基于翻转课堂的网络工程实验教学设计

郭文平， 陈 盈， 赵小明

(台州学院数学与信息工程学院， 浙江 临海 317000)

基于翻转课堂的网络工程实验教学设计

郭文平， 陈 盈， 赵小明

(台州学院数学与信息工程学院， 浙江 临海 317000)

翻转课堂作为一种创新的教学模式，已成为国内外教育界研究的重点，也为提高我国高等教育的课堂教学质量提供了新的思路。针对网络工程实验教学存在的问题和学生的特点，提出了基于翻转课堂的网络工程实验教学模型。该模型由课前学习、课堂实验和评价反思3个部分组成，在此基础上详细设计了实验教学过程和新的实验成绩评价体系。实践表明，翻转课堂教学模式对于提高学生的实验兴趣度和解决问题的能力有积极的作用。

翻转课堂； 网络工程； 实验教学； 教学设计

21世纪以来，中国的高等教育开始从精英教育走向大众教育，2013年全国各类高等教育学生总数达到3 460万人，高等教育毛入学率达到34.5%[1]。如何提高高等教育的教学质量，已成为各级教育主管部门的工作重点[2-3]。而课堂教学质量是提高高等教育教学质量的重要途径。

翻转课堂(flipped classroom)，有时也译为反转课堂或颠倒课堂，是一种发源于美国并逐渐在全世界流行的新型教学模式[4]，其实质是“classwork at home, homework in class”，即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知识的学习，而课堂上学生通过完成作业以及教师与学生的交流达到知识的内化。其最初的实践来自于2007年美国卡罗拉多州伍德兰高中2位化学教师(Jonathan Bergmann和Aaron Sams)在课堂中采用翻转课堂教学模式，并发现用这种模式取得的教学效果远比传统的教学模式好得多，此后，这2位教师的实践引起越来越多的关注，翻转课堂教学模式便在美国中小学教育中得以快速推广[5]。

目前国内对翻转课堂的研究与应用主要集中于中小学教育，且侧重于研究翻转课堂教学模式的特征、国外的案例以及教学模型构建方面[6-7]。在普通高校，尤其是针对某一课程的研究与应用成果较少，本文就是在这种理论指导下的一种尝试和探索。

1 网络工程实验教学存在的问题

实验教学是高校学生专业能力培养的重要组成部分，与课堂教学一起被认为是目前高校传授专业知识、培养专业能力的主要途径。而网络工程作为培养学生计算机网络工程能力和创新能力的一门重要课程，实验教学的重要性甚至超过理论教学。

近年来，针对网络工程实验教学，国内不少学者在实验环境建设、实验项目设计、案例教学等方面进行了有益的探索[8-10]。但不管是在教学实践中，还是通过问卷调查和走访相关兄弟院校进行访谈，可以分析得出，网络工程实验在教学方面还存在不少问题，主要表现在以下3个方面：

(1) 通常网络工程的实验项目有别于传统的软件类实验，部分实验无法在课堂内完成，比如网络工程需求调查和需求分析，就需要学生走访现场进行实际调研才能完成。

(2) 受实验课时的限制，学生很难在有限的时间(比如3个课时)里完成一些复杂的设计性、综合性和创新性实验，比如网络地址翻译(NAT)实验，需要学生规划IP地址、连接路由器和交换机、设置路由协议、设置访问控制列表和各种规则，并使之生效，还要设置内部服务器映射等，学生很难在短时间内就掌握并成功完成实验。

(3) 传统的实验教学模式比较单一，难以激发学生自主学习的兴趣。一堂传统的实验课，通常先由实验教师讲解实验任务和实验过程，然后学生按照实验教材或讲义进行实验验证，这种教学模式很难适应以培养学生工程能力和创新能力为主的实验教学。

传统的网络工程实验教学面临的问题，正是翻转课堂教学模式的优势所在。而以移动互联网、物联网、云计算和大数据为代表的新一代信息技术也为教学模式的创新提供了技术支撑。2011年，可汗学院创始人Salman Khan在TED(technology,entertainment,design)年会上发表题为Let’susevideotoreinventeducation(让我们用视频重新改造教育)的演讲，指出现代信息技术的发展使得翻转课堂成为现实。

在翻转课堂理论的指导下，对网络工程实验教学进行重新设计，可以有效解决目前实验教学中存在的问题。

2 实验教学模型设计

教学设计是在教学理论的指导下，基于教学对象(特定学习者)的特征，组织教学内容和教学资源，设计教学活动和学习环境，最终支持学习者有效达成学习目标的系统活动。教学设计以解决实际的教学问题为宗旨，是连接教学理论与教学实践的桥梁[6]。

翻转课堂通过对知识传授和知识内化的颠倒安排，改变了传统教学中的师生角色，并对课堂时间的使用进行了重新规划，实现了对传统教学模式的革新。

参考国内外几种翻转课堂教学模型[6-7，11-13]，结合网络工程实验教学特点，设计出如图1所示的实验教学模型。

图1 实验教学模型

该模型包括课前学习、课堂实验和评价反思3个部分。教师是学习活动的组织者和引导者，学生是学习活动的主体，在网络交流平台的支持下，教师和学生通过完成自己的角色功能来达到知识的传授和知识的内化。根据现在学生使用网络的特点，网络交流平台选用腾讯公司的即时通信平台QQ群。QQ群具有以下的优点：

(1) 能实现即时通信聊天，发表话题快捷，如教师发表公告QQ群的效率要比教学网站快很多，重要消息可以用群邮件发送；

(2) 互相发文件和截图非常方便；

(3) 方便建立讨论组，学生之间能有效地给对方留言；

(4) 可以音视频实时讨论。

3 实验教学过程

以我校为例，网络工程是专业选修课程，每个学期学生选修人数不是很固定(一般在40人左右)，因此在划分小组时，一般3～5人1组，每小组选定1名小组长，由小组长负责组内的分工合作事宜。

3.1 课前学习阶段

教师在课前要准备教学资源，这是学生在课前进行学习的主要依据，新一代信息技术的发展为产生和消费这些教学资源提供技术支撑。

(1) 教师课前准备。教师在课前学习阶段的主要任务是准备教学资源，主要包括实验要求、PPT课件、视频课程和扩展资源等，其中视频课程是教学资源的核心内容，根据每个实验项目的教学目标和知识点的难易程度，通常录制1～3个视频课程，每个视频课程的长度一般不超过10 min。视频课程的录制采用美国TechSmith公司出品的屏幕录像和编辑的软件套装(Camtasia Studio)。该软件提供了强大的屏幕录像(camtasia recorder)、视频的剪辑和编辑(camtasi studio)和视频播放功能(camtasia player)等。对于一些综合性和创新性实验，还可以从网上开放的优质教学资源中下载与实验教学内容相关的视频资源。教学资源准备完成后，教师将资源上传到QQ群空间，并发布公告明确学习任务。

(2) 学生课前学习。学生在课前按小组进行自主学习和协作学习，理解实验要求，通过观看PPT课件和视频课程了解实验的重点和难点。对于验证性实验，主要是理解实验的各个步骤；对于设计性、综合性和创新性实验，需要通过分工协作完成实验方案的设计，如果条件允许，部分实验可以先在模拟软件上进行操作，这样可以加快在课堂实验阶段的效率。每个小组可以自行建立QQ群或QQ讨论组进行交流，除了文字交流，也可借助QQ语音和视频功能进行实时讨论。对于小组解决不了的问题，可以在课程的QQ群里共同讨论来解决，必要时可以在线寻求教师的帮助。

3.2 课堂实验阶段

课堂实验阶段是翻转课堂教学模式成功的关键，每个小组的基础不同，态度不同，会导致对课前的学习效果有很大的差别。

(1) 教师课堂组织。在课堂实验阶段，教师主要是课堂的组织者，在巡回指导中多注意观察，允许学生犯错误，不轻易介入、打断学生的独立探索过程，根据每个小组的实验进程和面临的问题进行个性化指导。当然，对于一些共性的问题，要及时发现并解惑答疑，提高课堂的学习效率。

(2) 学生主体学习。在这个阶段，学生是学习的主体。根据实验要求，按照实验手册(验证性实验)或事先设计的实验方案(设计性、综合性和创新性实验)进行实验。网络工程的实验通常会涉及到软硬件配置问题，很多时候，学生按照实验方案配置完成却达不到相应的实验效果。原因主要分为2类：一种是实验方案不合理(甚至错误)，需要改进；另一种更多的是一些基本错误，如网线有问题(网线是坏的或者直通线和交叉线弄错了)、连接的网络接口错误(特别是路由器有多个以太网口和串口)、接口和相应配置不一致等，这时候需要合作探究来排除故障，故障的排除是网络工程实验的重要环节，也是提高学生工程能力的重要途径。

(3) 课外实验。对于一些在需要课外完成的实验，比如网络工程需求调查和需求分析、综合布线市场调查等，在这个阶段直接由每个小组进行实验，完成后派出一个代表进行小组成果展示，在面对面的竞争中来激发小组的学习兴趣。

3.3 评价反思阶段

学生完成实验后，根据实验情况，进行实验小结，巩固实验的重点和难点，加深印象。小组完成实验报告并上传。如果时间充裕，小组间也可进行组间的交流，将自己遇到的问题和需要注意的地方和他人分享，共同提高。

教师需要根据实验情况，对实验中的重点和难点进行比较系统化的梳理，并进行实验教学小结。教师应注意引导学生积极探索以及交流协作，潜移默化中提高学生自学能力和问题解决能力。

3.4 实验成绩评价

翻转课堂不仅注重对实验结果的评价，也注重对学习过程的评价。根据对定量与定性评价、形成性评价和总结性评价、对个人的评价和对小组的评价相结合，设计出如图2所示的实验成绩评价体系。

图2 实验成绩评价体系

3.5 教学效果分析

通过2学期的基于翻转课堂的网络工程实验教学实践，我们对学习效果进行了问卷调查，其目的在于了解学生对翻转课堂教学模式的态度以及学习效果。调查结果显示，大部分学生认为翻转课堂教学模式能很好调动学习的积极性，学生参与实验的兴趣得到很大的提升，教师与学生的交流明显增多，也培养了团队合作精神。但也有个别学生反映，在小组合作中，有的学生并没有积极参与，态度懒散，影响了小组内的其他成员的学习。

同时，在实践中也发现，利用QQ群作为网络交流平台，在资源的共享及交流方面非常便捷，但在记录学生的学习过程方面还有不足。

4 结束语

翻转课堂教学模式的实质是通过对知识传授和知识内化的颠倒安排，改变传统教学中的师生角色。翻转课堂教学模式要想取得理想的效果，必须根据具体的课程进行良好的教学设计。在信息技术的支持下，良好的协作交流环境是翻转课堂教学模式成功的基础。在实施过程中，如何激发学生的学习主动性，提高团队合作意识是成功的关键。

基于翻转课堂的网络工程实验教学，我们也刚刚起步。翻转课堂教学模式的大规模普及，还有许多问题要解决，需要在实践中进行进一步的探索。

References)

[1] 教育部2013年全国教育事业发展统计公报[EB/OL]. http://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/moe_633/201407/171144.html.

[2] 教育部.教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见：教高[2012]4号[EB/OL]. http://www.gov.cn/zwgk/2012-04/20/content_2118168.htm.

[3] 浙江省教育厅.浙江省高等教育“十二五”发展规划(2011-2015年)[EB/OL].http://www.zjedu.gov.cn/gb/articles/2011-11-07/news20111107162753.html.

[4] Bergmann J, Sams A. Flip your classroom: Reach every student in every class every day[J]. International Society for Technology in Education (ISTE), 2012:6-12.

[5] 张跃国,张渝江. 透视“翻转课堂”[J]. 中小学信息技术教育,2012(3):9-10.

[6] 曾贞. 反转教学的特征、实践及问题[J]. 中国电化教育,2012(7):114-117.

[7] 张金磊,王颖,张宝辉. 翻转课堂教学模式研究[J]. 远程教育杂志,2012(4):46-51.

[8] 张新有. 网络工程实验环境建设探讨[J]. 计算机教育,2006(1):20-23.

[9] 许又泉,康雄杰,罗高峰. 基于项目的网络工程课程群实验项目链设计[J]. 计算机教育,2012(13):76-80.

[10] 郭文平,陈盈. 工程案例法在《网络工程》实验教学中的实践[J]. 台州学院学报,2012(6):71-76.

[11] Gerstein J. The flipped classroom model: A full picture[M]. User Generated Education, 2012: 18-24.

[12] Talbert R. Inverting the linear algebra classroom[J]. PRIMUS, 2014, 24(5): 361-374.

[13] 钟晓流,宋述强,焦丽珍. 信息化环境中基于翻转课堂理念的教学设计研究[J]. 开放教育研究,2013(1):58-64.

Teaching design of Network Engineering experimental coursebased on flipped classroom

Guo Wenping，Chen Ying，Zhao Xiaoming

(School of Mathematics and Information Engineering, Taizhou University, Linhai 317000, China)

As an innovative teaching mode, the flipped classroom has become the research hotspot in education area at home and abroad, which also provides a new method to improve classroom teaching quality for Chinese higher education. Aiming at the teaching status of Network Engineering experimental course, taking the characteristics of undergraduate students into consideration, this paper presents an experimental teaching mode, which consists of the following three parts: the pre-class study, experiment in class, and post-class reflection. On the basis of this mode, this paper presents the experimental teaching process in detail and designs a new experimental result evaluation system. The experimental achievement and feedback from students prove that this mode can improve the student’s experimental interest and the ability to solve problems.

flipped classroom; network engineering; experimental teaching； teaching design

2014- 09- 06 修改日期：2015- 01- 24

浙江省教学规划课题(2015SCG164)；浙江省教育厅科研项目(Y201223744)

郭文平(1978—)，男，浙江临海，硕士，副教授，研究方向为计算机网络与信息系统.

E-mail：guowp@tzc.edu.cn

G642.0；G40-057

A

1002-4956(2015)5- 0035- 04