计算机网络翻转课堂教学案例的阐述

1背景

计算机网络是网络工程的专业核心课程，其主要教学目的是使学生具备完整的计算机网络体系思想，对网络协议和网络设备的工作原理有深刻的理解，具备设计与实现网络应用程序的能力。该课程传统的教学模式是以教师为主，学生为辅，存在的问题是重理论讲解，轻实际操作，理论脱离实际，产学脱节，学生对所学概念难以理解，常常是死记硬背，学习积极性、主动性低，独立思考和创新能力受到限制，导致网络工程专业学生的培养质量难以满足用人企业的要求，迫切需要进行教学模式的改革。

最近10年间，翻转课堂（flippedclassroom)理念在北美被越来越多的学校接受，并逐渐发展成为教育教学改革的一波新浪潮。不同于传统"课堂传授+课后内化"的教学模式，翻转课堂是在信息化环境中，课程教师提供以教学视频为主要形式的学习资源，学生在上课前完成对教学视频等学习资源的观看和学习，师生在课堂上一起完成作业答疑、协作探究和互动交流等活动的一种新型教学模式，简而言之即"课前传授+课上内化"。翻转课堂的理念最早在2007年由美国科罗拉多州的两位化学教师提出并应用于教学，取得了令人满意的教学效果，随后世界各地的许多教师也开始将这种模式用于小学、初中、高中和大学教育。翻转课堂应用于大学教育的研究涉及经济学、数学、计算机等不同学科，主要议题集中在翻转课堂与传统课堂的对比研究、翻转课堂的教学设计与实施策略等方面。迈阿密大学的Lage和Platt在微观经济学课程中实施了翻转课堂实验，他们实施翻转课堂的办法是要求课前学生阅读练习册的特定部分、课程录音或有声的PPT课件，随后由教师在课堂上提供一个有针对性的、不超过10分钟的迷你讲座，剩余的课堂时间学生用于完成作业、实验或协作研究，这样的教学方式满足了学生多样化的学习风格，使学生和教师之间的交互增多，还提高了学生的沟通技能。

国内学者对翻转课堂理论和实践也展开了研究：文献基于国内外具有代表性的翻转课堂教学设计模型，将翻转课堂的理念、中国传统文化中的太极思想、本杰明•布鲁姆的认知领域教学目标分类理论进行深度融合，构建出一个太极环式的翻转课堂模型，根据模型的组成和流程给出翻转课堂实施的关键要点；文献分析软件开发类课程实施翻转课堂的可行性，探讨软件开发类课程翻转课堂教学模型及其构成要素，为软件工程与计算机相关专业进行教学改革提供理论参考；文献对大学信息技术公共课翻转课堂教学进行实证研究，认为课堂讨论对知识内化有帮助，对于大学信息技术公开课具有潜在优势；文献针对艺术院校大学计算机基础课程存在的学生人数众多、基础不平衡、学习兴趣有明显差别等问题，提出一套将翻转课堂模式应用于教学的新思路，概括而言是使教学内容视频化、模块化、开放化，教学安排虚拟化和现实化并重，考核方式多样化，实现计算机基础教育在艺术院校学生身上的因材施教。目前，针对计算机网络课程应用翻转课堂模式的研究与应用成果较少。

2计算机网络翻转课堂教学模型

翻转课堂要想取得卓有成效的教学效果，首先要提供具有实践指导性的教学模型，整合学习过程中的各种教学资源，为学习者课前的自主学习和课上的协作学习提供服务。计算机网络课程的特点之一是理论知识点繁多，适合用短小精悍的视频一一呈现，但仅仅是抽象的理论讲解不能满足课程应用实践的要求，在课堂上需要将这些理论知识点具体化。由于高校的网络实验室基础设施建设水平不一，有条件的可以搭建真实的网络环境，条件不足的适合采用仿真软件模拟真实网络环境，以抓包和协议分析为辅助手段，在真实或仿真的网络环境中围绕理论知识点设置讨论议题，令抽象报文和协议中的具体化思想贯穿于整个课程教学的始终。

2.1课前教学活动

从教师的活动看，教师首先根据该次课的教学目标，整理出重要知识点和相应的测试题目，将理论知识点制成"微视频"上传至网络教学平台，一般情况下学生注意力高度集中的时间不超过10分钟，因此每个知识点对应的"微视频"控制在10分钟左右；其次，教师根据知识点的掌握要求设计课堂教学活动，如挑选典型的网络场景，有针对性地设置讨论问题，综合利用任务驱动、问题导向、分组讨论等教学方法；最后，教师在网络平台与学生进行交流，一方面得到学生对"微视频"的反馈，以便今后改进，另一方面对学生的疑问进行在线解答。

从学生的活动看，学生首先登录网络教学平台观看"微视频"并完成教师布置的测试题，在这个过程中，学生可以按照自己的方式学习，基础好的学生可以加快学习速度，基础差的学生可以放慢进度，学生也可以先看测试题，带着问题观看视频并在其中寻找答案。学生在观看视频和做测试题的过程中可能产生疑问，学生可以自主查找资料，增强自学能力，也可以在网络平台与教师进行交流，一方面对"微视频"的内容提出意见和建议，另一方面对自己不能理解的问题向教师或其他学生求助，学生之间也可以分享自己的学习经验。

2.2课中教学活动

教师首先针对学生课前提出的问题答疑解惑或者根据学生课前的反馈情况，花5〜10分钟有针对性地讲解相关知识点；然后，按照预先设计的课堂活动，简单介绍课时目标和任务，引出该次课创设的网络场景，详细说明网络配置情况；接下来，按照难易程度或知识点顺序抛出若干讨论问题。学生由3〜5人组成一个讨论小组，每组推选一名组长，讨论组长负责协调组员参与问题讨论和发言，需积极调动起每位组员参与问题讨论的积极性。教师在学生讨论过程中可随机旁听某组的讨论情况，适当给出意见和建议。在组内讨论过程中，学生相互交流对问题的认识和想法，以辩论或相互补充的方式达到组内共识。教师给学生3〜5分钟的小组讨论时间后，请小组代表总结发言，其他组的成员可与其辩论或补充，教师在此过程中可适当发问，引导学生思考更深层次的问题。对于学生存在的共性问题，教师可以统一示范，集体解决。这样，学生在"思考一研讨一陈述一提问一点拨一再思考"的过程中不断提升。课堂经过翻转以后，师生之间的互动和个性化接触时间大大增多，教师不再是高高在上的圣人，学生也不再是唯命是从的信徒，课堂成为学生进行讨论交流和解决问题的场所，学生在不断思考和讨论的活跃气氛中学习理论，最大限度地完成了知识内化。

3计算机网络翻转课堂教学案例

为了具体说明翻转课堂模式如何应用到计算机网络教学过程中，笔者给出一个教学案例，其教学内容为ARP协议的分析，并围绕知识点整理与视频准备和课堂设计阐述教学思路。

3.1知识点整理与视频准备

APR协议的主要知识点包括：①IP地址与硬件地址的关系；②同网和跨网环境下ARP的工作机理；③ARP欺骗。相应地，教师准备了3段"微视频"，对3个知识点进行讲解并布置测试题目：①说明IP地址与硬件地址的区别，为什么要使用这两种不同的地址；②同一个ARP报文能跨不同网段工作吗；③为什么APR高速缓存每存入一个项目就要设置10~20分钟的超时计时器，这个时间设得太大或太小会出现什么问题；④解决ARP欺骗有什么办法。学生在课前观看视频后，通过查找相关资料，完成这些测试题，然后可以就这些问题在网络教学平台上展开讨论，分享自己的学习成果。

3.2课堂设计

在课堂上，教师首先针对测试题进行答疑解惑，根据学生课前测试的反馈情况，花5〜10分钟有针对性地讲解相关知识点。为了检验学生的自学成果和帮助学生理解协议中的抽象概念，教师可以设置典型的网络场景，通过报文截取，使学生观察到原始报文，在分析讨论中更直观地理解ARP的工作流程。学生按总数分成3〜5人不等的小组，每一个讨论小组选出一位组长，协调组员的发言。

为了测验学生对ARP欺骗的理解情况，教师通过arp-a查看主机A当前的ARP高速缓存，要求学生讨论如果用arp-s命令将网关对应的MAC地址篡改，主机A能否与主机D连通，讨论ARP欺骗在局域网中的危害和避免ARP欺骗的方法。

在上述过程中，教师在每次提问后给学生3〜5分钟时间进行分组讨论，教师随机旁听某一组的讨论情况，适当给出意见和建议，然后请一些组员代表发言，其他组员可以反对或补充，

教师给予适当点评。当多个学生的回答和补充相对完整后，教师对知识脉络进行梳理、归纳、总结并对学生的学习成果做出评价，鼓励其再接再厉。

4计算机网络翻转课堂教学评价机制

计算机网络课程实施翻转课堂的教学模式对教师和学生来说都是一个全新的挑战。从教师角度来看，一方面，制作"微视频"和课堂设计等工作大大增加了前期准备的工作量，另一方面，开放式课堂对教师的组织掌控能力提出了较高要求。因此，对教师的评价机制应既重视视频教学效果、教学资源开发等前期工作，又注重课堂活动组织、学生监控管理等过程，同时兼顾学评教的结果，形成综合、全面的评价机制。从学生角度来看，翻转课堂所体现的自学能力、思考和表达能力的重要性，更是网络工程专业要求的题中之意，也是大学教育应该赋予学生的基本能力。为了激励学生更积极、主动地学习和参与课堂和网络教学平台的讨论，教师必须建立多角度的成绩评价机制，合理提高平时成绩的比重，在平时成绩上应综合考虑学生在课堂讨论和网络平台参与讨论的积极程度、回答问题的质量、组织和表达能力、团队协作能力等多项指标，而这些指标如何量化、评价机制如何程序化还有待进一步研究。

5结语

前卡内基教育促进会主席EmestBoyer在《学术的反思》一文中指出：“教学是教育和塑造未来的学者，优秀教师能营造一个氛围，激励主动而非被动式的学习，鼓励学生成为批判性和创造性的思考者，在大学学习结束后，具有继续学习的能力”。翻转课堂很好地践行了这一思想。将翻转课堂模式应用于计算机网络课程的教学，可以真正实现学生的自主学习，培养学生独立思考和创新能力，使学生获得个性化教育，更有利于实现高校人才培养与企业需求的无缝对接。

作者：李燕君(浙江工业大学计算机科学与技术学院，浙江杭州310023)