地发挥出该模型的优势，培养出理论知识扎实、具有创新精神和自主探索能力的高层次计算机网络专业人才。