基于創新人才培養的計算機網絡原理問題點斷式微翻轉教學方法設計與應用

盧 慧，李 華，馬學彬

（內蒙古大學 計算機學院，內蒙古 呼和浩特 010021）

0 引 言

新工科建設[1]的目標是培養既具創新能力，又具動手能力，且具持久學習能力的人才，這就需要高等學校重新考慮自己的教學方法，且不乏探索者已走在路上[2]。當然,全方位推進新工科建設也給出了要創新教學組織模式和教學服務模式的一些新思路、指導方法和指導意見[3]。在慕課、微課、維基百科、百度百科等基于互聯網、縱向知識等多種渠道獲取知識的現狀下，教育內容與形式呈現多樣化。在互聯網+、新工科、新時代這個新的背景下，高校的人才培養模式面臨巨大挑戰，在這個挑戰中，最關鍵的是人才培養模式的改革與創新，這就要求高校教師在授人以漁的方式和方法等方面動腦筋，引導學生掌握解決問題的思維方法，尤其是從歷史思維、辯證思維、綜合思維和創新思維的角度考慮解決方法，就成為當前高等教育行業急需研究的熱點問題。

翻轉課堂教學模式[4]以學生為主體，將教師、課堂、學生以更好的方式組織起來，把課堂上的時間更多地交給學生，使教師可以充分發揮任務驅動教學法、案例教學法等各種教學方法的優勢，更好地組織和管理課堂。對于計算機網絡原理，把課堂交給學生的純粹翻轉課堂可能并不適合。也有教師根據課程特點在翻轉教學模型的基礎上，結合慕課、微課資源和教師的教學經驗，改進Robert Talbert 教授提出的翻轉課堂模型[5-6]，利用慕課、微課在課前環節傳遞重要知識點，通過翻轉課堂在課中環節推進知識內化，通過作業在課后環節加強知識鞏固和提升。微翻轉的“微”是指相比于當前翻轉課堂的滿課堂翻轉模式，采用“授課+翻轉+授課”迭代課堂模式，縮小滿課堂翻轉的規模。

類似的教學改革工作還在進行，不能照搬照抄別人的方法，必須結合計算機網絡原理課程特點在教學過程中不斷摸索改進。在分析了學生教師及課程特點后，目前計算機網絡原理采用的是問題點斷式微翻轉方式交心設計，既體現微翻轉的點，又有教師的預定內容，也有學生即興產生的問題點，其特點是與學生的訴求更接近，更容易引導學生學習思考，并引導其進一步探索，達到培養其創新性思維的目的。

1 課程情況分析

總體而言，在互聯網+和移動設備普及的今天，學生獲取資源的途徑更加豐富，學習方式也不再局限于固定的時間和地點，教授者也不再是固定的教師。

對學生而言，接受新事物能力強、學習目的性強，習慣了隨時隨地在線搜索，他們與生俱來就能夠適應智能時代，因此他們對學校的教學要求越來越高。

對教師而言，多數教師不僅承擔著人才培養的教學任務，還有繁重的科研工作，對于計算機類課程的教師，還面臨著知識更新快的問題，需要不斷自我學習提升。計算機網絡原理的教師更是如此，網絡內容之紛繁、協議之眾多（目前RFC 文檔已8 000 多個[7]），無論是教學還是科研，任務都很繁重。

計算機網絡原理課是面向本學院各專業學生開設的專業核心課，教學內容傳授的邊界靈活、深度也靈活的特點，既包括基本網絡原理知識，又涉及晦澀難懂的協議說明和協議實現方法，還包括網絡新應用的原理分析等。課程內容整體呈現基本知識點多、協議繁多、邏輯性弱的特點。理論上來說，課程需要足夠的教學及實驗學時才能達到較好的學習效果。然而，在實際教學中該課程教學只有5 學分（4+1）、96 學時（其中理論64 學時，實驗32 學時），教學學時相對不足。因此，抓住以上現狀及特點，在教學內容不減、教學學時不增的前提下加強學生的創新能力培養，成為本課程擺在任課教師面前的問題。

2 教學設計思路

在分析了計算機網絡原理的內容及特點之后，純慕課或純翻轉課堂并不適合。在分析了教學大綱、教學內容、學生專業特點的基礎上，又充分考慮課程由于知識點多、部分內容間邏輯性弱、新應用更迭快等特點導致問題多這一特性，設計基于創新人才培養的計算機網絡原理問題點斷式微翻轉教學方法，分別從教師和學生層面出發，按照課前、課中、課后3 個階段設計教師的教學任務和部署學生的學習任務。

學生通過課外在線學習能夠獲得更優質的資源，通過學習提高自學能力的同時也擴展視野，并提前預習課堂內容，尋找即將學習內容包含的問題，課后隨時可以復習等，學生的思考、自學、創新等多方面能力也得到了提升，他們從傳統課堂的0 起點變成了當前的X 起點。由此也對教師提出了更高的要求，教師需要不僅重構教學過程，還要能夠根據學生實際情況隨時調整優化教學內容、改進教學方法。因此教師不僅需要比傳統教學更熟悉教學內容，還要更寬泛地了解內容外延。對于學生課外線下已經預習自學過的知識性內容，在課堂教學的比例可以適當下降，教師更應注重知識的重點、難點的講授和關鍵問題的拋出，還要依需點斷式的增加討論式教學、交互式學習環節檢測學生對于必備知識的掌握情況和問題解決能力，通過典型案例的分析討論使學生明白所學知識的用途，并增加一定的研究性學習來探討學科前沿和發展前景，引發學生深入思考，激發學生的創新能力。

教學過程中一個非常重要的內容是問題。教師負責定主題、定內容、定深度，做法是傳遞、引導、啟發和提問，學生則圍繞主題和問題進行資料查找、實驗驗證、科學計算等。在這些過程中，還會產生新問題，有些問題是學生自主產生的。還有一些更重要和關鍵的問題需要教師結合教學內容、相關研究、應用領域等重點設計，在恰當的時機拋給學生。教師在設置問題時可以結合布魯姆教育分類法中認知領域的六個層次理論[8]，除了考查記憶、理解、應用能力的低階問題外，還應包含提升學生分析、綜合、評價能力的高階問題，逐步引導學生參與思考、批評思考到挑戰問題直至解決問題或者產生解決思路，使學生從一個知識被動接受者變成參與者、創造者，從而實現創新能力培養。因此針對教學過程中適當的問題，在恰當的時機點，通過討論式、互動式、報告式等靈活方式進行課堂微翻轉更能吸引學生，達到較好的效果。

另外，調整制訂有效的考核辦法，將學生學習的全過程都納入考核與評價，使用合理的教學評價和反饋機制，對于促進教學優化都是很有用的。計算機網絡原理問題點斷式教學方法的設計思路見圖1。

圖1 問題點斷式微翻轉教學設計

3 教學實踐

教學實踐分為課前、課堂和課后3 大階段，課前將微課、慕課等資源推送給學生，要求學生帶著問題來課堂；課堂的理論教學部分采用基于問題的微翻轉實現問題的求解，實驗教學部分也是布置布魯姆遞進式實驗，訓練學生對知識的認識達到較高層次，同時加大實驗的自學、自治和同伴教學法的方式幫助學生理解具體協議及其工作；課后學生完成作業后可根據自身情況復習課前推送的資源，并給教師反饋意見便于教學的持續改進。

3.1 課前預習、課后復習的微課資源設計

基于計算機網絡原理的教學大綱要求和教學內容的重點、難點，可以選擇微課教案，輔助學生的課前、課后學習，并布置與新應用相關的問題，供學生運用原理解決問題或者給出解決問題的方案思路，加強理論的應用，并使學生對教學內容達到布魯姆六層次中一到三層次即記憶、理解、應用。

3.2 課堂基于問題點斷式的點的選擇

學生在課前預習后已對未來課堂知識全貌有了了解，并帶著問題來到課堂。課堂教學前20分鐘，教師講授重點難點；接下來的15 分鐘，教師適時提一些應用性的問題，通過問題解決方法的探討，引導其探索性思維；最后15 分鐘，教師拋出更高層次的分析、綜合或評價類的問題，在整個教學過程中基于問題點斷實現課堂的微翻轉，使學生在活躍的氛圍下引發思考促進教學。

基于問題點斷式的選擇是教師面臨的挑戰，在哪個點斷教師要控制，可以在重點和難點的地方，也可以在難理解的地方或者學生容易產生錯誤的地方，還可以與當時流行問題密切相關或與創新有關的地方。總體選擇更貼近實際、涉及內容新穎的問題，引導學生從中挖掘好的思路，鼓勵學生研發，培養創新、創業能力。

計算機網絡原理課在網絡體系結構框架下，以教授網絡協議原理為主，由于涉及協議并非均勻分布在每一堂課上，因此本課選擇點斷式的點并非均勻分布。以第一章為例給出一種可能的點斷式的點：例如第一部分概述部分（6 學時）包含重點內容因特網的組成（含C/S、P2P 訪問方式介紹）、交換方式介紹、計算機網絡的定義、計算機網絡的性能、計算機網絡體系結構，其中交換方式（如分組交換等）屬于難理解的內容，可以微翻轉，而其他比較重要的內容就不適合做翻轉。另外在實驗教學中，也可以設置合適的問題點斷點。

在實驗教學中，按照布魯姆的六層次原理，實驗的設計逐步從易到難，從低階到高階，從單機版的獨立完成到綜合實驗的合作實現。首先安排一些考查記憶的單機微試驗讓學生做，并迅速看到一些結果；然后利用實驗平臺，基于課程內容，對一些協議的學習設置理解性的實驗，幫助學生加深掌握這些協議，并使其學會協作；最后設計基于TCP/IP 輔助的計算機網絡綜合實驗，包含對協議族（以TCP/IP 為例）的綜合應用、分析和評價，可以使學生對計算機網絡的原理和架構從宏觀上達到認識領域的較高層次，也更體現團隊協作的重要性。當然，在整個實驗教學各階段完全由教師掌握，可以在簡單的實驗中加入高階層次的應用分析內容，也可以在綜合實驗里安排低階層次的記憶理解內容。這些實驗的設計使學生跳出抽象協議棧的束縛，對整個計算機網絡有完整的認識，也進一步引發其思考，培養團隊協作和創新能力。

1）單機版微實驗。

這部分微試驗主要是一些網絡常用命令、典型工具的驗證實驗，要求學生通過教師提供的資源或自己查資料自學使用WireShark 工具等命令。實際教學時，教師還要求學生解釋這些工具的工作原理并自行設計一個應用工具的實驗，把對知識的認識理解推向高層次的應用和分析，引導學生對網絡學習產生更大興趣。

2）小組配合完成的實驗室實驗。

學生有了興趣，就可以安排其走入實驗室。采用中軟吉大的計算機網絡實驗平臺，主要針對各典型協議三要素的驗證式實驗，進一步考查學生對協議的理解，同時培養學生間的協作能力。實際教學時，教師會要求小組設計一個協議，然后在課堂教學中匯報分享，其他學生分析并評價。

3）團隊協作的綜合實驗。

為了讓學生對于整個網絡有一個總體把握，并知道課程所學到底如何應用或者用到了哪里，設計了一個全員參與的綜合實驗。

圖2 是計算機網絡原理實驗的一個拓撲示意圖，教師依照學生能力的強弱和數量多少設計實驗，人數多可以分組并增加需要理解的協議數目。完成該實驗既可以在課堂教學模擬，師生共同完成，也可以和實驗教學結合起來，學生分組完成。

通過該實驗，要求每個人都必須會用WireShark 分析IP、TCP、UDP、HTTP 等協議的包頭內容，學會網絡地址的規劃、分配，學會協議的配置和應用等內容。通過教師點將的方式進行小組匯報，其他學生也可以通過問題點斷式參與評價。由于學生的參與度更強了，他們自己產生問題、考慮問題、解答問題，對知識的理解做到了從低階到高階的升華，教學達到了授人以漁的效果，還能激發其創新能力，教學效果較好。

3.3 全過程回饋式調整

為了更靈活地調整教學方法與學生的水平、能力相契合，達到更好的教學效果，計算機網絡原理在教學環節設計了回饋式機制，通過線上線下調查問卷的方式，及時接收學生的真實想法、看法的回饋，然后教師及時調整方法甚至內容，以解決學生的學習困擾。

3.4 教學方法持續的評估

1）教師自評、互評及團隊評估。

圖2 計算機網絡原理實驗拓撲示意圖

教師可以通過觀看優秀MOOC、開放資源等實現自評，不斷完善教學。課程負責人組織團隊定期通過互相看課件、聽課（不宜多）、上課遇到的問題及其解決方法進行交流，從教師的角度互相點評，并做好效果問題的文檔資料，可以實現一次建設持久利用。對于課程團隊的評估可以邀請學?；驅W院的教學督導、經驗豐富的老教師看課件、聽課實現，也可通過查看學生對學習內容掌握程度實現，具體從作業完成的質量、期中、期末、實驗完成的程度等各環節抽查評估。

2）師生互評。

學生對教師教學的評估一般依照學校學期末組織的評估開展，但對當前教學無用，結合前面提到的全過程回饋實現學生對教師的評估。教師對學生的評估方法采用持續性評估，即在一個學期內按照教師的課程設計及點斷式的難易程度對學生多次評估。每章還可對評估結果的前n 名問題和后m 名問題單獨點評，使學生及時知道該保持的優點在哪里、改進的空間在哪里，這樣可以提高學生的學習積極性，從而更有利于課程的教學。

4 結 語

針對計算機網絡原理課的特點設計并實現的一種問題點斷式微翻轉教學方法，既考慮了理論部分，又考慮了實驗部分。該教學模式的優勢有兩方面：一方面是問題點斷式微翻轉，靈活；另一方面是及時反饋進行模式微調整，使課程教學模式總體是一個固定的狀態，細部局部可以靈活調整，可執行性強。除了計算機網絡原理課以外，還在Web 開發技術等網絡課程中進行了問題點斷式微翻轉的教學嘗試，也得到了比較好的教學效果。由此可見，雖然本文方法針對理論研究較濃郁的計算機網絡原理課程，但是也可以推廣到其他的課程。