TPACK框架下项目驱动式计算机网络课程教学模式设计

张国晨　李晓波

摘  要：项目驱动模式的教学中，由于不同学科教学内容、学科思想等有较大差异使得项目引导作用无法与教学过程深度融合并发挥最大效果。针对此问题该文详细分析计算机网络教学过程中的项目驱动模式，并基于TPACK理论框架提出一种以知识全面掌握、实践能力培养为目标，以TPACK理论为指导的项目驱动式教学方法。该方法以项目为引导将教学内容、教学方法、技术知识构建于统一框架下，并形成教学设计、教学实践、教学评估的闭环反馈更新机制，可以有效促进各阶段的教学效果。

关键词：TPACK框架；项目驱动；计算机网络；教学模式；实践能力

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：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

计算机网络课程是计算機专业学生必修的专业基础课之一。该课程理论性强、概念抽象、对学生的实践能力亦有较高要求。传统的课堂教学中书本结合PPT的“广播式”教学模式无法有效完成抽象概念和知识点的理解，进而影响学习主动性和积极性。TPACK框架是近年来出现的一种新型的教学模式，它将学科内容知识（CK）、教学法知识（PK）、技术知识（TK）三个核心要素有机地结合起来[1]，在该框架下引入项目驱动式的教学方法，通过结合计算机网络分层、服务、协议等学科思想方法，适当组织和合理设计项目内容，以课内项目引导、课后项目实践的教学方法完成教学过程，可以突出教学中的重点、难点、疑点并强化工程设计能力，是计算机网络教学的有效手段，还适合学生个性化、深度学习的需求，同时，对教师提升教学水平也有长远的作用和意义。

一  项目驱动式教学与TPACK理论

项目驱动式教学模式是以完成具体项目为线索进行教学设计，将项目与教学内容深入结合并在项目实施中进一步优化教学内容的教学方法[2]。虽然与传统教学模式相比，项目驱动式教学模式可以激发学习积极性和自主性，提高学生的实践操作能力[3]。但是现阶段在使用项目驱动式教学模式时由于课程基础教学内容错综复杂，针对教学内容精准设计教学项目方面还没有通用有效的指导办法[4]，只能依靠教师个人能力来进行设计。项目设计与驱动教学要求之间的关联性，依据教学内容划分子任务项目，各个教学项目之间的关联性，项目驱动条件下教学连贯开展等方面都亟须行之有效的统一指导方法。

通过上述分析可以看出，虽然现阶段已有很多的项目驱动式教学模式的研究，但是如何在统一教学目标的指导下，结合教学内容与特点，精准设计教学项目等方面仍然需要一套完整的理论框架进行指导。整合技术的学科教学知识（Technological Pedagogical Content Knowledge，TPACK）理论框架包含了学科内容知识（CK）、教学法知识（PK）、技术知识（TK）三个核心要素，它们既是独立个体又相互制约，形成一种动态平衡[5]。在TPACK理论框架下以PCK（学科教学知识）为指导精准设计教学项目并划分子任务项目，结合TCK（整合技术的学科内容知识）和TPK（整合技术的教学法知识）完成驱动教学的项目操作实现设计，通过教学项目之间的关联性分析将项目和技术“整合”到具体内容及教学法知识当中，构建符合项目驱动的TPACK教学框架。本文以计算机网络课程教学为例，深入分析项目驱动的TPACK教学框架的构建与实现。

二  计算机网络课程教学现状和特点

计算机网络课程是计算机相关专业的一门专业核心基础课，在专业课程体系中起着承上启下的作用[6]。计算机网络课程实际教学过程中，传统教学方式一般是在课堂上采用网络体系结构再累加协议为主要内容进行的。这样的教学虽然知识体系完整且具有丰富的相关原理及内容，但是对于计算机网络实践应用培训内容设计较少，偏重于理论知识教学与研究，在无形之中增加学生的学习难度，降低学生的学习兴趣与积极性。

理论论证式的实验教学方式不利于学生知识的全面掌握和工程能力的培养。目前计算机网络实验教学往往以理论教学内容为基础开展相关工作机制的实验，从而对相关理论知识进行论证[7]。这样的教学对于一個缺乏完整知识体系的学生而言，不仅存在较大的学习难度，而且会逐步降低学生的学习兴趣，产生较大的学习抵触情绪，不利于教学的开展与知识的掌握。

三  TPACK框架下项目驱动式计算机网络课程教学模式设计

（一）  融合项目驱动的TPACK教学框架

在TPACK框架下引入项目驱动式的教学模式，首先需要厘清课程教学大纲和知识体系中各知识点的内在联系，形成相互关联的知识体系[8]。然后根据已经构建的关联知识体系选择可以承载并串联各知识点的实践项目，将项目和涉及的技术手段融合使用来传递知识并促进技术实践。最后，根据学科教学知识和项目实现过程，调整实践项目和知识点占用时间比例，从而形成初轮教学计划，并将实践项目收录形成导引项目集以便后续教学过程使用和更新。在一轮教学过程结束后，后续阶段通过项目效果分解、分析、统计等方法总结评价本轮教学过程的实施效果和不足，为后续的教学过程提供指导依据，形成动态闭环的教学管理过程。TPACK理论框架下项目驱动式计算机网络课程教学模式总体框架如图1所示。

（二）  TPACK框架下项目驱动式计算机网络课程教学设计

计算机网络课程的教学内容组织方式通常是以计算机网络体系结构的层次出发，研究每一层涉及的具体协议、技术和应用。因此计算机网络课程知识体系是由每一层的知识点集合、层与层之间的逻辑关系、知识点之间的逻辑关系集合组成的。计算机网络知识体系的掌握主要是知识点及关系的掌握。

在实际的教学过程中，计算机网络知识体系中有固定不变的核心知识点涵盖了基本概念、基础理论、基本原理及设计原则，这些核心知识点是计算机网络课程讲授过程中必须覆盖的经典知识[9]。因此在这些知识点的讲授过程中可以结合计算机网络协议和服务的学科思想方法，采用课内案例或项目导入式教学详细讲解知识点细节，利于同学们更好地把握知识点。例如，讲解CSMA/CD协议知识点细节时，可以在PACKET TRACER环境下搭建局域网，结合协议原理利用课内项目实现的通信流程和通信包的分析，详细讲解协议涉及的多点接入、载波监听、冲突监测概念和端到端时延、碰撞窗口、退避时间及时延对通信的影响等知识点细节。

除固定的核心知识点外，还有涉及层间关系和多个知识点逻辑关系的综合利用知识，针对这类知识可以设置综合项目，在课内以项目讲解导入基础概念和知识点逻辑关系并在实验环节通过综合项目实现让同学们完整掌握相关综合知识。例如，路由选择协议的讲解过程中，可以设置综合RIP和OSPF对比实验的项目，利用课内有限的时间仅通过项目讲解RIP和OSPF的实现过程，实验阶段要求分析RIP协议和OSPF协议的通信包细节，并对比在同样的环境下通信链路发生变化时RIP协议和OSPF协议的差异。计算机网络知识体系中还有随着网络新技术的发展而不断涌现的新知识、新技术，针对这类新知识和新技术也要选择合适的项目作为非强制的课外任务以提高同学们对计算机网络新技术的认知，还可以根据需求融入国家安全教育等课程思政的内容[10]。例如，SDN网络构建、物联网体系构建及协议分析、简易区块链系统等。TPACK理论框架下的计算机网络课程教学计划形成过程如图2所示。

（三）  教学实践过程

传统的计算机网络教学过程中实践内容仅重视操作、验证性项目，缺乏综合、设计性教学方法。本文提出的TPACK框架下项目驱动式计算机网络课程教学设计，以学科知识的多层次综合为基础，设置合理的实践项目，以问题教学为导向促进学生综合掌握计算机网络的核心知识和项目构建方法。以计算机网络课程实践中链路层教学为例，首先通过集线器、网桥、交换机通信过程对比实验导入课程核心内容中的广播域、冲突域、CSMA/CD协议、点到点通信和VLAN等知识点，在以企业核心网络构建为综合实践项目，引导同学们在实际网络项目设计管理时将理论课程中重要的知识点和常用的网络技术融合应用。链路层基于TPACK框架的项目导入式教学实践见表1。

（四）  教学效果评估

TPACK框架下项目驱动式教学效果的评估不仅涉及学生知识点及关联性掌握情况的评估，还包括项目难易程度的评估、项目完成度评估、项目指导实践能力的评估。因此，在完整的教学过程中评价—反馈—改进的机制尤为重要，过程中要强化以教师为主导、学生为主体的教学和评价理念，充分利用TK、CK、PK三个要素相互作用的迭代教学闭环过程，依据评价不断改进技术选取、项目设置、知识点的覆盖、学时分配和教学模式等教学细节。

四  结束语

将结合TPACK理念的粒度不同的项目引入计算机网络的教学中有效提升了学生的学习效率和教师的教学水平，因此，推进这项工作意义重大。但项目驱动式TPACK教学模式的建设是一个长期的、精细的过程，涉及的内容还很多，比如项目的规划、项目涉及知识点的分解、课件制作、教学评价等，本文仅对项目驱动式教学与TPACK教学模式的融合和计算机网络课程在该模式下的教学设计这两方面进行了阐述。在未来的工作中，我们将继续探索TPACK框架下项目驱动式教学方法在计算机网络教学中的应用，进一步实现教与学两方面的有效融合与提升。

参考文献：

[1] 尹海丹.教育信息化视域下高校教师TPACK能力评价体系研究[J].现代商贸工业，2023，44（15）：91-93.

[2] 马翔.项目驱动式教学在应用型本科计算机网络教学中的应用[J].当代教育实践与教学研究，2020（9）：215-216.

[3] 胡娟，汤海林.基于案例教学与项目驱动教学的网页设计课程教学改革实践探究[J].电脑知识与技术，2023，19（18）：129-131.

[4] 刘慧，田元荣.项目驱动教学模式评价研究——基于生命周期理论视角[J].教育教学论坛，2023（12）：37-40.

[5] 金晶.“大智移云”时代高校教师信息化教学能力的优化路徑——基于TPACK框架的理论分析[J].高教学刊，2023，9（5）：153-156，160.

[6] 古博，唐承佩.现代信息技术背景下“计算机网络”教学改革探索[J].教育教学论坛，2023（1）：57-60.

[7] 赵欣.“计算机网络”课程的知识点划分与微课程教学设计[J].大连大学学报，2016，37（3）：116-118.

[8] 李晓波，张国晨.基于TPACK理论框架的计算机组成原理课程混合式教学设计[J].计算机教育，2022（8）：38-42.

[9] 姚德中，王登辉，易玉萍.“计算机网络”课程教学改革探讨[J].西部素质教育，2023，9（4）：139-142.

[10] 万良田，王菲，孙璐，等.“高级计算机网络”课程思政方案设计与研究[J].教育教学论坛，2022（52）：138-142.

基金项目：山西省高等学校教学改革项目“新工科理念下基于项目导入模式的计算机网络课程教学改革”（J20220711）；山西省高等学校教学改革项目“工程认证为导向、分层级系统能力培养为目标的计算机组成原理课程教学改革”（J202207103）；太原科技大学教学改革创新项目“新工科理念下项目导入式《计算机网络》课程教学探索”（JG2021045）；太原科技大学教学改革创新项目“基于TPACK理论框架的计算机组织与结构课程混合式教学改革”（JG2021042）

第一作者简介：张国晨（1980-），男，汉族，山西运城人，博士，副教授，硕士研究生导师。研究方向为计算机网络、智能调度。