关键词：计算机网络；实验；教学
中图分类号：G642 文献标识码：B
1前言
“计算机网络”是高等院校计算机学科的重要专业基础课程，电子科技大学的“计算机网络”课程最早开设于1980年代初期，自2004年起，课程组承上启下，进一步对课程进行整体规划和改革创新，积极探索科学的教学方法，采用国际优秀教材，进行精品课程建设，并于2007年获四川省精品课程建设项目支持。该课程理论与实践结合紧密，因此教学与实验的结合是必然，课程组在“计算机网络”精品课程的建设中，分析近年网络课程实验教学实际存在的问题，积极探索理论和实验合理搭配的新方法，努力实现科学地结合课堂实验与课外实验，并从实验开设多方位、多元化等方面下功夫，力求在网络发展的新形式下真正让该课程理论教学与实验开展相互促进，从而提高整体教学效果。
2 “计算机网络”课程实验教学实际存在问题
现在计算机网络的应用无处不在，计算机网络的实践价值显而易见。学习网络知识要能够通过实际的动手操作来消化书本上抽象难懂的理论，并最终在掌握理论基础后能够分析和解决实践中遇到的问题。但是，在这门课程的实验教学中还存在不少实际问题，主要如下：
(1) 网络课实践性强，但实验课时偏少
在高校中，由于学生学习任务繁重，大多数课程的课时都比较紧张，“计算机网络”这门课程的实验课时一般只有8~12个，实在有限。在这紧张的实验课时内，只有用心设计和搭配实验，才能在有限的时间内达到事半功倍的效果。
(2) 理论课重视理论灌输，但忽视实验与理论的有机结合
教师在网络课程的教学中，常认为理论和实验课有着明确的分工，因此在理论课上往往只注意理论知识的分析和灌输，忽视了课堂上实验与理论的有机结合。其实在理论课中合理搭配和穿插相关的实验很重要，我们的教学经验也证明，理论课上结合教学进度开设一些短小紧凑、和教学结合紧密的实验，当其设计合理时，能大大提高教学效果和教学效率，并不会因为实验而耽搁课程进度。
(3) 实验内容单调
当前网络课程的实验内容开设往往偏于单调，通常过多的集中于组网建网等工程性较强的实验。这类实践内容对提高学生的实际动手能力确实很有帮助，但由于总体实验内容不够丰富，而网络的内容却是多姿多彩，导致主要依靠这类实验对学习网络知识的帮助不够全面。既然计算机网络在各个层面、各个领域都有着广泛应用，那么只有开设多层面的实验，才能让学生能够客观地认识到一个真正的计算机网络。
(4) 实验空间局限
传统的方法主要集中于实验课，而实验课时本身又有限，导致难以在这有限的实验空间内展开丰富多彩的实践，因此除了实验课外，还应该积极探索通过各种方式扩展实验空间。
3对“计算机网络”课程实验教学建设的建议
针对上述问题，结合课程组在建设网络精品课程中的实际经验，现对“计算机网络”课程的实验教学建设作出几点探讨。
(1) 理论课上合理穿插实验
网络中的原理一般都和实践结合，在理论课上要积极创造演示实验的条件，如配备多媒体演示设备，教室内开通网络，安装一些经典的网络软件、配备一定的网络设备等。课堂实验可以有几种方式：
教师演示实验。教师可以通过课堂实验演示抽象的知识。课堂上真实的演示，激发了学生的兴趣，增加了信息的来源。同时，通过教师的课堂演示后，学生可以在课后模仿进行，并且可以在课堂实验的基础上更加深入。例如，对于TCP三次握手建立连接的讲解，教师在课堂上可以打开IE浏览器，通过协议分析软件抓取访问Web服务器的报文，由于通过HTTP协议访问Web服务器是建立在TCP网络连接的基础上，因此必然获得TCP三次握手的报文，再给学生逐一分析每次握手的报文特点、三次握手的顺序等知识点，通过这种方式教学，学生对HTTP协议以及TCP协议同时都有了直观的了解。
学生操作实验。课堂实验并不局限于教师演示，也可以让学生主动操作。例如网络中软件的体系结构有C/S模式和P2P模式，每种方式的工作特点和原理不一样。由于学生对常见应用软件的使用比较熟练，我们可以让学生在课堂上对基于两种方式的代表性软件进行操作使用，如使用FTP软件和BT软件下载文件，并把重点放在让他们分析这两个典型应用的实际网络原理上，加以区分和总结。这样的教学方式，比单纯的说教讲解能达到更好的教学效果，同时调动了学生的积极性，并且通过让学生操作，教师能够察觉他们存在的问题，便于对症下药。
教师提出案例，由学生设计实验。这种安排，主要是紧密结合课程进度来考察学生对所学知识的理解和应用能力，在课堂上由教师提出相关案例，请学生在课后设计并实施，待下一次课堂上让学生汇报和分析他们的实验情况。例如，由于学生寝室通常具备有多台电脑和一个出口路由器的条件，对于“NAT网络地址转换”的教学，教师在课堂上进行基本原理的讲述后，完全可以给出相应的实践任务，让学生在课后设计和实施，最后回到课堂上分析他们的实验结果和问题。
(2) 实验开设多样化
针对以往实验内容单一、偏重于工程化的问题，我们经过实践和总结，认为网络实验开设应该多样化，除了工程类实验外，实验内容还可从多个方面开展。主要几个方面的实验具体开展概要如下：
工程类实验。这类实验是以往网络实验的主要内容，主要涉及组网建网实验，如局域网的搭建、跨交换机划分VLAN，使用路由器进行点对点通信等等。这些实验需要相关的硬件环境支撑，所以要充分利用实验室具备的条件，强调学生平时因条件限制无法开展的实验，突出工程化的特点。通过这类实验使学生了解了网络是怎样组建的，用到哪些设备和技术，各种网络设备有什么特点，这些设备又是如何配置的。从而使学生能真正以网络管理者的身份介入网络，理解协议的实际运用，积累一定的实际工程经验，提高理论应用于实际的能力，缩短所学与所用的距离。
协议分析类实验。这类实验主要是应用协议分析软件(如Ethereal)，或专门的协议分析仪(如Optiview)，对典型的网络协议如HTTP协议、DNS协议、IP协议、RIP协议等进行分析。在实验前教师可以给出明确的目标，要求分析具体协议的哪些方面，要求学生通过协议分析完成和掌握什么内容等。例如针对HTTP协议，要求通过协议分析掌握HTTP的作用、HTTP的工作原理、HTTP执行过程、HTTP的请求与应答消息的格式、持久连接与非持久连接的区别等。在有了类似的相关指导下，学生就能够做到条理清晰、分析全面。
网络程序设计类实验。这类实验让学生在了解网络协议、网络软件的工作原理的基础上，动手设计实现网络程序。实验前由教师给出网络程序要实现的功能、基于的基本原理、具体的主要步骤等。例如，编程实现一个简单FTP服务器：要求在熟悉FTP协议原理的基础上，设计和编程实现一个简单的FTP服务器，可以设计相应的客户端来测试服务器的工作。通过这类实验的开展，让学生学习网络知识不再停留在理论认识上，通过编程实践深入掌握协议的细节和内部实现，对网络知识的掌握迈上更高台阶。
综合设计类实验。这类实验往往需要多个方面知识的结合，可能涉及以上几个方面实验的综合应用，具有一定的难度和工作量，可以考察学生对知识的综合掌握情况以及分析和解决问题的能力。
(3) 拓展实验空间
以往的实验空间通常局限于实验室，我们认为对于工程性强的实验，要充分利用实验室的硬件条件，主要将其安排于能够提供相关实验环境和硬件设备的实验室内。此外，要结合具体的实验类型，克服实验课时有限的困难，从多方面拓展实验空间，具体的扩展方法除了在理论课上合理穿插相关实验外，还包括以下措施：
积极开展难度适当的课后实验。有的实验所需要的条件简单，难度适中，花费时间不多，例如协议分析类实验，可以作为学生的课后实验。教师要注意配合理论课程的开展，结合课程进度适时给学生安排，能够强化课堂的教学效果，学生需要提交实验报告，以便教师能发现存在的问题并加以指导。
开发综合性课程设计。这种实验需要在掌握原理的基础上对知识进行综合运用，一个实验往往涉及多个知识点的融合，无法在短短几个课时完成，因此可以作为“计算机网络”课程的配套课程设计。一般可由教师给出几个典型的课题，由学生根据自己的兴趣爱好选择相关课题。这样的实验例如基于ICMP协议的Traceroute程序编写、RIP协议的仿真，电子邮件用户的编程实现等。由于这种实验具有一定的难度，对学生的动手能力和自学能力是一个考验，设计过程中需要教师和学生的多次沟通交流。这种实验可培养学生综合运用知识解决问题能力，把网络知识融会贯通到实验中。作为激励，学生完成这些实验可修得相应的学分。
举办网络实践竞赛。在开发综合性课程设计的同时，针对那些难度大、工作量饱满的实验(如实现和测试可靠的UDP传输、网站的设计和搭建、网络聊天软件的设计和应用等)，让学生成立实验兴趣小组，学生根据兴趣特长自由组合，通过小组内分工协作，靠团体的力量来完成任务并参加比赛，根据任务完成情况，学生可以获得学分及物质奖励。
4结束语
理论与实践的结合是“计算机网络”课程教学的必然之路，但是结合的方式应该从目前实际情况出发，克服存在的困难，注意科学化、合理化、多样化，使得“计算机网络”的实验教学结合实际环境，紧跟计算机网络的发展，不断更新与进步。
参考文献
[1] James F.kurose, Keith W.Ross. 计算机网络-自顶向下方法与Internet特色(第3版)[M]. 北京:机械工业出版社,2005.
关键词：计算机网络原理；精品课程立体化建设；MOOC；翻转课程教学模式；微课设计
1.概述
MOOC（massive open online courses）即“大规模开放在线课程”或“慕课”。2011年美国斯坦福大学Sebastian Thrtm教授开设的免费课程“人工智能导论”（introduction to artificial intelligence）吸引了190个国家16万学生网上注册学习，从而使得大学课程及课程资料通过网络免费开放，真正带来了大规模的在线课程学习。可汗学院（Kahn Academy）推出的在线视频课程涉及数学、历史、金融、物理、化学、生物、天文学、计算机科学等科目的内容，吸引了全世界数以千万的学习者注册学习。伴随着MOOC的发展，“nippedclassroom”即“翻转课堂”教学模式开始流行。所谓翻转课堂是指教师提供课程视频等教学资源，学生课前观看视频等教学资料完成课程知识学习，教师在课堂上组织学生对视频课程内容进行深入交流讨论并完成作业习题和答疑解惑的教学形态。这种教学模式颠覆了教师课堂讲授、学生课后作业的教学模式，将传统课堂中知识讲授放在课外完成，知识的内化吸收转移至课堂时间完成。
MOOC和翻转课堂是借助于互联网而产生的新兴教育模式，吸引了全球教育工作者和学习者的关注，大规模互动参与、开放共享教学资源的在线课程教育模式，给高校教育带来了冲击和挑战。基于MOOC理念，以山东省精品课程“计算机网络原理”建设和改革为契机，提升课程开发、教学设计和实施能力，促进“计算机网络原理”课程教学模式的改进，激发学生学习兴趣和主动探索性，培养学生创新能力，提高课程教学质量和教学效果。
2.MOOC和翻转课堂带来的教学模式改变
相比传统的教学模式，翻转课堂教学模式有如下3个方面的不同。师生角色的变化：教师不再是传统的课堂知识传授者，而是作为课堂的组织者，引导学生在课堂上进行交流讨论完成知识消化和吸收。学生从传统课堂上被动的听课者变成课堂交流讨论的主体。教师通过学生课堂交流讨论和习题解答的具体情况，进行课程重点难点知识再梳理或安排答疑解惑来组织课堂教学。②课程教学资源建设的不同：传统课程教学的主要资源是教材和课程课件，而翻转课堂教学的基础是课程教学视频、课程网站和相关课程辅助教学材料的建设。教师根据课程教学大纲和专业学生的具体情况录制教学视频用于学生课前学习，并为学生制作与教学视频相关的多媒体教学课件、习题测试和辅助教学资源。课堂时间的安排：翻转课堂教学模式是通过减少教师课堂教授时间，增加学生课堂参与讨论交流的时间，在课堂上通过学生之间、师生之间的交流与协作来完成教学任务。即将传统教学模式中教师课堂教授变为学生课前观看视频学习；教师通过精心设计课堂讨论内容和话题，让课堂时间真正最大化和有效化。
翻转课堂的教学理念来源于建构主义理论（constructivism）。建构主义理论强调教学应以学生为中心，教学建立在学生对知识的主动探索、主动发现和对所学知识的主动建构，学生在一定的情境中借助教师或同伴的帮助，利用必要的学习资料，主动学习获得知识。翻转课堂理念混合了教师重点讲解和建构主义学习，使教师成为学生身边的“指导者”而不是讲台上的“圣人”；学生可以灵活选择观看课程视频的时间和地点，激发其课前主动学习和课堂讨论积极性；增加课堂上学生和教师之间的互动和个性化交流时间，让学生得到个性化教育。这种翻转课堂的教学模式体现了“以学生为学习主体”的思想。结合传统教学中易于课程知识体系化和具体化的优势以及翻转教学易于增强学生创新性、主动性和个性化培养的优势，在“计算机网络原理”教学中融入MOOC理念和翻转课堂教学模式，确立“教师重点知识引导和学生自主学习”相结合的课程教学模式。
3“计算机网络原理”精品课程立体化建设
“计算机网络原理”是计算机类专业的核心必修课，是一门理论与实践并重、跨学科、知识面广的专业课程。课程教学中确立教师教学的主导地位和学生学习的主体地位，教师不再只是传统意义上的知识传授者，而是知识学习的指引者和引路人，给予学生更多自主学习和探索的空间，引导学生课前观看课程视频、课上进行小组讨论和协作探究、课后思考拓展。
“计算机网络原理”精品课程立体化建设包含：课程知识体系和教学课件优化调整、课程网站平台构建、微课教学设计、教学辅助系统开发等。通过“计算机网络原理”精品课程的立体化建设，可以有效保障学生做好课前预习、参与课堂交流讨论、增强课后实践反馈3个教学环节。
3.1课程知识体系优化调整
为适应计算机类学生的培养目标，“计算机网络原理”课程要求学生掌握计算机网络的基本概念、基本原理和基本方法；掌握计算机网络的体系结构和典型网络协议；了解典型网络设备的组成和特点，理解典型网络设备的工作原理；能够运用计算机网络的基本概念、基本原理和基本方法进行网络系统的分析、设计和应用。以谢希仁的《计算机网络（第六版）》作为教材，基于传统教学与翻转课堂教学相结合的理念，重新梳理课程知识体系。按照计算机网络层次参考模型学习各层的功能、原理、算法和协议，围绕网络各层协议数据封装和各层典型设备组成结构原理这两条主线对课程核心知识点进行组织，确立传统教学与翻转课堂教学知识点比例大致为3：2，课程核心教学知识点划分如表1所示。在教学内容组织方面，强调计算机网络原理是根本，Intemet技术是实例。
3.2课程网站平台建设
课程平台建设是精品课程建设的主要内容。“计算机网络原理”精品课程网站提供了课程主讲教师介绍、课程描述、教学大纲、授课教案、多媒体课件、主讲教师教学录像、实验指导、作业解答、课程参考资料、常见问题解答、研究型教学文档等教学资源，并链接课程检测习题供学生自我测试。主讲教师课程视频（如图1所示）是保障学生课前预习、参与课堂讨论交流的基础。学生通过课程平台可以下载课程课件和参考资料，在线观看教学视频，开展网上讨论，课后通过课程网站平台提交作业或学结报告。
3.3微课教学设计
针对课程的难点和重点设计微课教学案例（包含背景、教学目标、教学内容、教学方法、教学总结等），录制微课，便于学生利用碎片时间通过微课学习巩固课程的重点难点内容。
广域网分组转发机制的微课教学案例设计如表2所示。
3.4课程教学辅助系统
掌握计算机网络分层参考模型的各层功能、协议和算法，是学好计算机网络原理课程的关键。由于网络原理协议众多且抽象难懂，设计一个简单实用、直观形象、交互性好的课程教学辅助系统可以帮助学生直观地学习课程内容。利用Authorwarer的交互图标、计算图标和编程接口，通过程序片段的有效嵌入，可以模拟仿真网络原理和协议的复杂工作过程。基于Authorware开发设计了3个功能模块：①课程学习模块用于满足课程学习任务；②习题检测模块用于检测学生对知识点的掌握；③课堂助手模块提供学生考勤、教学公告、轻松驿站等辅助信息。
课程学习模块设计实现了3种信息交换、数据链路层停止等待协议、网络层带有子网划分的分组转发过程、地址解析协议ARP、传输层三次握手的连接过程、应用层STP生成树协议、DHCP动态主机配置协议等计算机网络的典型网络协议和过程原理。使用子网掩码的分组转发模拟过程如图4所示嘲，当用户手动输入主机H1（IP地址为128.30.33.13）要发送分组的目的IP地址为128.30.36.62后，可以仿真模拟分组数据的转发过程，使学生更加直观地掌握分组转发过程的工作原理。
教学实践证明，学生使用这套课程教学辅助系统更易于学习掌握抽象的网络协议、工作过程和算法原理，更好地培养分析问题能力和研究实践能力。
在这样的背景下，福建省打破地区、学校独立、分散、重复建设资源的模式，实行集中、统一、规范、系统建设优质资源，实现城乡学校全面共享，由分散建设使用向大集中大共享机制转变。使优质教育资源得以快速、高效、便捷地扩散，让更多优秀教师的课堂教学搭乘网络快车得以实现。
2013年3月4-14日，我省首次举行网络直播名师课堂活动。活动邀请我省著名特级教师、高级教师进行高考复习专题讲座，主课堂设在福建教育学院，各市、县（区）教育局、省属学校设立分课堂，统一通过互联网登录福建省教育厅网上学习中心（http：//）组织教师收看。9个高考学科的18位经验丰富的一线教师分享高考复习经验，17350多名高三教师共进名师课堂。
建设过程中，我们注重优质教育的分享、探索、验证，并适时加以规范、深化和升华。
分享方面，2013年3月19日-5月23日，每周二、四下午15：00-16：30，省教育厅网上学习中心展播福州市名师工作室优质课，安排小学到高中共12个学科36堂课，全省各地教师进修学校教研员和中小学相应学科教师通过省教育厅网上学习中心在分课堂收看。
探索方面，针对课改、教改，2013年5月17日，在三明市大田县举办“先学后教・高效课堂”网上教研直播，直播中小学语文、数学教学教研活动，请教育部福建师范大学基础教育课程研究中心专家、特级教师现场点评，光泽县、华安县、龙海市、德化县分课堂教师网络点评。
在验证方面，2013年6月17日，在厦门市湖里区举办“先学后教・反馈矫正”网上教研直播，直播厦门市蔡塘小学、厦门市江头小学等学校教学教研活动，介绍教学改革经验和区域教学改革实践与探索。网上直播和区域教研相结合。
及时加以规范很有必要，2013年6月，省教育厅出台文件，要求做好2013年秋季名师优质课网络教研展播筹备工作。9月12日，名师优质课网络教研展播活动开播，一大批教师走上网络讲台，跨时空网络教研名师与各地教师分享教学经验，建立规范化网络教研制度，在网络（集体）备课基础上，引入备课、上课、听课、说课、评课等环节，开发和利用网上教育资源，建立开放、动态、交互的福建省网络教研平台（http：//）。
在深化方面，2013年11-12月，我省首次举办名校课堂直播活动，面向全省网络直播福州一中、福建师范大学附中、晋江养正中学、南京师大附中等省内外名校教师主讲课堂50多节。2013年12月9日，首次举办小学综合实践活动常态教学专递课堂，全省1200多所学校收看。有《走进树叶吹奏艺术》、《厕所的探究》、《方糖与肥皂的秘密》等六节课。
为了升华这一探索成果，2013年12月27日，省教育厅出台文件，推动信息技术在课堂教学中的普遍应用，建立共建共享新机制， 要求做好2014年全省优质教育资源共建共享工作，除名校课堂、名师课堂、专递课堂外，资源共建共享工作拓展到阳光高考名师讲堂、校长论坛、网络演讲和专题讲座等。积极探索中小学生艺术表演节目网络展播、微课程资源、翻转课堂建设，网上送培下乡，推动利用信息化手段创新教学方法、创新课堂组织形式、创新人才培养模式。
2013年以来，依托省教育厅网上学习中心，大力推进专递、名师和名校等三大网络课堂建设。全省展播出名师优质课230多节，组织68个县（市、区）教研团队参加在线评课；内外名校教师主讲课堂50多节；向全省2500多所学校推送综合实践活动常态教学专递课堂。先后组织大田县、湖里区等地40多所学校教师共同开展“先学后教・高效课堂”、“先学后教・矫正反馈”、“同课异构”等跨区域网络教研、艺术表演、网络演讲等展播活动。网络主题论坛有67所学校参加，学校涵盖大、中、小学及幼儿园，论坛内容主要围绕学校管理、教师队伍、人才培养、教研教改、校园文化等主题。
我们自问，做技术、管理的人能不能做教学的信息化呢，做的时候应该重视哪些方面呢？站在福建省教育管理信息中心的角度我们进行了总结，具体体会有以下三个方面：
一、平台的架构功能和应用
1.平台的架构
基于电信级通信的多媒体远程交流平台，模拟真实的课堂情境，整合了音频、视频、数据同步共享、即时通讯等互动功能于一体，引入全新的互动应用理念，实现在线课堂、远程培训，通过优质的师资团队、创新的课程直播模式、强大的课堂管理功能，真正实现“离校不离教”。
能为三个网络课堂提供丰富的课程展示工具，搭建了互联网特色的教学环境，能实现在线实时互动教学（如同步课堂、课外答疑辅导等），将教师的授课活动实时直播给听课的学生，使课堂内的所有学生均可同步共享到教师的直播课程及相关优质资源，并可参与实时视音频教学互动；可容纳万校同时上课，突破地区名师资源有限的瓶颈，跨越时空，利用先进的信息技术，集结成强大的区域优秀师资力量，促进了优质教育资源均衡化。
教育主管部门：平台解决了教育资源不均、优质资源难以共享问题，促进了优秀教师资源科学、合理配置。学校方面：给教师提供展示、交流、学习的平台，还能使教研活动工作制度化、规范化，让各级、各层次学校发挥最优的组织作用和管理效能。对于一般学校，特别是农村学校，希望能经常看到优秀教师的讲课。教师方面：教师既有适合个性发展的自我空间展示、学习，又有相互交流，使教师的个体专业化成长与群体的发展有效结合起来，提升自身的业务能力。学生方面：解决学生希望聆听优秀教师上课的难题，打破传统授课带来的直接面对面的学习压力及紧张情绪，激发学生的学习兴趣，主动探究学习内容。利用网上学习中心也是辅助学业的一大工具。
2.平台功能
有别于传统视频会议，与基于硬件的视频会议相比，是软件的解决方案（见表1）。无需投入高昂的成本，用普通的PC机、标准的视频采集设备、耳机和麦克风就能进行基于Internet的虚拟会议，以及功能强大的数据协作功能（文档共享和标注、白板共享、屏幕截取共享、桌面共享、远程控制等），轻松实现远程网络授课、协作交流、远程会议等，有效地节约时间和经费，提高工作效率。
3.平台的应用
（1）网络保障
宽带网络是教育信息化建设的基础。数据中心全面完成多网络千兆光纤接入，配备了智能域名管理设备，电信、联通、移动、国家和省教育网实现网络互联之后，进行业务应用系统优化配置，实现不同网络、不同运营商、不同应用系统之间的业务互通，用户之间可共享和平滑使用网络服务与资源。全省学校无论使用任何一家宽带网络都可以共享名师资源。网络互联示意图如图1所示。
2014年由省级财政统一购买服务，为农村中小学校提供20M专线光纤电路带宽，其中，6M为视频专网，可上公网的14M为教科网专线。确保到2014年底全面完成宽带及教育视频网接入每所农村中小学校的教室，确保优质教育资源能覆盖到农村中小学，实现义务教育均衡发展。
（2）服务器部署
服务器部署方面支持分布式结构、动态级联扩容技术，可根据实际需要在地市一级部署，这样充分利用了局域网的带宽而减少了Internet网络带宽的应用，这样也节省了昂贵的网络带宽费用。福建省教育厅网上学习中心现采用集中部署的方式，在教育厅数据中心机房部署一组16台服务器，支持一万个客户端同时登录交流互动。（见图2）
（3）应用模式
①慕课式直播。这种方式重点展示教师的教学课件和主讲的声音，对视频的要求比较低，因此不需要大型的视音频设备，只依靠普通的PC机+摄像头+耳麦，或者只用一台自带摄像头和耳麦的笔记本电脑，利用平台的协作功能就可以实现互动交流。②教研式直播。主要是指上课的教师在专门的场地或教室，利用比较专业的摄像机、麦克风、回音消除设备等，将现场的情况通过网络直播；与会者可以通过网络收看现场的实时情况，也可以通过摄像头、耳麦等桌面设备与会场保持交流沟通。这种方式是传统培训模式与现代通讯技术结合的产物，与纯桌面型方式相比，对会议室的场地、视音频设备、网络带宽的要求都比较高。③互动式直播。适合大型的网上会议或异地上同一节课。这种情况因为参与人数众多，因此建议以学校为单位登录系统，即把同一个学校需要参加上课的学生集中到同一个会议室或多媒体（录播）教室，利用投影仪、音响等视音频输出设备，将电脑接收到的主会场情况展示出来，供全体学员共同观看。这种情况，除了主会场需要配备比较专业的视音频设备以外，分会场也要建设相应的多媒体教室和配备视音频采集设备。
二、优质资源的共建与共享
1.共建共享的基本条件
要使每一个基本具备网络条件的学校和教师能运用信息技术实现优质教育资源的共享成为教学、教研活动的常态。①每个县至少有一间直播教室，创造条件在幼儿园、小学、初中、高中分别建设直播教室。②每所学校（特别是农村学校）至少有一间多媒体教室，独享带宽4M以上，能高质量收看网络课堂。③教师进修院校至少一间网络教研教室，独享带宽4M以上，配套较好的音视频采集设备，能参与全省的网络教研活动。④每一所学校至少在福建省网络教研平台建立一个工作室，成员有8～10人，并组织开展每月一次的网上交流研讨活动。
2.“三个课堂”建设内容
如何最大限度地利用好共享平台上提供的优质的数字化资源服务，进一步深化素质教育、推进课程改革、提高教育教学质量。 名师课堂，指组织特级教师、教学名师开设网络课堂，形成更多更好的优质网络教育资源，探索网上教研活动的组织形态，使名师资源得到更大范围的共享。名校课堂，指利用网络课堂的形式，使名校丰富的教育资源更多更广地扩散，让更多的学生受益。专递课堂，指利用网上同步上课的方式，使边远地区上不齐课、上不好课的农村学校与拥有相对丰富教育资源的城市中心学校同上一堂课。
3.优质数字教育资源的标准化
一是建立数字化优质资源基本标准，学科教学整合课例要求画面清晰，色还原准确；构图讲究，能及时呈现教学内容；画面播放流畅无停顿，声音清晰，讲话、音乐不失真，无不良的视觉、听觉效果。二是多媒体课件制作标准，多媒体课件界面应布局合理，窗口大小应适当，不宜过大或过小，整体风格统一，色彩搭配、协调，视觉效果好。若是交互性动画，操作应方便、灵活，交互性强，启动时间、链接转换时间短。三是多媒体教案编写标准和资源上传标准，教案内容符合新课程标准要求的教学设计，上传文件为pdf或doc格式，大小不超过50M。
4.教学环节的数字化
传统的校本教研、集体备课等教研方式，局限性很大，而网络教研实现了跨区域、大范围、多层面的交融。网络教研通过备课、上课、听课、说课、评课等环节，开发和利用网上教育资源，在教学过程、教学资源、教学评价、教学管理等方面，建立系统的崭新的教研模式。教师可以在自己的学校里跨时空进行即时的异地教研和研讨培训，通过网络跟名师、教研员互动，随时随地向高手请教，与同行交流，不出门就能拜名师。
备课：备好课是上好课的前提，备课要做到个人备课和集体备课相结合。教师在钻研教材、了解网络教学特点的基础上，根据教学目的、内容、学生实际等选择最佳的教学方法，利用信息技术挖掘网络教育资源，改变传统备课方式，编写教案、习题，制作课件，完成课前的各项准备工作。
上课：上课是整个网络教研的中心环节。具体要求是教学目标明确具体，教学内容正确适当，教学方法灵活运用，教学结构严谨，教师语言简洁生动、教态亲切自然，教学效果良好。通过省教育厅网上学习中心直播或录播，并做到视频音质清晰、图像稳定、构图合理，注意多机位拍摄应用。
听课：县（市、区）教育局教研和信息化部门有关人员成立相应工作小组，具体承担当地网络教研的日常组织管理工作。教研部门组织相关学科教师，指定时间、地点集中收看收听；信息化部门做好网络联调测试和应急情况处置；参加听课教师提前熟悉教材，熟练掌握网络教研的基本方法。
说课：通过说课，让授课教师说教学意图，处理教材的方法和目的，让听课教师更加明白应该怎样去教，为什么要这样教。从而使教研的主题更明确，重点更突出，提高教研活动的实效。还可以通过对某一专题的说课，探讨教学方法，提高教学效率。
评课：由县（市、区）学科教研员牵头，学科核心团队成员协助，各学校教师参与。要着眼于调动教师的教学积极性和主动性，帮助和指导教师不断总结教学经验，使教师从多渠道获取信息，不断提高教学水平。要根据课堂教学特点和班级学生实际，与听课教师在线共同分析研讨，突出重点，集中主要问题进行评议和研究，增强说服力。
网络空间：教师在平台上建立个人网络空间和主页，根据学科特点，自由增设栏目、资源类别，更换主页风格，也可以跨区域建立教师工作室。目前教学资源涵盖学前教育、义务教育、高中教育，包括各学段各学科的部分说课评课、论坛讲座、专递课堂、名校课堂等课堂实录，并有与之相关的教学论文、教案课件等，成为教研交流、学习和展示的阵地。
三、可持续发展的机制建设
1.完善“三个课堂”建设机制
围绕开足开好国家规定课程，使全省50%以上中小学实现“班班通”。通过“专递课堂”，集中力量开发短缺课程，探索城乡学校利用网络“同时备课、同时授课、同时作业、同时考试”。用 “名师课堂”和 “名校网络课堂”，推动优质资源在全省快速共享，提升教师的信息技术综合应用能力。
2.建设优质教育资源建设管理系统
积极构建利用信息化手段推动教师积极主动参与教学教研模式的改革创新有效机制，加快内容建设与共享，把更多更好的优质教育资源挖掘出来并实时更新，建立3000名省级网络骨干教师队伍，开放千节名师、名校网络课程，精心制作一批翻转课堂和微课堂，建设全省全学段数字化精品资源，在“为什么干”上要抓紧，“干什么”上要抓准，“谁来干”上要抓实。
3.强化信息技术与教学的融合
全力推动信息技术与教育教学的相互促进，将信息技术融入到教育教学的全过程，运用信息技术逐步改变原有的教育教学过程与模式，实现以知识传授为主的教学方式向以能力素质培养为主的教学方式的转变，最终达到提升教育教学效率和质量的目的。
关键词：多媒体网络教学；现代教育技术；教学改革
中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1673-9094-（2016）04C-0030-04
高校教学质量直接关系到社会主义建设人才的培养，人才培养质量是关系我国现代化建设步伐的重要因素。因此，高校教学改革始终是国计民生中的关键问题。随着信息化教育的发展，高校教学过程中信息技术和多媒体技术的应用日益广泛，从某种程度上说，其代表了高校教学改革的发展方向。并且，教育部的“教育质量工程”也对多媒体网络教学资源建设提出了明确的要求，体现在教高[2007]1号文《教育部财政部关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见》[1]以及教高[2007]2号文《教育部关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》。[2]此外，2011年，教育部和财政部共同印发的《高等学校本科教学质量与教学改革工程》也对其建设需求提出要求。因此，高校多媒体网络教学作为现代教育技术应用于高校课堂的主流模式，其发展态势及存在利弊需要成为高校教学改革中着重研究的关键问题。
一、高校多媒体网络教学现状及问题剖析
（一）多媒体网络教学的内涵及外延
多媒体网络教学是指应用现代教育技术中的多媒体和网络技术，通过多种媒体教学信息的收集、传输、处理和共享来实现教育教学目标的新型教学模式。[3]针对传统教学模式中单一的语言传输知识方式的弊端，依据视觉信息媒介对知识接收过程的突出作用，多媒体网络教学提供了听觉和视觉同步的信息接收模式，是基于计算机网络环境下开展的教学活动进程较为稳定的新型交互式教学模式。然而，依据教育教学中“形式为内容服务”的基本原则，多媒体网络教学对于教学活动的基本作用需要谨慎思考。相对于传统教学模式，多媒体网络教学应体现其“锦上添花”的补充机制，而非“画蛇添足”的消耗机制。因此，传统教学与多媒体网络教学相结合是目前高校教学中常见的课堂教学方式，如何扬长避短以求相得益彰，这成为高校教学效率提升探索中的重要问题。
（二）多媒体网络教学模式及优势
当前，高校对多媒体网络教学的探讨日渐丰富，归结起来，根据网络覆盖范围以及高校教学特点，多媒体网络教学模式分为基于教室局域网的多媒体教学模式、基于多媒体校园网的教学模式和基于Internet 的多媒体教学模式三种。[4]各模式的基本功能及优点可概述如下：
1.基于教室局域网的多媒体教学的典型形式就是多媒体网络教室，通过视觉、听觉同步教学手段使学生多种感官参与学习，提升了知识接收效率，能够同时满足多媒体课件的示范教学、听力教学和语音教学。此外，还可进行单独对话、远程辅导、电子举手、批量传输教学文件及在线作业批改等。
2.基于多媒体校园网的教学典型形式是校园网，是前述模式的扩展和延伸，提供了校内线上学习网络课程、上传课件讲义、在线批改作业、网上辅导与答疑、搜索网络教学资源库中的学习资源以及电子书籍等多种“教”与“学”互动方式，突破传统教学的时空限制，再现教学情境，实现协作互助，拓展教学环境，凸显了网络教学的“高开放性”。
3.基于Internet 的多媒体教学的典型形式是远程教育，是校园网教学交互平台至互联网的拓展和延伸。此外，还有虚拟教室、虚拟大学、虚拟校园等多种教育平台，在降低时空约束的基础上，还扩大了教育受众面，提升了教育资源的共享性。
（三）高校多媒体网络教学中存在的问题
尽管多媒体辅助教学中丰富的动画及图片资源带来的视觉冲击较大程度弥补了以往“粉笔加黑板，教师一言堂”的传统教学模式的诸多不足，众多高校纷纷引入各类型的多媒体网络教学模式及相应的硬件设施。然而，发展过程中依然暴露诸多问题，归纳起来可有以下几点：
1.教师与学生“教”与“学”的过程相对割裂，教师教学过程“一言堂”式教学仅仅是由讲授加板书转变为单纯课件展示，教师主体地位下降，学生主动程度并未提升，并且，教学过程情感内涵不丰富，导致教学过程的师生互动体验性较差。
2.教师队伍中年纪较大的老教师对现代教育技术掌控能力和使用水平参差不齐，对多媒体教学仅限于形式上的应用，而对关键内容的展示方法与突出效果的表达尤为欠缺，更毋庸提及网络教学资源的完善与更新，在多数高校中此种情形较为普遍，因此带来多媒体网络教学虚有其名。
3.对多媒体网络教学这种新型教学模式的跟风与逐利心理，以及多数高层次高校教学资源的有限开放性导致各大高校多媒体网络教学资源的重复建设。此外，由于地区间经济差异及高校层次差异也会造成区际和区内教育资源的分配不均，进而导致教育教学条件的马太效应。[5]
二、提升高校多媒体网络教学质量的对策
针对前述高校多媒体网络教学模式中既有不足，在研读分析现代教育技术在课堂教学应用领域的诸多文献，对所在高校多媒体网络教学课堂进行实地调研的基础上，结合自身多年高校教学工作经验，笔者提出提升高校多媒体网络教学效率的对策与建议。
（一）鼓励注重双向交流和情感融入的综合型课堂教学模式
所谓综合型课堂教学模式是指将传统教学与多媒体网络教学相结合的课堂教学方式。该模式不仅集成了多媒体教学形象直观、生动活泼、化抽象为具体并能极大刺激感官体验的教学优势，同时也能兼顾传统“粉笔加黑板”教学模式的强逻辑推理性和重点突出性优势，并在教学过程中加强师生双向问答与讨论互动，同时教师注重情感要素的注入，以此形成视觉与听觉并举，理性与情感并重，形象性与逻辑性兼备的新型教学模式。
1.提升学生的知识接受能力和课堂教学效率需要以传统课堂教学辅助多媒体网络教学。原因在于，根据建构主义学习理论，在语言学习过程中，学习者是学习主体，语言学习是在相互作用的情况下产生的，教师是语言学习的指导者和组织者。因此，尽管多媒体网络教学在一定程度上体现了学习者的主体作用，并能够为学习者进行交互式的教学提供最好的条件，但仍然需要教师通过传统方式讲授和展示知识体系的逻辑架构以及单纯多媒体课件无法形象具体解释的重要知识点。例如在高等数学的课堂教学中，单纯的多媒体课件展示局限性十分明显，高等数学的课堂更需要教师与学生一起演算、推理，最终得出正确结论，与此同时，学生的理性思维能力也在演算、推理过程中得到提升。如果高等数学课堂采用多媒体技术，教师与学生也就失去了演算、推理的机会，学生的理性思维能力也难以得到提高。
2.增加师生双向互动能够调动学生的积极主动性，从而提升多媒体网络教学效率。第一，随着高校多媒体网络教学的日渐丰富，课堂教学内容在量上明显提升，部分教师受制于时间掌控不到位，往往机械地追求内容完整而忽视学生对课堂内容质的吸收，极大压缩甚至取消了课堂交流时间。根据加涅（Gagne）的教育信息加工理论，教学信息通道是一个由传输和反馈形成的闭合回路。反馈有助于教师了解学生对信息的接受情况，进而调整教学策略，纠正偏差。第二，课堂教学的理想状态是师生双向交流之间搭建知识传输的桥梁，且高校教育对象是成人，成人对某一事件或现象往往有自己的见解，因此教师需要在课堂上与学生建立起平等的对话关系，鼓励学生大胆表达自己的观点，同时还要引导学生自主探索发现，以此使学生更好地理解并掌握所学内容，并能学以致用。此外，师生双向互动增加还有助于拉近彼此之间的心理距离，利于良好的师生关系构建，进而有助于提升课堂教学效率。
3.教师注重情感因素的融入是提升多媒体网络教学课堂质量的有效手段。现今多媒体网络教学下的课堂尽管充满了各种现代科学技术，教师行为及语言对多媒体课件的依赖性日益严重，认为丰富的图片及多媒体动画比传统语言描述更具生动性。因此，多媒体网络教学课堂的情感投入相对较差。然而，巴普洛夫指出，积极的情感能促进学习活动的开展，学习不仅仅传递信息，而且离不开情感的交流。美国心理学家艾伯特・梅拉别恩也认为，教师的表情动作和语音语调会影响到93%学生的课堂教学效果。因此，教师对自己课堂教学中情感因素的关注与投入，比如，通过规范自己的语言，灵活调控自己的情绪并能辅以恰当的肢体语言等，均对课堂教学效果的提升有着积极影响。
（二）努力提升教师综合素养和教学过程中现代教育技术的运用水平
随着经济社会发展水平的不断提升，信息技术的迅猛发展，高校教师需要与时俱进，不仅需要不断提升自己的专业素养，深究教材，夯实专业知识和教学基本功，还应积极主动学习现代教育技术，将新事物新技术搬入课堂，丰富教学形式，充实教学内容。
1.学习多媒体技术，提升多媒体课件教学内容设计的科学性和合理性。部分教师对多媒体课件操作生疏，课件内容布局与知识点表达不合理等现象在高校课堂教学中并不少见。因此，建议教师在备课中应避免总菜单、次级菜单及分级菜单层次混乱，避免大篇幅电子文档式的文字课件或只有图片、视频、音频等单一内容的多媒体课件进课堂，避免多媒体和网页链接错误，按钮失效，课件、网页运行不稳定，超文本链接失败，图片使用不当等技术方面的问题。此外，建议高校教师在课件制作中注意配色方案的选取，重要知识点的凸显与表达，课件整体布局的统一性和逻辑性，这些都对学生知识接受程度具有明显的影响。
2.强化对高校教师的现代教育技术培训，提高多媒体网络教学资源的质量。建议对高校教师进行比较系统的现代教育技术培训，使其能够灵活运用现代教育技术的基本技能，能够灵活使用学校构建的多媒体网络教学平台，能够定期完善、更新课件资源，完成学生答疑，发挥多媒体和网络教学资源的综合载体功能。此外，提升多媒体课件在整体构思、具体表现形式等方面的科学性与合理性。
（三）积极推动高校多媒体网络教学资源的开放与共享
建议地方管理者积极探索高校多媒体网络教学资源的共享机制，推动高校多媒体网络资源建设的体系化，探寻鼓励高水平、高层次大学的优质教学资源的公开和共享，使得各层次高校能够共享优质教育资源。第一，可以缓解地域经济差异造成的教育资源利用不平衡，使得中西部地区的高校可以分享东部高校的前沿知识和教学资源；第二，可以缓解区域内部教育水平差异造成的教育资源利用不平衡和软硬件资源重复建设，使得一般高校可以分享一流高校的名师、教授的优质课堂；第三，各高校依据自身特色建设特有型多媒体网络资源库或教学资源共享平台，不仅可以凸显自身专业特色并扩大地区影响力，还能推动高校特色资源错位发展，避免同质化发展带来的恶性竞争。以此呼吁地方管理者能够对高校多媒体网络教学资源的开放与共享方面给予政策倾斜，推动其体系化建设进程。
三、结语
针对《高等学校本科教学质量与教学改革工程》提出的对网络视频课程和开放性优质教育教学资源建设的现实需求，多媒体网络教学对课堂教学方式的充实与丰富确实起到积极影响。随之相应出现的问题也不容小觑，包括单纯多媒体教学方式暴露的师生互动性不足与情感融入的欠缺，教师现代教育技术应用能力的不足与多媒体表达方法的生疏，以及高校多媒体网络教学资源的重复建设带来的资源浪费。针对这些问题，建议鼓励以传统课堂教学辅助多媒体网络教学，并能注重运用师生双向互动和情感因素融入的综合型课堂教学模式；鼓励教师学习多媒体技术方法，提升多媒体课件教学内容设计的科学性和合理性，对高校教师进行系统性的现代教育技术培训；呼吁中央或地方探索高校多媒体网络教学资源的开放与共享机制，推动体系化建设。需要指出的是，网络多媒体教学手段能够促进教学活动的开展，改善教学效果，但不能过度使用，否则就会对教学产生不利影响。因此，高校教师需要在教学过程中合理使用多媒体网络教学手段。
参考文献：
[1]彭新一，陆芳，郑道林.高校多媒体网络教学资源系统的建设及应用研究[J].电子科技大学学报：社会科学版，2007（6）.
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[3]李祁，孔波，邢翠芳.高校多媒体网络教学模式研究[J].计算机时代，2010（9）.
关键词：翻转课堂；无线传感网；分层路由协议；教学方案
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）04-0098-02
Research on Teaching Design of Wireless Sensor Networks based on Flipped Classroom
HE Dao-de， JIANG Tao
（School of Information Engineering， Guizhou University of Engineering Science， Bijie 551700， China）
Abstract： Wireless sensor network is an important basic course for the specialty of IoT. Because of its curriculum content computer network， wireless sensor and other related software and hardware technology， this makes it difficult to teach. Aimed at the above characteristics of this course， the flipped classroom model is used to design teaching programs in this paper. And we introduce how to design the wireless sensor network based on the hierarchical routing protocol， so as to provide a new teaching ideas and solutions for the Internet of things.
Key words： flipped classroom； wireless sensor networks； hierarchical routing protocol； teaching program
无线传感网是采用无线传感器为基本单元组成的一种新兴网络，它作为物联网技术的底层网络而得到高度重视[1-3]。在无线传感器网络中，首先需要不同类型的无线传感器在网络的底端获得数据或执行指令，然后由传感器将数据传递给汇聚节点（Sink），再由Sink将数据传入互联网等其他网络从而实现物物互联。因此，学生如若掌握该门技术，需得从硬件上掌握不同种类型的无线传感器的物理特性；还得掌握无线网络的各项协议；更有，需熟练掌握在网络终端下对各N应用软件进行处理的技术等等。基于上述原因，“无线传感网”这门课程的教学理论性强，覆盖知识面广，应用性特征明显；从而使得教师开展教学的难度大而不适于采用常规教学方案开展教学工作。
为了更好地对“无线传感网”开展教学工作，本文作者采用目前流行的“翻转课堂”（Flipped Classroom）教学模式来完成教学工作。在传统的教学中，以课堂教学为中心，在授课过程中，以教师为中心，从而使得学生的学是被动式学习；而在翻转课堂教学模式中，将重新分配教学时间，将教学的中心由课堂改为课外，而学习的主角也由教师变为学生[4，5]。在翻转课堂的教学模式下，学生学习的主观能动性将会得到充分的发挥；学生可在课堂学习之外使用各种学习手段来创造性完成学习任务，例如，学生可以使用教师提前录制好的视频或播客，还可借助互联网等先进的信息化设备完成与教师、同学的远程互助学习等；而在课堂教学时，教师不以讲授知识为目的，而是以集中解决学生在自主学习过程中所遇到的难题为目的而展开教学。
将翻转课堂的教学模式应用于“无线传感网”的课程教学，有利于培养学生的自主学习能力，另外，它也是符合对应用性人才培养的教学方案；本文以本课程的知识点“分层路由协议”为基础，介绍了基于翻转课堂的教学过程与思路，这对将翻转课堂教学模式推广至应用性本科教学具有一定的实践价值。
1 教学知识点
在无线传感网的分层路由协议中，将网络分为若干个簇[6]，每个簇有一个簇首，各无线传感器节点通过簇首传递数据至Sink，最终由Sink将数据传至其他网络或处理终端进行处理而完成网络互联。基于上述知识点，学生应掌握分层路由协议的网络拓扑结构以及实现网络的组网，然后还需分析网络的性能，再通过大量测试数据得到一个最佳网络性能参数，从而将其应用于实际网络环境；而对于网络性能参数，主要是考虑簇首的选举方案、簇首的轮换机制、簇大小、网络能耗等等。
基于上述教学知识点，学生需先学习如何构造分层路由协议的网络拓扑；设计簇首选举及轮换的方案，然后使用编程技术来实现这些方案，完成组网的设计与现；并测试相关网络性能参数，以使得网络的各项性能指标达到最佳。
2 教学内容的组织与实施
基于翻转课堂的教学模式的重点在于通过学生的自主学习以及教师的辅助从而达到掌握知识的目的；因此，基于第1小节对知识点的要求，本文从理论学习、网络拓扑的设计、网络协议编程、网络仿真实验等四个方面来完成教学内容的组织与实施。
2.1 分层路由协议理论学习
分层路由协议的理论学习为该课程设计的首要阶段，也是非常关键和重要的阶段；这是因为只有坚实的理论基础，才能支撑最终的应用与实践。为完成此阶段的学习任务，教师安排任务如下：
1）针对无线传感网络路由协议的背景进行学习；对前阶段的平面路由协议进行总结，得出因平面路由协议带来不足的原因而引入分层路由协议的思想。（为完成此任务，学生可以参看教师在线视频，并写出自己的总结提交给教师，获得学习分数为0至10分）
2）分层路由协议的基本思想的学习；学习完成后，总结出分层路由协议的优缺点，并分析其总体的性能指标。（可通过在线视频与师生远程互助等方案来完成此任务，最终成果形式为学结，获得学习分数为0至10分）
3）流行分层路由协议的学习；针对目前流行分层路由协议的学习，分析出不同种协议的优缺点并形成总结提交给教师（获得学习分数为0至10分）
2.2 设计网络拓扑
网络拓扑设计是无线传感网组网的一个核心关键点，拓扑结构的好坏直接关系到网络核心性能指标的高低；因此，在本学习阶段，学生应在分层路由协议的理论学习基础上拿出最佳的网络拓扑图。为完成此目标，学生需将自己对网络分析得到结果以图的形式展现出来；因此，学生除前期做好相关分析外，还需熟练掌握一种汇制网络拓扑图的绘图工具。
在此阶段的最后，学生应给教师提交的成果为：
1）分层路由协议的网络拓扑图一份；在图中必须明确标明网络各节点的各项指标（例如：节点的作用域、节点的能量值、节点是否为簇首等）
2）分层路由协议的网络拓扑图的说明书；该说明书以文字的形式描述网络拓扑图的构成，并详细描述网络的各项性能指标等。
此阶段学生得分：学生提交相关成果后，可获得学习分数为0至20分。
2.3 网络协议编程
网络协议编程是网络算法设计的重要环节，在此环节中，学生应设计出优秀的网络自组织程序，以及簇首的选举与轮换算法等。为完成这个学习环节，学生必须具有较强的算法设计与实现能力，且必须较好的完成前两个阶段的学习任务。
在此阶段结束之后，学生提交的成果为：
1）设计网络自组织算法及簇首选举算法并形成相关文档；提交成果后，可获得学习分数0至10分。
2）设计簇首轮换算法并形成相关文档；提交成果后，可获得学习分数0至10分。
2.4 网络仿真实验
网络仿真实验阶段是对前期所学内容进行相关验证，是学生自主学习的最后环节，也是最关键的环节；因为前期的设计是否能够付诸实施及产生最佳效果，将在此阶段得以认证。在该阶段学生需完成的任务如下所示：
1）仿真平台的选取与搭建；选择一个优秀的仿真平台环境会使你的工作事半功倍，因此，学生在实验前需根据自身的实际情况选择好相关平台并搭建好相关环境。
2）在仿真环境中完成好网络的组织，其中包括簇首选举及簇轮换算法的实现等相关内容。
3）测试在不同参数下的网络性能指标，以寻求一个最佳的网络性能参数。
此阶段学生得分：学生提交相关成果后所得学分为0至30分。
3 课堂讲授与答疑
在学生完成自主学习内容后，进入课堂讲授与答疑环节；在这个环节中，教师不再以传统的教学方式讲授相关知识，而是对学生自主学习阶段的成果进行评价与答疑。针对“分层路由协议”这个知识点的教学，教师应按如下方案来组织课堂讲授与答疑：
1）在课堂讲授前，教师对学生提交的成果进行详细评阅并给出最终自主学习分数。
2）在课堂讲授中，教师针对学生自主学习中存在的问题进行统一讲解。
3）在课堂讲授中，教师与学生采用互助讨论的方式完成课堂答疑。
4）最后，由教师及学生代表对此次课堂学习进行总结并快速评价出所有学生课堂教学分数，并按自主学习分数与课堂教学分数的平均值计算出本次课的最终分数并存档以备进行期末评价。
5）布置下次课的教学任务，以工作过程系统化的方式滚动式进入下一个知识点的学习。
4 总结
基于翻转课堂的无线传感网教学设计方案克服了传统教学方式以教师为中心教学而使学生的学习能力得不到很好提高的缺陷；并且，该方案从知识点的准备到技术的实践完全由学生自主完成，这符合应用性人才培养的要求。基于上述特点，本方案是将先进的教学模式应用于复杂边缘性学科的一次很好的尝试；对应用性本科院校开展物联网专业的教学具有较好的参考价值。
参考文献：
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[4] 何克抗. 从“翻转课堂”的本质，看“翻转课堂”在我国的未来发展[J]. 电化教育研究，2014（7）：5-16.
1实践环节
围绕着“项目设计”的课程实践是根据网络需求完成一个网络的搭建。其过程经历根据网络需求构造网络拓扑、网络设备选型、网络设备及网络服务的配置调试验证等过程。课程实践需要的知识点要求在课程的理论教学中逐步渗透。基于实际情况所限,课程实践可通过仿真实验进行。如在进行校园网或企业网组网项目中,要求学生从网络需求分析开始,到网络拓扑设计、设备选型等进行网络方案确定,采用网络模拟设计器来绘制网络拓扑图,在模拟平台上用相应的命令对IP地址进行规划,对子网划分及VLAN进行设置,进行路由选择协议的设置,以及在虚拟机上进行网络服务的配置,网络测试、验收、管理和维护等全过程,这一系统化实践过程包含了一个网络系统的“构想-设计-实施-运行”的生命周期,体现了CDIO提倡的理论。仿真实践环节不仅有效降低网络实验室材料的损耗,更重要的是能直观虚拟任意需求的网络场景。
2考核环节
众所周知,EIP-CDIO评价方法侧重于学生能力本位以及职业素质的培养,这两者的培养贯穿在课程体系结构的设置和教学实践的全过程。因此,我们采用理论教学成绩和实践成绩相结合的评价方式。1)理论教学成绩学生能力本位的培养基础在于扎实理论知识的掌握,因此,理论教学成绩由期末闭卷考试的成绩组成。2)实践成绩实践成绩由贯穿在课程体系结构的项目成果来确定。通过项目组答辩,根据实际运用和业界标准为主评价学生完成的项目,并给予相应的成绩。这部分的成绩主要考查学生的CDIO各项能力,如个人沟通和协调能力、项目的组织设计能力、团队合作能力等。理论教学成绩和实践成绩各占50%,采用双及格线方式,即如果有任何一个成绩不及格,课程成绩都定为不及格。这就要求学生务必要学以致用,懂得在应用中解决实际问题。
计算机技术在生活之中应用越来越广泛，已经成为了高校教学的热门专业之一，而计算机网络协议教学又是计算机网络课程的重点、难点内容。为了进一步让学生们了解网络模型以及网络协议之间的关系，熟悉各个协议之间的作用，总结出相关协议分析工具和教学平台优势。文章基于TCP／IP网络模型作为研究基础，研究计算机网络协议教学实验设计与实现相关问题，以期提升教学质量和效果。
［关键词］
TCP／IP；计算机网络协议；教学实验；设计；实现
计算机技术已经成为了人们日常生活中非常重要的一门生活技能，这都缘于计算机技术的普及和教育的重视。计算机网络协议教学作为信息安全、网络教育的重要先导课程，其在高校专业课程教学中占据着非常重要的地位。计算机网络课程实验中计算机网络协议一直是课程教学的难点和重点［1］。因为网络协议作为一种抽象虚拟的知识，课堂教学中难以做到形象生动教育，学生更是难以从根本上理解计算机网络协议和计算机网络模型。
一、计算机网络协议教学概述
计算机网络实验课程教学中，很多学校采用专业网络分析软件进行数据分析，但是由于网络系统功能非常复杂，实验教学的效果并不理想。专业的网络软件分析虽然被广泛用于日常实验教学中，但是由于软件分析不是实验教学目的，而是对计算机网络开展实时监听和分析，致使获取的数据比较复杂，必须要具备专业分析能力才能够做出数据判断。计算机网络协议教学实验的时候，其主要的教学目标是采用实验方式来印证课堂理论，使得学生对计算机网络协议模型有更深层次的认识。即包含了监理会话、终止会话、建立窗口、协议格式、流量控制等网络操作。根据计算机网络实验的目标进行定位，实现以TCP／IP作为模型，研究计算机网络协议实验教学方法。对于教学项目中获取的数据，通过专用的网络软件进行分析，利用计算机专业知识进行网络实验教学和数据采集［1］。
二、计算机网络教学相关研究
计算机网络课堂教学中，实验作为网络课堂教学的重要组成部分，教学包含三个方面：1．协议分析类实验；2．硬件配置类实验；3．网络安全类实验等几个方面。硬件配置类教学包含了综合布线和设备配置实验等方面，硬件配置类实验为软件教学、计算机网络协议教学提供基础设施。网络安全类教学主要包含了典型的网络协议和功能、路由器访问以及列表控制等方面教学。不同学校开展网络课程设置也存在着差异，根据自身学校的条件以及学校的专业设置情况决定课程内容［2］。计算机网络课堂教学的时候常会借助一些第三方工具：
1．虚拟实验系统，如OPNET和NS2等系统具备网络拓扑仿真功能、网络通信以及网络协议仿真功能。
2．网络协议分析工具，如Nextray、Sniffer、Iris等工具具备扑捉数据包，并对数据进行分析，进而实现对网络协议、封装以及抽象概念讲解与教学。
3．实验教学平台。实验教学平台主要是为计算机网络课程的教学开发而设计，而实验平台又分为具有网络硬件设备的平台和Web虚拟系统网络实验平台。教学手段常常借助上述三种工具，使用网络协议分析办法对网络通信展开实时分析，但是缺点则是由于分析功能复杂造成学生的学习困难，尤其对于专用的教学系统需要以实验教学为基础。虽然很多网络教学课堂设置都是从教学角度出发，但是还需要专用的网络设备和软件体系支持。通过设计一组基于TCP／IP模型的实验项目，以网页做模型架构基础可以有效避免协议工具的复杂性和专用性限制，进而设计出符合计算机网络实验教学条件的模型。
三、计算机网络模型以及网络协议
计算机网络作为网络通信的基础理论，分为对网络通信进程进行功能界定和划分，计算机网络协议课程的组织和设置均以网络模型的分层结构组织作为基础。计算机网络模型主要有OSI模型和TCP／IP模型两种［3］：
（一）OSI模型与网络分层
OSI作为网络模型的基础模型，它分为七层，自上而下分别为：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层等几个层次。网络模型中每个层次功能均由相应的网络协议完成，OSI参考模型的时候也必须公布一系列的协议，但是这些协议无很好的发展空间。实际计算机网络协议教学过程中，使用TCP／IP作为最广泛的网络教学模型，其在实际应用中相当多。
（二）TCP／IP模型和网络协议
OSI模型中对于每个层次的功能都有定义，但是没有网络协议支撑，因此OSI模型结构在实际工作中并无应用。随着目前计算机网络技术的发展，互联网很多都是采用TCP／IP协议模型作为基本的试验教学模型。TCP／IP模型将网络分为四个层次：应用层、传输层、接入层、网络层等几个层次。TC／IP协议模型层次与OSI模型层次之间相互对应，应用层对应OSI模型层次5～7层，网络层则对应OSI模型的传输层。TCP／IP模型各个层次的协议如图1所示，TCP／IP模型中对于每一层的TCP／IP协议族定义了相应的协议，并以此来实现该层次的网络功能［4］。
四、基于TCP／IP网络协议模型的实现
（一）应用层HTTP协议与软件通信实验
计算机之间实现通信其实质就是两个系统程序之间完成通信，因此从程序的角度来讲可以将系统程序分为有通信功能程序和无通信功能程序两个方面。如Word处理器只能在本地运行，不存在网络通信功能；IE浏览器、MSN以及QQ等具有通信功能，这些均属于网络通信软件。TCP／IP协议中应用层主要在应用软件之中，需要生成要传递的数据，根据数据通信原理可知每个层的功能都由网络协议实现。利用Web浏览器搭建实验教学平台，用户必须向浏览器发送URL，然后Web根据用户命令将页面信息传输到客户端。整个过程经历了网络连接、终止、网络寻址、域名解析等几个具体流程［5］。
（二）传输控制以及传输层TCP协议实验
在TCP／IP模型之中，传输控制协议主要负责建立链接和终止链接、流量控制、可靠的传输层协议。应用程序试图进行通信的时候，必须要请求TCP建立起通信，用于收发信息数据以及最后连接关闭等。TCP收到应用层的请求之后建立起连接，然后将应用层的协议数据进行分段和封装，进而得到TCP传输段，再传输给下一个层次。
（三）网络IP协议和网络寻址
网络通信的时候，TCP连接全部都是双工通信，并且在TCP段保证了通信双方可以对彼此数据有一定了解，使得数据接收方可以对其进行精确封装和流量控制。TCP数据段调用IP协议并将其封装成为IP包，IP包包含了源主机和目标主机的IP。当IP包经过路由器时，路由器根据目标地址IP将数据包从一个网络交换到另外一个网络，并最终抵达目的网络［6，7］。
（四）数据传输和接入层协议
当数据完成封装之后，确保数据从源主机抵达目的网络，局域网之中数据的收发应通过MAC地址来进行数据标识。数据收发之前必须对其进行封装，然后再将其封装成为数据帧，然后根据不同的数据帧封装包装上源主机MAC和目的地址以及常用通信MAC地址。值得注意的是若目的MAC地址不在本地MAC地址列表上，应发送ARP广播来获取目的主机的MAC地址。若数据传输的时候需要获取目标地址的MAC地址，则分为两种情况：
1．源主机地址和目的主机地址在同一网络段，那么目的主机则可以接收到源主机的ARP广播，并且在广播中返回到MAC之中。
2．若目的主机和源主机不在同一网络，那么此时的目标主机将会无法收取源主机发出的ARP广播，同时也不能够返回MAC地址。此时源主机的网关将会应答主机发出的ARP广播，并返回MAC地址，最终实现链路层封装，进而将数据从源主机发到网关，然后通过网关的数据包进行封装，最后根据数据封装包中的目的IP从一个网络转发到另外一个网络。计算机已经逐渐深入到人们的日常生活之中，计算机网络课程逐渐成为学校课堂教学的重要组成部分。计算机网络技术是网络协议的核心，协议模型在教学过程中显得非常抽象，而网络协议教学往往属于学生们的学习难点问题。基于TCP／IP模型的计算机网络实验教学的时候将网络协议清楚直白地表示出来成为了课堂教学的难点问题。本文针对网络专业化进行分析，结合计算机网络实验教学需求实现了计算机协议教学实验设计探讨，为开展网络教学提供借鉴。
作者：吴义三 单位：咸宁职业技术学院
［参考文献］
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［4］年梅，张兰芳．计算机网络实验教学的设计与思考———以DH－CP协议实验为例［J］．中国教育信息化，2014（10）：71－74．
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关键词：TCP/IP协议；教学实践；网络工程
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）08-0203-02
一、课程定位
《TCP/IP协议分析》是网络工程专业的一门重要的专业必修课，理论抽象，实践性强。在我校网络工程专业课程体系中，《TCP/IP协议分析》以《计算机网络》与《C语言程序设计》为先修课程，以“网络工程”、“网络开发”、“网络安全”为三个主要方向进行教学规划，是后续的专业课程的学习基础。
二、教学实践
笔者近几年一直从事该门课程的教学工作，对多年的教学实践做作了一定回顾与总结。
1.综合运用多种教学方法。①类比教学。在教学过程中，可依据生物学知识、已学知识、生活常识、社会关系等进行类比[1]。很多网络协议都在一定程度上来源于生活，在教学中，大量运用了依据生活常识进行类比教学的方法，表1列举了一部分。
将CSMA/CA与CSMA/CD类比，多播路由协议与单播路由协议类比；BGP与RIP对比等则体现了与已学知识类比的教学方法。②启发式教学。启发式教学可充分调动学生的积极性，使学生在获取知识的同时，发展智能，陶冶个性[2]。在教学过程中，通过提出问题引导学生思考与讨论，可以活跃课程气氛，调动学生积极性，提升学生分析与解决问题的能力。比如，在讲解移动IP技术时，提出问题“当主机移动时，是否需要改变IP地址？”；在讲解NAT穿越时，提出问题“ICMP差错报文和查寻报文只是IP层协议，没有端口号，怎样进行地址转换呢？”；在讲单播路由技术时，提出问题“如果你需要从桂林至北京，怎样才能选择出一条最优路径呢？”。另一方面，在教学过程中适当扩展，教书育人。比如在分析停止等待协议性能时，提及数学分析和仿真实验两种方法以及数学建模的必要性，拓宽学生思维，引导他们从事学术探索。介绍水平分割技术时，举出水平分割不能防止回路的特例，让学生体现到“很多技术方案，没有最好，只有更好”，培养学生的独立思考与创新意识。③案例教学。该门课程理论抽象，难于理解。比如，对于OSPF的末梢区域、完全末梢区域和非纯末梢区域，若只是文字讲解，学生会觉得枯燥，难以理解其区别。若采用图1所示的网络拓朴，采用PacketTracer[3]进行仿真实验，并通过改变区域1和2的区域类型，对比分析路由器的路由表，可帮助学生更深入地认识各类区域的细微差别。
2.综合运用多种网络工具。TCP/IP协议中有些协议相当复杂，若单纯地讲解相关协议格式与软件包，枯燥无味且抽象难懂，借助相关网络工具，理论结合实践，可增强学生的感性认知，提升学生的动手能力。诸如Packet Tracer，eNSP[4]，Wireshark[5]，GNS3[4]，可有效用于该门课程的辅助教学。这些工具各有特点，宜恰当选择，综合使用。Wireshark的优势是可以在真实环境中实时抓包与分析，在分析各种网络协议格式与工作原理、故障诊断方面，优势明显。Packet Tracer具有很好的可视化界面，支持各种网络设备，可定制很多网络数据包，容易操作，系统资源要求低，方便用于进行各种验证性实验。eNSP，GNS3等可加载真实设备的IOS（网络操作系统），可与真实设备桥接，可以在单机或少量网络设备上构建较为复杂的与真实网络环境高度相近的虚拟网络环境，以解决真实环境条件不足的问题；其缺点是对系统资源要求较高，操作相对复杂。
3.微视频助力课堂教学。该课程所涉及的知识点很多，学生的先修基础和后续发展方向差异较大。在课程教学时要尽量照顾基础较差的学生，避免其掉队；又要在路由与交换技术原理、网络协议分析与设计、网络程序开发等方向的相关教学上有一定的深度，为学生后续发展奠定较好基础，因而课堂教学学时较为紧张。以单播路由协议的相关内容为例，长春大学[6]规划了2个学时，我校规划了4个学时。尽管RIP、OSPF、BGP等已在先修课程《计算机网络》中涵盖，但像水平分割技术、OSPF中LSA类型、OSPF区域类型，BGP路由通知原则等内容多语焉不详。因此，在《TCP/IP协议分析》课堂教学中，很难在计划的时间内深入介绍相关内容。通过将上述知识点制作成微视频，供学生在课外学习，可以有效缓解课堂教学压力，也有利于培养学生的自学能力和支持差异化教学。
三、教学反思
笔者经过近几届该门课程的教学实践，积累了不少教学资源与教学实践经验，但仍有一些问题需要深入探索与实践，主要包括：
1.网络协议分析与设计是该门课程的核心内容之一，一些高校在教W时以网络协议源码分析为基础，还有一些高校仅对网络协议格式与原理进行分析，很少涉及协议包的分析与设计，本人在教学中采取了折中方案，即重点分析网络协议格式与原理，同时分析协议包的组件及这些组件的实现流程，但并不涉及对网络协议源码的分析或改进。如何根据教学规律及学生的知识基础与接受能力，合理选择教学内容也是一个需要反复实践的课题。
2.TCP/IP协议簇知识繁杂，在教学时对相关知识的把握可深可浅。比如，就BGP协议而言，若仅作概述，几分钟就可以讲授完毕；若仅介绍其基本工作原理，几十分钟也可讲授完毕；若要详细讨论其邻居建立、路由通告、路由属性、路由策略等，则可能需要好几个学时。如何把握这个度，与专业的人才培养计划、教师的能力水平、学生的基础与期望等密切相关，其中首要的是提升教师的能力水平。只有教师对相关知识有深入、系统地把握，才具备准确把握这个度的可能。
3.网络协议包设计在一些高校是一项重要的实践内容，该内容很难在有限的课堂实践期间完成，且对学生的编程能力要较强的要求。目前只是作为选修要求，供有能力、有意愿的同学自行实践，并提供必要的辅导，距离一流专业的培养目标还有较大差距。
4.该门课程主要是理论教学，也有一定的实践要求。目前还缺乏有效的、差异化的考核方式与评价标准。
5.网络技术是当前发展最为迅速的技术之一，软件设计网络、云计算、物联网等新技术或新应用层出不穷、应接不暇。如何在教堂上融入这些新技术（或新应用或新观念），既需要教师与时俱进，不断进取，也考验教师的教学方法与策略。
四、结束语
《TCP/IP协议分析》作为一门专业核心课程，对教师的专业知识体系与教育教学方法都有很高的要求，值得教学工作者不断学习、探索、实践与反思，笔者总结了近几年的教学经验与反思，以期抛砖引玉。
参考文献：
[1]张亮，胡劲松，吴一尘.面向对象程序设计课程的类比教学法[J].计算机教育，2016，（2）：99-101.
[2]宁美妍.启发式教学在大学生思想政治理论课中的运用[J].长春教育学院学报，2015，31（6）：102-103.
[3]苏锦.基于Packet Tracer的《计算机网络》课程教学改革[J].信息与电脑，2016，（10）：219-220.
[4]阳光.基于GNS3和ENSP的多厂商网络技术学习环境[J].网络通讯及安全，2016，11（16）：39-40.
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