0 引 言
当前信息和通信技术（Information Communication Technology，ICT）产业正在飞速发展，新兴技术不断涌现，如人工智能、区块链、物联网、边缘计算等，ICT 已经成为推动经济增长和创新的关键产业之一。2021年工业和信息化部印发的《“十四五”信息通信行业发展规划》[1]明确指出，到2025年，要基本建成高速泛在、集成互联、智能绿色、安全可靠的新型数字基础设施。同时，教育部等五部门印发的《普通高等教育学科专业设置调整优化改革方案》中也明确提出要以“想国家之所想、急国家之所急、应国家之所需”为目标，建好建强国家战略和区域发展急需的学科专业，尤其是要深化新工科建设以应对时代变革[2]。
新工科主要指针对新兴产业的专业，是在传统信息类四大主干学科（电子科学与技术、信息与通信工程、控制科学与工程和计算机科学与技术）基础上的新发展，包括近10年来新兴产业相关的专业，以互联网和工业智能为核心，包括大数据、云计算、人工智能、区块链、虚拟现实、智能科学与技术等相关工科专业；还包括将信息技术、智能制造、机器人等用于传统工业方法升级改造的工科专业。而计算机网络课程作为这些新工科专业的专业基础课程，具有较强的理论性与实践性，如何通过该门课程培养实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型人才，对于深化新工科建设具有重要意义。
现有计算机网络课程教学模式力求涵盖所有的理论知识，而繁杂的课程内容导致学生很难清楚地知道每个阶段的学习目标是什么；加之现有课程内容大多呈线性结构，按部就班的教学活动导致学生缺乏足够的挑战与刺激，难以保持高度的专注和投入；且现有课堂教学模式主要以教师讲解为主，学生被动接受知识，缺乏积极参与和互动的机会，极易分散注意力，产生学习疲劳和厌倦感，影响学习效果和体验；另外，传统教学模式缺少对学生学习状态的及时反馈，导致学生很难及时了解自己的学习情况和存在的问题，严重影响学习效果。
1 心流体验驱动的计算机网络课程教学整体思路
心流体验驱动的计算机网络课程教学新模式，旨在通过真实网络案例、虚拟仿真等形式充分调动学生积极性，促进学生深度学习，激发心流学习体验，最终达到提升学习效果的目的。
米哈里·切克森米哈赖（Mihaly Csikszentmihalyi）首次提出了心流的概念，即一个人完全沉浸在某种活动中，无视其他事物的状态[3]。心流体验作为一种积极的情绪状态，对于学生的学习效果和参与度起到重要的作用。通过营造适宜的学习环境并采用恰当的教学模式，可以引导学生进入心流状态，从而提升他们的学习动力和成就感。心流体验教学模式的应用可以有效促进学生的自信心和创造力的发展，提高他们的学习表现和学习满意度，因此，教育者应该重视心流体验在教学中的应用，以进一步推动教育改革并优化学生的学习体验。具体地，在计算机网络课程教学中，心流体验驱动的教学设计整体思路如图1所示。
（1）设定清晰的目标。为学生提供明确的学习目标，将课堂教学目标拆分成一个个具体的、可完成的学习任务，并按照由浅入深的方式逐步开展，让学生通过完成一个接一个小的学习任务来获取成就感，进而促进学生全身心投入在课堂当中，达到心流体验。
（2）提供适当的挑战。为了激发学生的兴趣和动力，学习任务的挑战度要适中。在教学改革中，应确保学习任务既不过于简单，也不过于困难，而是与学生的能力水平相匹配，以“学生踮踮脚就能够得到”的难度激发其积极行动，引导其在学习过程中进行沉浸式的理解、记忆、应用、分析和创造。
（3）有效维持注意力。充分运用“无意注意”的规律，借助多媒体工具、案例分析、小组合作、思政故事等手段调整课堂节奏，增加学生参与度，活跃课堂气氛，让学生注意力能够始终维持在一个较高程度上，有助于其全身心沉浸于课堂中。
（4）提供及时的反馈。根据既定的课堂任务目标，借助评价、讨论、小结、实际操作、虚拟仿真等反馈手段及时给予学生反馈，强化其有效行为，纠正其错误行为。并通过提供具体的建议与指导，引导学生在学习的过程中步步升级。
综上所述，充分利用上述4个原则来为学生创造心流体验，通过调动视觉、听觉、动手、思维的全面参与，让学生能够在课堂教学中获得全方位、沉浸式的参与并从中获得乐趣，是促进学生进行深度学习并提升学习成就感的有效途径。
2 心流体验驱动的计算机网络课程教学实践
计算机网络课程涉及众多的概念、协议和技术，具有较高的抽象性和复杂性[4]。要想让学生对这些抽象的、复杂的概念进行更直观、更深刻的理解与应用，就要完成从传统的概念灌输到创造心流体验的教学模式转变。通过使学生进入心流体验状态，全身心投入到学习过程中来，进而提升学生的学习主动性和学习效率，使其在学习中获得更大的满足感和成就感。
2.1 教学内容设计
为学生创造心流体验，就要围绕“设定清晰的目标”“提供适当的挑战”两个原则进行教学内容设计。
1）教学活动闯关化。
游戏能够让人沉浸于其中，极易让人获得心流体验的原因之一就是游戏通常设定了明确的目标，让玩家清楚知道要达到什么目标，通过“闯关”的方式逐步完成各个子任务，最终完成终极目标。这样的明确目标可以帮助玩家集中注意力，从而增强心流体验。因此，想要在计算机网络课程教学中为学生创造心流体验，可以仿照游戏设计规则，在设计教学内容时明确课程学习核心目标，并将该目标拆分为多个子目标，如同“闯关”般逐一完成。
比如在介绍“互联网内容传输”这一章节内容时，借助多媒体手段将学生带入工程师的角色，将掌握课程内容的过程置换为探索解决“互联网内容如何能够高效传输”这一问题的过程。于是，整个教学过程就从传统的教师讲授、学生被动接收，转变为学生跟随教师引导为完成最终任务而不断“闯关”的过程[5]，为学生创造心流体验提供了基础。①明确该章节的核心目标为“如何高效完成内容在互联网的传输”。②要想完成该目标，就要首先完成“互联网流量的概念是什么以及有哪些基本特征”这一前置子任务。③完成该子任务后就会发现当网络规模增大时，单一服务器无法满足流量需求，进而引出“第2关”子任务：“通过服务器集群及Web代理来解决单一服务器的问题”。④完成这个任务后，通过教师引导，继续让学生运用所学理论发现该方案存在的不足，即无法在全球范围内提供高效的内容服务，而要想完成最终的任务，就要继续探索新的方案，至此，就要完成“第3关”子任务：“掌握内容分发网络（CDN）的基本原理”。⑤CDN由于成本高昂，并非所有人都能负担起，因此，就要完成“最后一关”子任务：“P2P网络的基本原理”。通过明确课程目标，并将其拆分为多个可完成的子目标，按照由浅入深的方式层层递进，可以有效促进学生全身心投入学习当中，达到心流体验。
2）引入进阶内容提升挑战性。
在设计教学内容时还要充分考虑“提供适当挑战”这一原则，根据学生的最近发展区来合理设置课程内容难度，即在学生的能力范围内适当提高挑战难度，始终让学生处于“跳一跳摘桃子”的状态来完成学习任务，从而达到心流体验的目的，技能与挑战对心流体验的影响如图2所示。
比如在介绍网络层这一章节的相关内容时，在学习完路由算法后，引入服务质量（Quality of Service，QoS）的相关内容介绍（包括 IntServ 和 DiffServ 的基本概念以及流量整形、数据包调度、接入控制等基本算法），适当提升挑战性。从之前章节的基础概念出发，到QoS的算法应用，实现了高技能与高挑战的组合，可以有效激发学生的学习兴趣和动力，让他们始终处于适当挑战的状态，并通过克服挑战来获得心流体验。
2.2 教学方法设计
在设计教学方法时，要遵循“有效维持注意力”“提供及时的反馈”两个原则来为学生创造心流体验。
1）“自上而下（top-down）”的课程内容讲述方式。
在传统计算机网络课程中，课程内容通常按照OSI（Open System Interconnection）7层模型或者TCP/IP 4层模型由底层向高层逐层展开。认知心理学认为，人们的注意力资源是有限的，在学习抽象、陌生概念时会面临较大压力，难以长时间维持较高水平的注意力。然而底层内容抽象且枯燥，导致学生一入门就面临陌生的、复杂的、抽象的众多内容，难以维系较高水平的注意力，从而影响学习效率，无法进入心流体验。
因此，本教学模式采用“自上而下”的课程内容讲述方式，从应用层开始，逐层向下，从具体的应用出发，逐步深入到抽象的底层协议、概念。这样的教学编排顺序更符合学习抽象内容的心理学规律，有助于学生保持较长时间的高注意力，进而达到心流体验（与传统教学方式的对比如图3所示）。
比如通过引入知乎上的一个问题“为什么用了5G 卡玩王者荣耀还是会卡”来介绍多媒体内容是如何在网络中传输的。①“王者荣耀”游戏是当前学生所熟知的，采用该游戏作为应用层案例更贴近学生生活，有助于学生理解问题，进而引出“游戏数据需要端到端可靠通信，那么什么协议可以支持”。②通过对比TCP与UDP，引出“UDP的优势是什么”“为何UDP速度更快但是仍然会选择TCP”等传输层问题。③进入网络层，则提出“数据包是如何在互联网中传输与转发的”。④继续往下则自然而然会有“信号是如何在网络中传递的”以及“5G只解决无线侧的传输，而整个端到端的传输还有有线侧的传输，二者共同决定了最后的端到端时延”。最终学生通过学习不仅了解了多媒体内容在网络中传输的整个过程，还清楚明白了原知乎问题的答案。
2）多样化反馈手段。
及时反馈可以帮助学生明确当前的学习状态和表现，并提供指导与方向，纠正错误、消除困惑，让学生感到自己的成就和进展，从而增强成就感和满足感。除传统的教师直接反馈（包括教师评价、测验、小结等方式），本教学模式还借助了小组互评、虚拟仿真等手段来提供多样化的学习反馈[6]。
通过以小组为单位的“案例分析”来将学生置于真实的工程环境中，使其能够将所学理论知识用于解决实际问题。在提交最终解决方案前，小组内成员即可通过小组讨论完成同伴互动反馈，帮助彼此修正错误，明确正确方法，提升心流体验。
以VirtualBox、Mininet、NS-3[7]等构建虚拟仿真实验平台。通过虚拟仿真，可以提供一种沉浸式的学习环境，学生可以通过调整实验参数实时得到结果反馈。比如通过仿真平台，学生可以直观感受视频是如何在互联网中传输的。通过调整不同的网络参数（如带宽、抖动、时延等）来观测接收端视频的播放质量，如此学生便可得到及时的反馈，更有助于其加深对抽象概念的理解，同时激发学习的兴趣，促进心流体验。
2.3 课程思政
学生在课堂的注意力会随着时间推移而不断减弱，为了提高学生的注意力和持久性，可以将课程思政（尤其是热点事件、大国重器背后的故事等）适时穿插在课堂中，以吸引学生的兴趣并激发其好奇心，从而提高学生的参与度和注意力，且计算机网络课程本身就是融入思政教育的良好载体[8]。另外，在课程思政方面应该注意引入时间及思政内容两大部分。
1）引入时间的选取。
一般而言，没有固定的引入时间，但学生在课堂的注意力通常会从20~30min开始逐步下降，对课堂内容的关注度也会减弱，因此，从时间角度来说，可在课堂开始20~30min时引入思政内容。另一方面，当主题转换时，学生注意力也极易下降，因此，从课程内容角度来说，可在核心内容转换时引入思政内容来重新帮助学生集中注意力，将其带回到良好的学习状态中。
2）思政内容的选取。
思政内容选择同样至关重要，既要与课程内容有一定的相关性，又要能够帮助学生学习国家战略，树立文化、制度自信。比如，在介绍网络安全时，通过美国用于攻击伊朗核设施的“奥林匹克”行动、“棱镜门”事件以及华为被无端制裁打压的案例，讲述信息领域内的国家安全问题，激发学生的爱国主义情怀和忧患意识，鞭策学生为我国的信息产业发展而努力学习。在介绍IPv6时，通过讲述IPv6背后的故事，阐述发展IPv6的背景及意义，让学生了解国家大战略背后的深意，激发其爱国情怀，树立文化、制度自信。
3 实施情况与学习效果
自2021年以来，本教学模式已在南京邮电大学通信工程专业实施两年。通过选取未采用该教学模式的2018级与2019级通信工程专业学生期末成绩（共73人）与采用该教学模式的2020级与2021级通信工程专业学生期末成绩（共77人）作对比（见表1），可发现该教学模式能够显著提升学生成绩分段，尤其是提升高分段学生占比。由表1可以看出，通信工程专业2020级与2021级的学生课程成绩和及格率都要高于2018级与2019级，且课程成绩在[80,100]区间内的学生占比远高于2018级与2019级，而课程成绩在[60,79]区间内的学生占比要明显少于2018级与2019级。综上所述，采用创造心流体验的新教学模式可以显著提升计算机网络课程学生的整体成绩。
4 结 语
在计算机网络教改领域，创造心流体验能够有效提高学生学习效果并满足学习幸福感。通过合理设计教学内容、提供适当的挑战和及时的反馈，可以激发学生的兴趣和动力，使他们全身心地投入学习。未来的教改研究可以进一步探索深化这一领域，发掘更多创造心流体验的方法和策略，为计算机网络教育的改进与创新提供有力支持。
参考文献：
[1] 工业和信息化部. “十四五”信息通信行业发展规划[EB/OL]. (2021-11-16)[2023-06-02]. http://data.mofcom.gov.cn/upload/file/02.pdf.
[2] 中华人民共和国教育部. 普通高等教育学科专业设置调整优化改革方案[EB/OL]. (2023-03-02)[2023-06-02]. http://www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202304/t20230404_1054230.html.
[3] 米哈里·契克森米哈赖. 心流: 最优体验心理学[M]. 张定绮, 译. 北京: 中信出版社, 2017.
[4] 谢逸, 王盛邦. 面向新工科的计算机网络教学现状分析与改革[J]. 计算机教育, 2022(6): 203-207.
[5] 韩慧妍, 况立群, 郁晓庆, 等. 计算机网络基础课程混合式金课建设[J]. 计算机教育, 2022(5): 21-25.
[6] 符发, 杨厚群, 黎才茂, 等. 新工科背景下计算机网络实验教学改革探索[J]. 计算机教育, 2022(3): 39-42, 48.
[7] 林晓辉, 苏恭超. NS3仿真工具在计算机网络课程教学中的应用[J]. 智能计算机与应用, 2019, 9(3): 187-189.
[8] 王粉梅, 王秀珍, 鲁磊纪. 计算机网络课程融合思政教育的实践探索[J]. 计算机教育, 2022(2): 105-108.
基金项目：江苏省教育科学“十四五”规划重点课题“面向沉浸式学习体验的线上线下融合式教学新模式研究”（B/2022/01/150）；江苏省高等教育教学改革研究课题“基于融媒体平台的电子信息类专业基础课程教学新模式研究”（2021JSJG364）；国家自然科学基金项目“心流体验驱动的线上线下融合式教学关键技术研究”（62277032）。
作者简介：张喆，男，南京邮电大学讲师，研究方向为多媒体通信、未来网络、智能网络，zhezhang@njupt.edu.cn ；魏昕（通信作者），男，南京邮电大学教授，研究方向为多媒体通信、教育信息化，xwei@njupt.edu.cn。
引文格式:张 喆，魏 昕. 心流体验驱动的计算机网络课程教学新模式探索[J]. 计算机教育, 2023(9):8791.
转自：“计算机教育”微信公众号
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