計算機網絡“三次握手”課堂教學設計

趙甫哲+崔建群+王明安

摘 要：翻轉課堂是一種新型的教學模式，它以“學生為主、教師為輔”的教學方式。針對計算機網絡課堂理論性強，理解困難等問題，本文以“三次握手”協議為例，通過詳細的課前、課中和堂后的課外教學設計，實現了以“學生為輔、教師為主”的教學方式，并使用SPSS軟件對學生掌握內容測試結果進行了分析。數據分析結果顯示，該新型教學模式較傳統教學模式提升了學生的自主和協作學習能力、知識理解能力和問題分析解決能力。

關鍵詞：翻轉課堂；三次握手；計算機網絡

中圖分類號：TP399 文獻標識碼：A

Abstract：In the new teaching model of flipped classroom，the student is taken as the center while the teacher is taken as the assistance.In view of the highly theoretical and complex nature of computer network，this paper takes the Three-way handshake protocol as an example and implements the teaching mode of Student-centered and teacher-assisted through detailed teaching design before，during and after class.The testing results of how students grasp the knowledge are analyzed through SPSS.The data analysis results show that the new teaching model effectively improves students' capabilities in learning autonomously and collaboratively，understanding knowledge，and analyzing and solving problems.

Keywords：flipped classroom；Three-way handshake；computer network

1 引言（Introduction）

翻轉課堂是2000年美國邁阿密大學Maureen Lage和Glenn Paltt兩位教授在講授“經濟學入門”時應用的“翻轉教學”方式[1]。2007年，美國科羅拉多州WoodlandPark中學的化學教師Johnathan Bergmann將錄制的視頻上傳到教學云平臺，學生在家對照視頻，邊看視頻邊看書理解學習，接著將理解上有困難的地方向老師提出，老師針對這些問題加以解釋和透徹講解[2，3]。該教學方式得到了一些同學的喜愛，教師的教學方式取得了令人贊賞的效果。之后，美國和世界各地的大學、中小學教師們開始探索這種新型的教學方式。翻轉課堂在大學的教育中主要應用在經濟、英語、化學和計算機等領域中，在中小學的教育中主要應用在語文、英語和數學上，教師不再像以前一樣講滿一堂課45分鐘，而是首先要求學生課前預習、看視頻、PPT課件，然后學生在課堂上向老師提出問題，教師在課堂上進行一個十分鐘的講座，課堂上剩余時間由同學們進行分組討論，并向老師提出問題，老師做出一一解答。這種教學方式增加了學生的積極主動性和同學之間的團結協作性，促進了教師和學生之間交流溝通性，提升了學生分析問題和解決問題的能力。

翻轉課堂引入國內后，各大院校均進行了嘗試，與國外院校相比，我國的翻轉課堂的實踐還處于起步階段，翻轉課堂對教師提出了極高的要求，部分學校正在嘗試應用翻轉課堂模式進行課堂教學[4-6]。鐘曉流等人提出了一種太極環式的翻轉課堂模型，其核心部分是模型的構成和流程，它將中國文化中的太極思想、翻轉課堂的理念進行深度融合[7]。馬秀麟等人針對大學信息課運用翻轉模式進行了研究應用，得出課堂討論對學生消化知識有重要促進作用，起到高效吸收的效果[8]。

“計算機網絡”是院校計算機學院各科的一門專業必修課程，其課程教學目的是提升學生具有完備的計算機網絡體系理論素養，對網絡協議和網絡相關設備運行原理有深度地把握，進一步使學生提高設計與實現網絡應用程序的編程水平。該課程以往均采用以“學生為輔、教師為主”的教學方式，存在的問題在于理論講解太多，實際操作少，同學們對網絡理論掌握程度差，尤其是對網絡設備的工作情況知之甚少，同學們學習缺乏主動性，認為老師講得枯燥乏味，教師和學生之間的溝通微乎其微。因此，上述教學導致計算機專業學生的培養質量無法滿足企業的用人要求，計算機網絡教學的改革勢在必行。

“三次握手”協議的理解是網絡編程的基礎理論，理解和掌握好該協議對后期編程能力提高至關重要，可以進一步提升學生的培養質量。因此，本論文應用翻轉課堂方式對“三次握手”協議進行教學設計和分析，進而對翻轉課堂教學和傳統教學方式進行教學評價。

2 “三次握手”課堂教學模型設計（The classroom

teaching model design of Three-way handshake）

本節將對“三次握手”課堂內容進行教學模型設計，首先對“三次握手”課堂教學現狀進行介紹，接著按照小節進行教學模型設計，設計分為四個教學階段：課前自主學習、課中學生教師討論互動階段、課后知識總結階段和使用評價階段。

翻轉課堂教學模型如圖1所示。

Three-way handshake

2.1 “三次握手”課堂教學現狀

“計算機網絡”課程是本科院校計算機學院各專業的必修課，“三次握手”協議是計算機網絡課堂的重中之重，掌握“三次握手”協議，對理解網絡編程具有重要意。現有的關于“三次握手”協議的教學局限于概念性層面上，學生在理解上存在嚴重障礙，因此，改進“三次握手”協議的教學已成為各位計算機網絡課教師們正在考慮得重要教學工作。學習好“三次握手”協議，要學習的先行課程有C++語言程序設計、J2EE、組合數學、操作系統、數字邏輯、數據結構等專業課程[9]。該課程“三次握手”內容中參數名詞較多，例如ACK、SYN、seq、ack均是難以理解和把握的概念性名詞[10]。endprint

2.2 “三次握手”翻轉課堂教學模型設計

翻轉課堂改變了傳統的教學流程，形成課堂上自由輕松地學習氛圍。簡易適用的網絡云平臺和豐富的網絡學習資源，進而實現資源共享，學生可和教師進行互動交流。由于翻轉課堂的教學特點，國內外學者將翻轉課堂分為三個時間段：課前、課中和課后。課前需要學生根據教師提供的視頻、問題等資料自主學習，記錄學習中沒有理解和掌握困難的問題及其知識點。在課堂上，教師進行知識點解析，重點講解重難點，然后回答同學們在自主學習過程中碰到的問題，同時分小組進行討論，讓同學們徹底地掌握“三次握手”的知識內容。在講解“三次握手”協議原理后，教師將利用Wireshark軟件分析該協議的運行情況，以便讓同學們有更深入的了解。課后，同學們完成老師布置的理論作業和Wireshark軟件分析“三次握手”協議運行實踐作業，并根據學習內容作反饋，學生對“三次握手”知識的掌握程度做出相應評價。教師對評價較低和學生掌握程度相對低下的同學做單獨輔導。

下面將做具體的教學設計。

“三次握手”翻轉課堂教學過程設計

（1）課前自主學習教學設計

教師首先為“三次握手”錄制微視頻，并給出幾個問題，例如：“三次握手”協議中關于數據包的傳送是怎么規定的？該協議中如何解決了SYN Flood問題？為什么要定義數據流的序號？服務器端發送SYN是作為連接的SYN包，還是作為響應發起者的SYN包，怎么區分？服務器端的ACK確認包和接下來的SYN包可以合成一個SYN ACK發送的，沒有必要分別單獨發送，這樣省了一次交互同時解決了問題。這樣TCP建立一個連接，三次握手在進行最少次交互的情況下完成Peer兩端的資源分配和初始化序列號的交換。將這些問題和視頻課件等資料通過QQ傳給同學們并發布到該課程的教學網站上。同學們在學習的過程中可能還會碰到一些問題，用問題本記錄下來，以便在課堂上和同學們進行討論，并請教師作解答。

此外，還要求同學們學習數據包抓取軟件Wireshark，如何抓取數據包，以及抓取出來后如何分析TCP、IP等協議字段信息。軟件在學校的云平臺下載，教師已經上傳到云平臺。

（2）課中學生和教師討論互動階段

課中是翻轉課堂的重要階段，教師收集同學們提出的問題，同時準備好本節內容的相關問題，根據問題將學生分成7組，便于同學們討論和交流。然后，教師對小組討論中共同提出的問題在課堂上給予統一講解，對小組討論中只有個別小組提出的問題進行單獨輔導和解釋。最后針對該節內容，通過練習進行知識鞏固。例如，在課中，各小組均對問題“TCP的客戶端和服務端在交換數據時，為什么不含數據的確認段不消耗序號呢”不解？針對這一共同問題，老師給予了詳細解答，并用圖示進行了說明。有個別小組問道：“TCP報文段的長度有沒有規定的最小值和最大值”，針對這一問題，教師對該小組進行了單獨講解和闡釋。理論講解和討論完畢后，教師現場利用Wireshark軟件抓取TCP協議數據包，抓取數據包后讓同學們進行討論，與之前學習的“三次握手”協議相對照，相應的參數值分別是多少？抓取的“三次握手”協議數據包如圖2所示。數據包抓取出來后，首先讓同學們分析每一行的數據和參數值分別表示什么意思？同學們討論“三次握手”協議是怎么運行的，使同學們積極探索和討論。教師同時也提出，讓同學們用軟件自己抓取數據分析“四次揮手”的運行情況。

每個小組在討論后，也用PPT對三次握手和四次揮手進行了展示，通過圖例詳細分析了報文段交換的過程。小組其他成員針對也進行了問題討論和交流。學生通過自我講解，達到了知識的深度內化。接著，老師應用準備的問題，檢驗同學們學習的情況。檢驗完成后，每小組一名代表作知識點的學習總結和收獲分享，最后，教師對整個課堂進行全面分析和總結，對薄弱知識點進行重點剖析。

（3）課后知識總結階段

針對三次握手和四次揮手布置相關作業，教師根據作業情況進行總結，查漏補缺，講同學們作業中出現的問題進行集中講解，同時針對問題比較多的個別同學進行單獨輔導。課后教師將本次三次握手協議教學的所有過程進行總結，歸納整理出本節知識的重難點，總結本節教學經驗，為以后更好地教學奠定基礎。

（4）使用評價階段

課堂結束后，采用練習題模擬測試的方式對學生掌握情況進行了摸底。筆者對上述2013和2012級兩個班的計算機網絡課堂進行了授課，分別采用了傳統和翻轉式的教學方法，選取了兩個班各45名同學，對他們關于“三次握手”協議的掌握情況采用相同的練習題進行測試。

由于篇幅限制，詳細地分數不列在論文中，論文應用SPSS軟件對數據進行了分析，分析結果如下所述。

假設2013和2012級兩個班的成績服從正態分布，在顯著性水平a=0.05下，應用單因素方差分析查驗兩個班的平均分數是否有顯著差異。

在應用SPSS軟件分析中，將問題歸結為判斷原假設H0=a1=a2是否成立。

采用SPSS統計軟件進行分析得到數據結果如表1-3所示。單因素方差分析成績見表1所示，方差齊性檢驗成績和均值相等性的健壯性檢驗成績分別見表2和表3所示。

根據表1結果可知，組間的df值為1，組內的df值為87.205，在a=0.05時求分布函數。經查表獲得如果結果：F0.05（1，88）=3.949321，鑒于F=47.570>F0.05（1，88），進而在置信水平0.95下拒絕H0。因此，兩個班的平均分數存在顯著差異。

根據表2結果可知，樣本通過方差齊次性檢驗。因此，計算統計量Brown-Forsythe，以驗證兩個班的平均值是否一致，統計結果如表3所示。由表3知相伴概率為0.000

綜上所述，筆者所教授兩個班級的平均成績有顯著差異，從而得出教師不是影響教學質量的首要因素。教學方式的改進是提升教學質量的重要方式，翻轉課堂的教學方式改變了以往教學模式，使學生由被動變主動，增強了學生對“三次握手”協議的理解程度，提高學生分析能力和實際操作能力，提升了教師和學生的溝通機會，使課堂氣氛變得活躍，不再是老師為主導的課堂，而是以學生為主的課堂。

3 結論（Conclusion）

“三次握手”協議是網絡編程的理論基礎，理解它對提升學生編程實踐能力具有重要意義。原有的教學方法使得學生被動接受，之后容易忘記其基本原理。翻轉課堂模式發揮了學生的主動性，設計了翻轉課堂的教學環節，培養了學生分析和解決問題的能力，使學生從生疏到熟練，再到精通，能夠真正理解“三次握手”協議，為實踐編程奠定基礎。

參考文獻（References）

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[10] 胡永東，高宙宇.基于SPOC的計算機網絡課程翻轉課堂教學實現[J].中國教育信息化，2017（2）：28-32.

作者簡介：

趙甫哲（1974-），男，博士，副教授.研究領域：計算機網絡性能分析.

崔建群（1974-），女，博士，教授.研究領域：計算機網絡性能優化.

王明安（1970-），男，碩士，講師.研究領域：計算機網絡性能分析.endprint