智慧教室在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)改革中的應(yīng)用探索

李曉歡 唐欣 陳倩

摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)的“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”的教學(xué)模式易引起學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力不足、教學(xué)效果欠佳的問題，結(jié)合該課程的內(nèi)容和特點(diǎn)，對(duì)智慧教室在“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”理論與實(shí)踐課程中如何提升學(xué)生學(xué)習(xí)氛圍、培養(yǎng)解決實(shí)際問題能力等方面進(jìn)行了探索，并設(shè)計(jì)了利用智慧教室輔助“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”教學(xué)模式來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的欲望，提高該課程的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 智慧教室 教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）02（a）-0-02

教育部2018年4月發(fā)布《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》（教技〔2018〕6號(hào)）的通知[1]，要求2022年基本實(shí)現(xiàn)“三全兩高一大”的發(fā)展目標(biāo)，即教學(xué)應(yīng)用覆蓋全體教師、學(xué)習(xí)應(yīng)用覆蓋全體適齡學(xué)生、數(shù)字校園建設(shè)覆蓋全體學(xué)校，信息化應(yīng)用水平和師生信息素養(yǎng)普遍提高，建成“互聯(lián)網(wǎng)+教育”基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)。《教育部科技司2018年工作要點(diǎn)》（教技司〔2018〕90號(hào)）要求，實(shí)施寬帶衛(wèi)星聯(lián)校試點(diǎn)行動(dòng)、大教育資源共享計(jì)劃、百區(qū)千校萬課信息化示范工程、網(wǎng)絡(luò)扶智工程，推進(jìn)智慧教育創(chuàng)新示范，普及推廣網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間應(yīng)用等。當(dāng)前人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、5G等技術(shù)迅猛發(fā)展支撐著理念創(chuàng)新和教學(xué)創(chuàng)新，使得教學(xué)環(huán)境逐步從數(shù)字化走向智慧化，智慧教室是教學(xué)智慧化的重要載體，為教師改進(jìn)教學(xué)方法、學(xué)生提高學(xué)習(xí)效率以及創(chuàng)新能力提供了一個(gè)新的環(huán)境。

“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、軟件工程及信息與通信工程等專業(yè)的必修課程，不僅要講解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)從網(wǎng)絡(luò)接口層到應(yīng)用層的常用協(xié)議及算法，還要與實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境結(jié)合教學(xué)，具有很強(qiáng)的理論性及實(shí)踐性。目前課程主要采用以教師主講、學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)為主，且課時(shí)偏少，易導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)難于抓住重要知識(shí)點(diǎn)、課程枯燥乏味和眼高手低的不良現(xiàn)象。為了提高教師教授“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”的教學(xué)效果，改善學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的主動(dòng)性，較多的教學(xué)一線教師展開了積極的教學(xué)改革[2]。該文結(jié)合智慧教室的前沿科技和教學(xué)模式，探索了智慧教室在“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”教學(xué)改革中的應(yīng)用。

1 智慧教室的基本理念及功能

1988年羅納德.雷西尼奧在《教育技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用》一文中首次提出的“Smart-Classroom”概念。智慧教室是智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的物化，是一種能夠感知學(xué)習(xí)情景、識(shí)別學(xué)習(xí)者特征、提供合適的學(xué)習(xí)資源和便利工具、自動(dòng)記錄學(xué)習(xí)過程和評(píng)測學(xué)習(xí)成果，以促進(jìn)學(xué)習(xí)者有效學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)場所或活動(dòng)空間。它具有優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)、便利學(xué)習(xí)資源獲取、促進(jìn)課堂交互、情景感知和環(huán)境管理等多方面特征。近年隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興信息技術(shù)的發(fā)展，智慧教室成了為教學(xué)活動(dòng)提供智慧應(yīng)用服務(wù)的教室空間及其軟硬件裝備的總和，是一種典型的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，是高校信息化發(fā)展到一定階段的內(nèi)在訴求，是當(dāng)今高等教育智慧學(xué)習(xí)時(shí)代的必然選擇。立足教學(xué)活動(dòng)需求，提供智慧化的應(yīng)用服務(wù)是智慧教室的核心使命；重構(gòu)教室環(huán)境，運(yùn)用智慧技術(shù)提供內(nèi)容呈現(xiàn)、環(huán)境管理、資源獲取、及時(shí)互動(dòng)等智慧服務(wù)，創(chuàng)建適合學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)的新型教室環(huán)境，使其達(dá)成最優(yōu)化的教學(xué)效果是智慧教室的終極目標(biāo)。

在智慧教室的功能及建設(shè)方面，國內(nèi)外高校已開展了較多實(shí)踐。如美國麻省理工學(xué)院的“技術(shù)支持的主動(dòng)學(xué)習(xí)”計(jì)劃將教室和實(shí)驗(yàn)室相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)動(dòng)手實(shí)踐、彼此合作、高度互動(dòng)，將網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)、3D視覺仿真圖形、實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)仿真、個(gè)人實(shí)時(shí)回饋系統(tǒng)等融入教學(xué)環(huán)境當(dāng)中；四川大學(xué)利用數(shù)字技術(shù)提升教師與學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，建設(shè)多視窗互動(dòng)教室、智慧教室平臺(tái)、遠(yuǎn)程互動(dòng)教室、多屏研討室、獨(dú)立隔斷研討室等，目前已有超過數(shù)萬人通過川大的智慧教室優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源受益。盡管各高校根據(jù)自身情況各有不同，但總體來說智慧教室建設(shè)應(yīng)以學(xué)生發(fā)展為中心，具備探究式、個(gè)性化、參與式教學(xué)支撐能力，可根據(jù)不同需求調(diào)整拓展系統(tǒng)配置、桌椅部署能力，實(shí)現(xiàn)一室多用的設(shè)計(jì)目標(biāo)。智慧教室應(yīng)具備視頻直播、錄播、互動(dòng)教學(xué)、課堂公開教學(xué)、遠(yuǎn)程教學(xué)、教學(xué)觀摩等主要功能。

2 目前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課堂教學(xué)中存在的問題

2.1 課程內(nèi)容多、進(jìn)度快

“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程一學(xué)期的教學(xué)內(nèi)容高達(dá)400余頁，按進(jìn)度安排平均每節(jié)課需要講解數(shù)十頁的內(nèi)容甚至一整章。在時(shí)間少、內(nèi)容多、進(jìn)度快等因素下，為完成教學(xué)進(jìn)度使得教師只能減少與學(xué)生之間的互動(dòng)，更加大了學(xué)生自行復(fù)習(xí)理解的難度。隨著時(shí)間累積，學(xué)生學(xué)習(xí)中存在的問題越來越多。在時(shí)間不足的情況下，即使教師發(fā)現(xiàn)問題，為使進(jìn)度不落后也無暇詳細(xì)講解，如數(shù)據(jù)鏈路層的Go-Back-N，媒介訪問控制子層的CSMA/CD、MAC幀結(jié)構(gòu)和各種短距離無線接入技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)層的路由算法、QoS、IP地址和子網(wǎng)劃分，傳輸層的擁塞控制和流量控制等內(nèi)容多而雜，甚至晦澀難懂，學(xué)生問題越積越多，學(xué)習(xí)的難度急劇增大，尤其是教材前后連貫性強(qiáng)的章節(jié)更是如此。

2.2 授課過程枯燥、學(xué)生興趣不高

古人云，師者，傳道授業(yè)解惑也。所謂授業(yè)解惑就是教給學(xué)生知識(shí)，解答學(xué)生困惑。然而放眼當(dāng)下，各種填鴨式、趕鴨子上架的教學(xué)方式層出不窮。教師固然在課堂上會(huì)對(duì)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)地剖析，卻忽略了學(xué)生處于一種被動(dòng)接受學(xué)習(xí)的事實(shí)。教師在講臺(tái)上滔滔不絕的講課，就像是把觀點(diǎn)像郵件服務(wù)器中SMTP進(jìn)程一樣，只負(fù)責(zé)傳輸?shù)綄W(xué)生的潛意識(shí)接收郵件服務(wù)器里；教師只知道投寄的時(shí)間，但根本無法知道他們什么時(shí)候并且以B/S還是C/S方式收取這些信件。正所謂，興趣是最好的老師。枯燥無味的教學(xué)過程無法吸引學(xué)生的注意，導(dǎo)致學(xué)生毫無興致，慢慢地也會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)失去興趣。

2.3 實(shí)踐課時(shí)少、練習(xí)時(shí)間短

“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程是一門非常實(shí)用的課程。對(duì)理論課程的解釋離不開對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析和讓學(xué)生自己感受到協(xié)議工作的過程。例如在協(xié)議分析實(shí)踐中，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)各個(gè)協(xié)議進(jìn)行分析，像Web服務(wù)器的安裝與配置實(shí)驗(yàn)一般只針對(duì)FTP協(xié)議的工作原理、報(bào)文格式、標(biāo)題行的內(nèi)容進(jìn)行分析，從而了解協(xié)議的工作過程。但FTP在完成傳輸過程中，并不是從發(fā)送主機(jī)就直接發(fā)送FTP報(bào)文，而是通過DNS、HTTP和TCP等一系列協(xié)議實(shí)現(xiàn)頁面文檔的發(fā)送和接收。換而言之，任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸過程，都涉及相當(dāng)多的協(xié)議共同完成，僅通過較少的實(shí)踐課時(shí)和短暫的練習(xí)驗(yàn)證單一的某種協(xié)議，并不能讓學(xué)生理解網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)際過程。

2.4 解決實(shí)際計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)問題能力不足

“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”這門課程每一章節(jié)都連接緊密，前后呼應(yīng)，只有將每一章節(jié)的內(nèi)容都相互銜接理解才能完成一個(gè)基本的信息傳輸任務(wù)，所以學(xué)生難以解決信息量稍大，范圍稍微廣泛的綜合性練習(xí)或者實(shí)際網(wǎng)絡(luò)問題。并且在長期的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生會(huì)遇到各種困難，加上多年的被動(dòng)式教育，讓學(xué)生成了被動(dòng)接受知識(shí)的機(jī)器，學(xué)生沒有自己獨(dú)立思考的意識(shí)，做不到在困難面前積極地思考解決辦法。另外，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)仿真器來替代實(shí)物設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，如Packet tracer、NS2和OPENET等，并不能真正模擬實(shí)際網(wǎng)絡(luò)，特別是設(shè)備配置實(shí)驗(yàn)與真實(shí)環(huán)境存在巨大差異，易導(dǎo)致學(xué)生在面對(duì)真實(shí)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，容易出現(xiàn)眼高手低，解決實(shí)際問題能力不足的問題。

3 智慧教室輔助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)新模式

3.1 教學(xué)資源高度網(wǎng)聯(lián)化、共享化

通過智慧教室系統(tǒng)，一堂課的上課內(nèi)容和教學(xué)細(xì)節(jié)過程可以即時(shí)生成，通過高速網(wǎng)絡(luò)，借助5G通信“零”延遲和高速率傳輸，打破時(shí)空的限制，使得在萬里之外的學(xué)生接受實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)教育，讓更多學(xué)生共享同等優(yōu)質(zhì)的教育資源。另外，課后任課老師將生成的課堂視頻上傳云平臺(tái)，甚至學(xué)生通過學(xué)校發(fā)的個(gè)人賬號(hào)，登錄學(xué)校智慧教室云平臺(tái)，可隨時(shí)重溫課堂內(nèi)容，以解決當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論教學(xué)的課程內(nèi)容多、課時(shí)少、進(jìn)度快的問題。

3.2 教學(xué)場景虛擬化

“智慧教室”的教學(xué)可實(shí)現(xiàn)多屏互動(dòng)、能效管理、數(shù)據(jù)自動(dòng)采集等功能，探索開展計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的信息化教學(xué)模式，以便將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)、協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)原理盡可能以一種形象生動(dòng)的形式教授。同時(shí)，將混合現(xiàn)實(shí)MR（VR+AR）教學(xué)進(jìn)入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)過程中，利用5G發(fā)展為混合現(xiàn)實(shí)MR的內(nèi)容和視頻帶寬提供了必要條件，有助于促進(jìn)混合現(xiàn)實(shí)MR（VR+AR）的教學(xué)應(yīng)用的落地。5G+MR虛擬教學(xué)實(shí)訓(xùn)通過MR實(shí)訓(xùn)能讓學(xué)生身臨其境曾加沉浸感，令培訓(xùn)記憶深刻，全方位理解整體結(jié)構(gòu)，提升教學(xué)效果，提高學(xué)習(xí)效率，有助于緩解授課過程枯燥，提升學(xué)生聽課的興趣。

3.3 教學(xué)管理無人化

智慧教室實(shí)現(xiàn)全天候向?qū)W生開放實(shí)驗(yàn)設(shè)備的信息查詢、課程學(xué)習(xí)、設(shè)備預(yù)約、無人值守的借用鑒權(quán)、記錄及違規(guī)操作的告警和歷史記錄的查詢。學(xué)生可24h自主地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，增加了學(xué)生課外實(shí)踐的時(shí)長，提高了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用效率，增強(qiáng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的靈活性。而實(shí)驗(yàn)室教師可隨時(shí)登錄智慧教室云平臺(tái)查看實(shí)驗(yàn)室的實(shí)時(shí)信息，使用記錄自動(dòng)生成表格，實(shí)現(xiàn)了無人值守的智能化的管理，節(jié)省人力資源的同時(shí)還大幅度提高了實(shí)驗(yàn)室的管理效率。解決了學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐課時(shí)少、練習(xí)時(shí)間短等問題。

4 結(jié)語

該文是近年來教授“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”教學(xué)實(shí)踐中的一些體會(huì)和思考，采用情景性教學(xué)模式，一方面講解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念和原理，另一方面通過結(jié)合新興技術(shù)、方法和思想融于整個(gè)教學(xué)過程中，把培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和解決實(shí)際問題的能力作為課程改革的出發(fā)點(diǎn)和歸宿。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳黎，孫界平，琚生根.自主學(xué)習(xí)模式在“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2017，34（8）：176-179.

[2] 趙明.本科生《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課程的教學(xué)改革和探討[J]. 高教探索，2017（A1）：96-97.