趙甫哲+崔建群+王明安

摘 要：翻轉(zhuǎn)課堂是一種新型的教學(xué)模式，它以“學(xué)生為主、教師為輔”的教學(xué)方式。針對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課堂理論性強(qiáng)，理解困難等問(wèn)題，本文以“三次握手”協(xié)議為例，通過(guò)詳細(xì)的課前、課中和堂后的課外教學(xué)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了以“學(xué)生為輔、教師為主”的教學(xué)方式，并使用SPSS軟件對(duì)學(xué)生掌握內(nèi)容測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了分析。數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，該新型教學(xué)模式較傳統(tǒng)教學(xué)模式提升了學(xué)生的自主和協(xié)作學(xué)習(xí)能力、知識(shí)理解能力和問(wèn)題分析解決能力。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂；三次握手；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract：In the new teaching model of flipped classroom，the student is taken as the center while the teacher is taken as the assistance.In view of the highly theoretical and complex nature of computer network，this paper takes the Three-way handshake protocol as an example and implements the teaching mode of Student-centered and teacher-assisted through detailed teaching design before，during and after class.The testing results of how students grasp the knowledge are analyzed through SPSS.The data analysis results show that the new teaching model effectively improves students' capabilities in learning autonomously and collaboratively，understanding knowledge，and analyzing and solving problems.

Keywords：flipped classroom；Three-way handshake；computer network

1 引言（Introduction）

翻轉(zhuǎn)課堂是2000年美國(guó)邁阿密大學(xué)Maureen Lage和Glenn Paltt兩位教授在講授“經(jīng)濟(jì)學(xué)入門”時(shí)應(yīng)用的“翻轉(zhuǎn)教學(xué)”方式[1]。2007年，美國(guó)科羅拉多州WoodlandPark中學(xué)的化學(xué)教師Johnathan Bergmann將錄制的視頻上傳到教學(xué)云平臺(tái)，學(xué)生在家對(duì)照視頻，邊看視頻邊看書理解學(xué)習(xí)，接著將理解上有困難的地方向老師提出，老師針對(duì)這些問(wèn)題加以解釋和透徹講解[2，3]。該教學(xué)方式得到了一些同學(xué)的喜愛，教師的教學(xué)方式取得了令人贊賞的效果。之后，美國(guó)和世界各地的大學(xué)、中小學(xué)教師們開始探索這種新型的教學(xué)方式。翻轉(zhuǎn)課堂在大學(xué)的教育中主要應(yīng)用在經(jīng)濟(jì)、英語(yǔ)、化學(xué)和計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域中，在中小學(xué)的教育中主要應(yīng)用在語(yǔ)文、英語(yǔ)和數(shù)學(xué)上，教師不再像以前一樣講滿一堂課45分鐘，而是首先要求學(xué)生課前預(yù)習(xí)、看視頻、PPT課件，然后學(xué)生在課堂上向老師提出問(wèn)題，教師在課堂上進(jìn)行一個(gè)十分鐘的講座，課堂上剩余時(shí)間由同學(xué)們進(jìn)行分組討論，并向老師提出問(wèn)題，老師做出一一解答。這種教學(xué)方式增加了學(xué)生的積極主動(dòng)性和同學(xué)之間的團(tuán)結(jié)協(xié)作性，促進(jìn)了教師和學(xué)生之間交流溝通性，提升了學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

翻轉(zhuǎn)課堂引入國(guó)內(nèi)后，各大院校均進(jìn)行了嘗試，與國(guó)外院校相比，我國(guó)的翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)踐還處于起步階段，翻轉(zhuǎn)課堂對(duì)教師提出了極高的要求，部分學(xué)校正在嘗試應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂模式進(jìn)行課堂教學(xué)[4-6]。鐘曉流等人提出了一種太極環(huán)式的翻轉(zhuǎn)課堂模型，其核心部分是模型的構(gòu)成和流程，它將中國(guó)文化中的太極思想、翻轉(zhuǎn)課堂的理念進(jìn)行深度融合[7]。馬秀麟等人針對(duì)大學(xué)信息課運(yùn)用翻轉(zhuǎn)模式進(jìn)行了研究應(yīng)用，得出課堂討論對(duì)學(xué)生消化知識(shí)有重要促進(jìn)作用，起到高效吸收的效果[8]。

“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”是院校計(jì)算機(jī)學(xué)院各科的一門專業(yè)必修課程，其課程教學(xué)目的是提升學(xué)生具有完備的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系理論素養(yǎng)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)相關(guān)設(shè)備運(yùn)行原理有深度地把握，進(jìn)一步使學(xué)生提高設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的編程水平。該課程以往均采用以“學(xué)生為輔、教師為主”的教學(xué)方式，存在的問(wèn)題在于理論講解太多，實(shí)際操作少，同學(xué)們對(duì)網(wǎng)絡(luò)理論掌握程度差，尤其是對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作情況知之甚少，同學(xué)們學(xué)習(xí)缺乏主動(dòng)性，認(rèn)為老師講得枯燥乏味，教師和學(xué)生之間的溝通微乎其微。因此，上述教學(xué)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量無(wú)法滿足企業(yè)的用人要求，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的改革勢(shì)在必行。

“三次握手”協(xié)議的理解是網(wǎng)絡(luò)編程的基礎(chǔ)理論，理解和掌握好該協(xié)議對(duì)后期編程能力提高至關(guān)重要，可以進(jìn)一步提升學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。因此，本論文應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂方式對(duì)“三次握手”協(xié)議進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)和分析，進(jìn)而對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)方式進(jìn)行教學(xué)評(píng)價(jià)。

2 “三次握手”課堂教學(xué)模型設(shè)計(jì)（The classroom

teaching model design of Three-way handshake）

本節(jié)將對(duì)“三次握手”課堂內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)模型設(shè)計(jì)，首先對(duì)“三次握手”課堂教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行介紹，接著按照小節(jié)進(jìn)行教學(xué)模型設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)分為四個(gè)教學(xué)階段：課前自主學(xué)習(xí)、課中學(xué)生教師討論互動(dòng)階段、課后知識(shí)總結(jié)階段和使用評(píng)價(jià)階段。

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模型如圖1所示。

Three-way handshake

2.1 “三次握手”課堂教學(xué)現(xiàn)狀

“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程是本科院校計(jì)算機(jī)學(xué)院各專業(yè)的必修課，“三次握手”協(xié)議是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課堂的重中之重，掌握“三次握手”協(xié)議，對(duì)理解網(wǎng)絡(luò)編程具有重要意?，F(xiàn)有的關(guān)于“三次握手”協(xié)議的教學(xué)局限于概念性層面上，學(xué)生在理解上存在嚴(yán)重障礙，因此，改進(jìn)“三次握手”協(xié)議的教學(xué)已成為各位計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課教師們正在考慮得重要教學(xué)工作。學(xué)習(xí)好“三次握手”協(xié)議，要學(xué)習(xí)的先行課程有C++語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、J2EE、組合數(shù)學(xué)、操作系統(tǒng)、數(shù)字邏輯、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等專業(yè)課程[9]。該課程“三次握手”內(nèi)容中參數(shù)名詞較多，例如ACK、SYN、seq、ack均是難以理解和把握的概念性名詞[10]。endprint

2.2 “三次握手”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模型設(shè)計(jì)

翻轉(zhuǎn)課堂改變了傳統(tǒng)的教學(xué)流程，形成課堂上自由輕松地學(xué)習(xí)氛圍。簡(jiǎn)易適用的網(wǎng)絡(luò)云平臺(tái)和豐富的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)資源共享，學(xué)生可和教師進(jìn)行互動(dòng)交流。由于翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者將翻轉(zhuǎn)課堂分為三個(gè)時(shí)間段：課前、課中和課后。課前需要學(xué)生根據(jù)教師提供的視頻、問(wèn)題等資料自主學(xué)習(xí)，記錄學(xué)習(xí)中沒(méi)有理解和掌握困難的問(wèn)題及其知識(shí)點(diǎn)。在課堂上，教師進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)解析，重點(diǎn)講解重難點(diǎn)，然后回答同學(xué)們?cè)谧灾鲗W(xué)習(xí)過(guò)程中碰到的問(wèn)題，同時(shí)分小組進(jìn)行討論，讓同學(xué)們徹底地掌握“三次握手”的知識(shí)內(nèi)容。在講解“三次握手”協(xié)議原理后，教師將利用Wireshark軟件分析該協(xié)議的運(yùn)行情況，以便讓同學(xué)們有更深入的了解。課后，同學(xué)們完成老師布置的理論作業(yè)和Wireshark軟件分析“三次握手”協(xié)議運(yùn)行實(shí)踐作業(yè)，并根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容作反饋，學(xué)生對(duì)“三次握手”知識(shí)的掌握程度做出相應(yīng)評(píng)價(jià)。教師對(duì)評(píng)價(jià)較低和學(xué)生掌握程度相對(duì)低下的同學(xué)做單獨(dú)輔導(dǎo)。

下面將做具體的教學(xué)設(shè)計(jì)。

“三次握手”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

（1）課前自主學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)

教師首先為“三次握手”錄制微視頻，并給出幾個(gè)問(wèn)題，例如：“三次握手”協(xié)議中關(guān)于數(shù)據(jù)包的傳送是怎么規(guī)定的？該協(xié)議中如何解決了SYN Flood問(wèn)題？為什么要定義數(shù)據(jù)流的序號(hào)？服務(wù)器端發(fā)送SYN是作為連接的SYN包，還是作為響應(yīng)發(fā)起者的SYN包，怎么區(qū)分？服務(wù)器端的ACK確認(rèn)包和接下來(lái)的SYN包可以合成一個(gè)SYN ACK發(fā)送的，沒(méi)有必要分別單獨(dú)發(fā)送，這樣省了一次交互同時(shí)解決了問(wèn)題。這樣TCP建立一個(gè)連接，三次握手在進(jìn)行最少次交互的情況下完成Peer兩端的資源分配和初始化序列號(hào)的交換。將這些問(wèn)題和視頻課件等資料通過(guò)QQ傳給同學(xué)們并發(fā)布到該課程的教學(xué)網(wǎng)站上。同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)的過(guò)程中可能還會(huì)碰到一些問(wèn)題，用問(wèn)題本記錄下來(lái)，以便在課堂上和同學(xué)們進(jìn)行討論，并請(qǐng)教師作解答。

此外，還要求同學(xué)們學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)包抓取軟件Wireshark，如何抓取數(shù)據(jù)包，以及抓取出來(lái)后如何分析TCP、IP等協(xié)議字段信息。軟件在學(xué)校的云平臺(tái)下載，教師已經(jīng)上傳到云平臺(tái)。

（2）課中學(xué)生和教師討論互動(dòng)階段

課中是翻轉(zhuǎn)課堂的重要階段，教師收集同學(xué)們提出的問(wèn)題，同時(shí)準(zhǔn)備好本節(jié)內(nèi)容的相關(guān)問(wèn)題，根據(jù)問(wèn)題將學(xué)生分成7組，便于同學(xué)們討論和交流。然后，教師對(duì)小組討論中共同提出的問(wèn)題在課堂上給予統(tǒng)一講解，對(duì)小組討論中只有個(gè)別小組提出的問(wèn)題進(jìn)行單獨(dú)輔導(dǎo)和解釋。最后針對(duì)該節(jié)內(nèi)容，通過(guò)練習(xí)進(jìn)行知識(shí)鞏固。例如，在課中，各小組均對(duì)問(wèn)題“TCP的客戶端和服務(wù)端在交換數(shù)據(jù)時(shí)，為什么不含數(shù)據(jù)的確認(rèn)段不消耗序號(hào)呢”不解？針對(duì)這一共同問(wèn)題，老師給予了詳細(xì)解答，并用圖示進(jìn)行了說(shuō)明。有個(gè)別小組問(wèn)道：“TCP報(bào)文段的長(zhǎng)度有沒(méi)有規(guī)定的最小值和最大值”，針對(duì)這一問(wèn)題，教師對(duì)該小組進(jìn)行了單獨(dú)講解和闡釋。理論講解和討論完畢后，教師現(xiàn)場(chǎng)利用Wireshark軟件抓取TCP協(xié)議數(shù)據(jù)包，抓取數(shù)據(jù)包后讓同學(xué)們進(jìn)行討論，與之前學(xué)習(xí)的“三次握手”協(xié)議相對(duì)照，相應(yīng)的參數(shù)值分別是多少？抓取的“三次握手”協(xié)議數(shù)據(jù)包如圖2所示。數(shù)據(jù)包抓取出來(lái)后，首先讓同學(xué)們分析每一行的數(shù)據(jù)和參數(shù)值分別表示什么意思？同學(xué)們討論“三次握手”協(xié)議是怎么運(yùn)行的，使同學(xué)們積極探索和討論。教師同時(shí)也提出，讓同學(xué)們用軟件自己抓取數(shù)據(jù)分析“四次揮手”的運(yùn)行情況。

每個(gè)小組在討論后，也用PPT對(duì)三次握手和四次揮手進(jìn)行了展示，通過(guò)圖例詳細(xì)分析了報(bào)文段交換的過(guò)程。小組其他成員針對(duì)也進(jìn)行了問(wèn)題討論和交流。學(xué)生通過(guò)自我講解，達(dá)到了知識(shí)的深度內(nèi)化。接著，老師應(yīng)用準(zhǔn)備的問(wèn)題，檢驗(yàn)同學(xué)們學(xué)習(xí)的情況。檢驗(yàn)完成后，每小組一名代表作知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)總結(jié)和收獲分享，最后，教師對(duì)整個(gè)課堂進(jìn)行全面分析和總結(jié)，對(duì)薄弱知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)剖析。

（3）課后知識(shí)總結(jié)階段

針對(duì)三次握手和四次揮手布置相關(guān)作業(yè)，教師根據(jù)作業(yè)情況進(jìn)行總結(jié)，查漏補(bǔ)缺，講同學(xué)們作業(yè)中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行集中講解，同時(shí)針對(duì)問(wèn)題比較多的個(gè)別同學(xué)進(jìn)行單獨(dú)輔導(dǎo)。課后教師將本次三次握手協(xié)議教學(xué)的所有過(guò)程進(jìn)行總結(jié)，歸納整理出本節(jié)知識(shí)的重難點(diǎn)，總結(jié)本節(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，為以后更好地教學(xué)奠定基礎(chǔ)。

（4）使用評(píng)價(jià)階段

課堂結(jié)束后，采用練習(xí)題模擬測(cè)試的方式對(duì)學(xué)生掌握情況進(jìn)行了摸底。筆者對(duì)上述2013和2012級(jí)兩個(gè)班的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課堂進(jìn)行了授課，分別采用了傳統(tǒng)和翻轉(zhuǎn)式的教學(xué)方法，選取了兩個(gè)班各45名同學(xué)，對(duì)他們關(guān)于“三次握手”協(xié)議的掌握情況采用相同的練習(xí)題進(jìn)行測(cè)試。

由于篇幅限制，詳細(xì)地分?jǐn)?shù)不列在論文中，論文應(yīng)用SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，分析結(jié)果如下所述。

假設(shè)2013和2012級(jí)兩個(gè)班的成績(jī)服從正態(tài)分布，在顯著性水平a=0.05下，應(yīng)用單因素方差分析查驗(yàn)兩個(gè)班的平均分?jǐn)?shù)是否有顯著差異。

在應(yīng)用SPSS軟件分析中，將問(wèn)題歸結(jié)為判斷原假設(shè)H0=a1=a2是否成立。

采用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析得到數(shù)據(jù)結(jié)果如表1-3所示。單因素方差分析成績(jī)見表1所示，方差齊性檢驗(yàn)成績(jī)和均值相等性的健壯性檢驗(yàn)成績(jī)分別見表2和表3所示。

根據(jù)表1結(jié)果可知，組間的df值為1，組內(nèi)的df值為87.205，在a=0.05時(shí)求分布函數(shù)。經(jīng)查表獲得如果結(jié)果：F0.05（1，88）=3.949321，鑒于F=47.570>F0.05（1，88），進(jìn)而在置信水平0.95下拒絕H0。因此，兩個(gè)班的平均分?jǐn)?shù)存在顯著差異。

根據(jù)表2結(jié)果可知，樣本通過(guò)方差齊次性檢驗(yàn)。因此，計(jì)算統(tǒng)計(jì)量Brown-Forsythe，以驗(yàn)證兩個(gè)班的平均值是否一致，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示。由表3知相伴概率為0.000

綜上所述，筆者所教授兩個(gè)班級(jí)的平均成績(jī)有顯著差異，從而得出教師不是影響教學(xué)質(zhì)量的首要因素。教學(xué)方式的改進(jìn)是提升教學(xué)質(zhì)量的重要方式，翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方式改變了以往教學(xué)模式，使學(xué)生由被動(dòng)變主動(dòng)，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)“三次握手”協(xié)議的理解程度，提高學(xué)生分析能力和實(shí)際操作能力，提升了教師和學(xué)生的溝通機(jī)會(huì)，使課堂氣氛變得活躍，不再是老師為主導(dǎo)的課堂，而是以學(xué)生為主的課堂。

3 結(jié)論（Conclusion）

“三次握手”協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)編程的理論基礎(chǔ)，理解它對(duì)提升學(xué)生編程實(shí)踐能力具有重要意義。原有的教學(xué)方法使得學(xué)生被動(dòng)接受，之后容易忘記其基本原理。翻轉(zhuǎn)課堂模式發(fā)揮了學(xué)生的主動(dòng)性，設(shè)計(jì)了翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)了學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力，使學(xué)生從生疏到熟練，再到精通，能夠真正理解“三次握手”協(xié)議，為實(shí)踐編程奠定基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：

趙甫哲（1974-），男，博士，副教授.研究領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能分析.

崔建群（1974-），女，博士，教授.研究領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化.

王明安（1970-），男，碩士，講師.研究領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能分析.endprint