TPACK框架下項目驅動式計算機網絡課程教學模式設計

張國晨　李曉波

摘? 要：項目驅動模式的教學中，由于不同學科教學內容、學科思想等有較大差異使得項目引導作用無法與教學過程深度融合并發揮最大效果。針對此問題該文詳細分析計算機網絡教學過程中的項目驅動模式，并基于TPACK理論框架提出一種以知識全面掌握、實踐能力培養為目標，以TPACK理論為指導的項目驅動式教學方法。該方法以項目為引導將教學內容、教學方法、技術知識構建于統一框架下，并形成教學設計、教學實踐、教學評估的閉環反饋更新機制，可以有效促進各階段的教學效果。

關鍵詞：TPACK框架；項目驅動；計算機網絡；教學模式；實踐能力

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）04-0131-04

Abstract： In project-driven teaching， due to significant differences in teaching content and ideas among different disciplines， the guiding role of projects cannot be deeply integrated with the teaching process and achieve maximum effectiveness. This article provides a detailed analysis of the project-driven mode in the process of computer network teaching， and proposes a project-driven teaching method based on the TPACK theoretical framework， with the goal of comprehensively mastering knowledge and cultivating practical abilities， guided by the TPACK theory. This method takes the project as the guide to construct the teaching content， teaching methods， and technical knowledge within a unified framework， and forms a closed-loop feedback update mechanism for teaching design， teaching practice， and teaching evaluation， which can effectively promote the teaching effectiveness of each stage.

Keywords： TPACK theoretical framework; project-driven; computer network; teaching mode; practical abilities

計算機網絡課程是計算機專業學生必修的專業基礎課之一。該課程理論性強、概念抽象、對學生的實踐能力亦有較高要求。傳統的課堂教學中書本結合PPT的“廣播式”教學模式無法有效完成抽象概念和知識點的理解，進而影響學習主動性和積極性。TPACK框架是近年來出現的一種新型的教學模式，它將學科內容知識（CK）、教學法知識（PK）、技術知識（TK）三個核心要素有機地結合起來[1]，在該框架下引入項目驅動式的教學方法，通過結合計算機網絡分層、服務、協議等學科思想方法，適當組織和合理設計項目內容，以課內項目引導、課后項目實踐的教學方法完成教學過程，可以突出教學中的重點、難點、疑點并強化工程設計能力，是計算機網絡教學的有效手段，還適合學生個性化、深度學習的需求，同時，對教師提升教學水平也有長遠的作用和意義。

一? 項目驅動式教學與TPACK理論

項目驅動式教學模式是以完成具體項目為線索進行教學設計，將項目與教學內容深入結合并在項目實施中進一步優化教學內容的教學方法[2]。雖然與傳統教學模式相比，項目驅動式教學模式可以激發學習積極性和自主性，提高學生的實踐操作能力[3]。但是現階段在使用項目驅動式教學模式時由于課程基礎教學內容錯綜復雜，針對教學內容精準設計教學項目方面還沒有通用有效的指導辦法[4]，只能依靠教師個人能力來進行設計。項目設計與驅動教學要求之間的關聯性，依據教學內容劃分子任務項目，各個教學項目之間的關聯性，項目驅動條件下教學連貫開展等方面都亟須行之有效的統一指導方法。

通過上述分析可以看出，雖然現階段已有很多的項目驅動式教學模式的研究，但是如何在統一教學目標的指導下，結合教學內容與特點，精準設計教學項目等方面仍然需要一套完整的理論框架進行指導。整合技術的學科教學知識（Technological Pedagogical Content Knowledge，TPACK）理論框架包含了學科內容知識（CK）、教學法知識（PK）、技術知識（TK）三個核心要素，它們既是獨立個體又相互制約，形成一種動態平衡[5]。在TPACK理論框架下以PCK（學科教學知識）為指導精準設計教學項目并劃分子任務項目，結合TCK（整合技術的學科內容知識）和TPK（整合技術的教學法知識）完成驅動教學的項目操作實現設計，通過教學項目之間的關聯性分析將項目和技術“整合”到具體內容及教學法知識當中，構建符合項目驅動的TPACK教學框架。本文以計算機網絡課程教學為例，深入分析項目驅動的TPACK教學框架的構建與實現。

二? 計算機網絡課程教學現狀和特點

計算機網絡課程是計算機相關專業的一門專業核心基礎課，在專業課程體系中起著承上啟下的作用[6]。計算機網絡課程實際教學過程中，傳統教學方式一般是在課堂上采用網絡體系結構再累加協議為主要內容進行的。這樣的教學雖然知識體系完整且具有豐富的相關原理及內容，但是對于計算機網絡實踐應用培訓內容設計較少，偏重于理論知識教學與研究，在無形之中增加學生的學習難度，降低學生的學習興趣與積極性。

理論論證式的實驗教學方式不利于學生知識的全面掌握和工程能力的培養。目前計算機網絡實驗教學往往以理論教學內容為基礎開展相關工作機制的實驗，從而對相關理論知識進行論證[7]。這樣的教學對于一個缺乏完整知識體系的學生而言，不僅存在較大的學習難度，而且會逐步降低學生的學習興趣，產生較大的學習抵觸情緒，不利于教學的開展與知識的掌握。

三? TPACK框架下項目驅動式計算機網絡課程教學模式設計

（一）? 融合項目驅動的TPACK教學框架

在TPACK框架下引入項目驅動式的教學模式，首先需要厘清課程教學大綱和知識體系中各知識點的內在聯系，形成相互關聯的知識體系[8]。然后根據已經構建的關聯知識體系選擇可以承載并串聯各知識點的實踐項目，將項目和涉及的技術手段融合使用來傳遞知識并促進技術實踐。最后，根據學科教學知識和項目實現過程，調整實踐項目和知識點占用時間比例，從而形成初輪教學計劃，并將實踐項目收錄形成導引項目集以便后續教學過程使用和更新。在一輪教學過程結束后，后續階段通過項目效果分解、分析、統計等方法總結評價本輪教學過程的實施效果和不足，為后續的教學過程提供指導依據，形成動態閉環的教學管理過程。TPACK理論框架下項目驅動式計算機網絡課程教學模式總體框架如圖1所示。

（二）? TPACK框架下項目驅動式計算機網絡課程教學設計

計算機網絡課程的教學內容組織方式通常是以計算機網絡體系結構的層次出發，研究每一層涉及的具體協議、技術和應用。因此計算機網絡課程知識體系是由每一層的知識點集合、層與層之間的邏輯關系、知識點之間的邏輯關系集合組成的。計算機網絡知識體系的掌握主要是知識點及關系的掌握。

在實際的教學過程中，計算機網絡知識體系中有固定不變的核心知識點涵蓋了基本概念、基礎理論、基本原理及設計原則，這些核心知識點是計算機網絡課程講授過程中必須覆蓋的經典知識[9]。因此在這些知識點的講授過程中可以結合計算機網絡協議和服務的學科思想方法，采用課內案例或項目導入式教學詳細講解知識點細節，利于同學們更好地把握知識點。例如，講解CSMA/CD協議知識點細節時，可以在PACKET TRACER環境下搭建局域網，結合協議原理利用課內項目實現的通信流程和通信包的分析，詳細講解協議涉及的多點接入、載波監聽、沖突監測概念和端到端時延、碰撞窗口、退避時間及時延對通信的影響等知識點細節。

除固定的核心知識點外，還有涉及層間關系和多個知識點邏輯關系的綜合利用知識，針對這類知識可以設置綜合項目，在課內以項目講解導入基礎概念和知識點邏輯關系并在實驗環節通過綜合項目實現讓同學們完整掌握相關綜合知識。例如，路由選擇協議的講解過程中，可以設置綜合RIP和OSPF對比實驗的項目，利用課內有限的時間僅通過項目講解RIP和OSPF的實現過程，實驗階段要求分析RIP協議和OSPF協議的通信包細節，并對比在同樣的環境下通信鏈路發生變化時RIP協議和OSPF協議的差異。計算機網絡知識體系中還有隨著網絡新技術的發展而不斷涌現的新知識、新技術，針對這類新知識和新技術也要選擇合適的項目作為非強制的課外任務以提高同學們對計算機網絡新技術的認知，還可以根據需求融入國家安全教育等課程思政的內容[10]。例如，SDN網絡構建、物聯網體系構建及協議分析、簡易區塊鏈系統等。TPACK理論框架下的計算機網絡課程教學計劃形成過程如圖2所示。

（三）? 教學實踐過程

傳統的計算機網絡教學過程中實踐內容僅重視操作、驗證性項目，缺乏綜合、設計性教學方法。本文提出的TPACK框架下項目驅動式計算機網絡課程教學設計，以學科知識的多層次綜合為基礎，設置合理的實踐項目，以問題教學為導向促進學生綜合掌握計算機網絡的核心知識和項目構建方法。以計算機網絡課程實踐中鏈路層教學為例，首先通過集線器、網橋、交換機通信過程對比實驗導入課程核心內容中的廣播域、沖突域、CSMA/CD協議、點到點通信和VLAN等知識點，在以企業核心網絡構建為綜合實踐項目，引導同學們在實際網絡項目設計管理時將理論課程中重要的知識點和常用的網絡技術融合應用。鏈路層基于TPACK框架的項目導入式教學實踐見表1。

（四）? 教學效果評估

TPACK框架下項目驅動式教學效果的評估不僅涉及學生知識點及關聯性掌握情況的評估，還包括項目難易程度的評估、項目完成度評估、項目指導實踐能力的評估。因此，在完整的教學過程中評價—反饋—改進的機制尤為重要，過程中要強化以教師為主導、學生為主體的教學和評價理念，充分利用TK、CK、PK三個要素相互作用的迭代教學閉環過程，依據評價不斷改進技術選取、項目設置、知識點的覆蓋、學時分配和教學模式等教學細節。

四? 結束語

將結合TPACK理念的粒度不同的項目引入計算機網絡的教學中有效提升了學生的學習效率和教師的教學水平，因此，推進這項工作意義重大。但項目驅動式TPACK教學模式的建設是一個長期的、精細的過程，涉及的內容還很多，比如項目的規劃、項目涉及知識點的分解、課件制作、教學評價等，本文僅對項目驅動式教學與TPACK教學模式的融合和計算機網絡課程在該模式下的教學設計這兩方面進行了闡述。在未來的工作中，我們將繼續探索TPACK框架下項目驅動式教學方法在計算機網絡教學中的應用，進一步實現教與學兩方面的有效融合與提升。

參考文獻：

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[4] 劉慧，田元榮.項目驅動教學模式評價研究——基于生命周期理論視角[J].教育教學論壇，2023（12）：37-40.

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[10] 萬良田，王菲，孫璐，等.“高級計算機網絡”課程思政方案設計與研究[J].教育教學論壇，2022（52）：138-142.

基金項目：山西省高等學校教學改革項目“新工科理念下基于項目導入模式的計算機網絡課程教學改革”（J20220711）；山西省高等學校教學改革項目“工程認證為導向、分層級系統能力培養為目標的計算機組成原理課程教學改革”（J202207103）；太原科技大學教學改革創新項目“新工科理念下項目導入式《計算機網絡》課程教學探索”（JG2021045）；太原科技大學教學改革創新項目“基于TPACK理論框架的計算機組織與結構課程混合式教學改革”（JG2021042）

第一作者簡介：張國晨（1980-），男，漢族，山西運城人，博士，副教授，碩士研究生導師。研究方向為計算機網絡、智能調度。