《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課程教學(xué)中計(jì)算思維能力培養(yǎng)研究

趙雷

摘 要：針對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)踐性強(qiáng)，實(shí)踐教學(xué)和理論教學(xué)難以有效結(jié)合等問題，提出將計(jì)算機(jī)思維應(yīng)用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中；通過調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)，制定以計(jì)算機(jī)思維能力培養(yǎng)為核心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案，來提高該門課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量，教學(xué)實(shí)踐證明，該教改思路是有效的。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；能力培養(yǎng)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是高等學(xué)校網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)一門重要的專業(yè)課程，是眾所周知的難學(xué)難教的課程。學(xué)生感覺較難理解和掌握老師的授課內(nèi)容；傳統(tǒng)的“重理論，輕實(shí)踐”的教學(xué)模式已不能滿足學(xué)習(xí)的要求，如何通過改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式及實(shí)踐內(nèi)容，來改善教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量一直是計(jì)算機(jī)教育界所關(guān)注的熱點(diǎn)問題[1]。

思維是大腦對(duì)客觀現(xiàn)實(shí)間接和概括的反映，是客觀事物本質(zhì)和規(guī)律的反映。目前公認(rèn)的三大科學(xué)思維是理論思維、實(shí)驗(yàn)思維和計(jì)算思維[2]。其中，理論思維以數(shù)學(xué)學(xué)科為代表，實(shí)驗(yàn)思維以物理學(xué)科為代表，而計(jì)算思維則以計(jì)算機(jī)學(xué)科為代表。計(jì)算思維的核心思想是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類的行為。近年來，計(jì)算思維已成為國內(nèi)外學(xué)術(shù)界、教育界普遍認(rèn)可和倡導(dǎo)的科學(xué)理念。

本文將計(jì)算機(jī)思維這種新的科學(xué)理念引入到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中：一方面，有助于改善計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)的教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量。更為重要的是，將有助于學(xué)生將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)原理和方法應(yīng)用于其他軟件系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)及日常生活問題的處理中。

一、計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

計(jì)算思維是周以真教授在2006年提出的，她認(rèn)為，計(jì)算思維是建立在計(jì)算過程的能力和限制之上，借助計(jì)算方法和模型，由人和機(jī)器共同完成復(fù)雜問題的求解和龐大系統(tǒng)設(shè)計(jì)[3]。計(jì)算思維一經(jīng)提出，就受到了國內(nèi)外教育界廣泛關(guān)注。計(jì)算思維中所蘊(yùn)含的許多科學(xué)思維十分值得學(xué)習(xí)和借鑒[4]。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中很多設(shè)計(jì)思想和方法都體現(xiàn)了計(jì)算思維所倡導(dǎo)的這些科學(xué)思維和理念。例如，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)利用“抽象和分解”思維對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行抽象，得出計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)；在傳輸層上利用“啟發(fā)式推理”思維通過在不確定的情況下的規(guī)劃、學(xué)習(xí)和調(diào)度來實(shí)現(xiàn)三次握手基本操作，以保證數(shù)據(jù)的端到端的可靠傳輸。

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中，類似的例子還很多，可以說計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是最能體現(xiàn)計(jì)算思維的一門課程。作為計(jì)算機(jī)專業(yè)的教師，要充分利用計(jì)算機(jī)思維這一有力的科學(xué)工具，將其貫穿于整個(gè)課程的理論和實(shí)踐教學(xué)中，力求提高和改善教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

二、“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)目標(biāo)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)程是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)能力和動(dòng)手能力的重要手段。由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)包含許多計(jì)算機(jī)思維中系統(tǒng)級(jí)的問題求解，故計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程應(yīng)以計(jì)算機(jī)思維能力培養(yǎng)為核心目標(biāo)，以講授各種網(wǎng)絡(luò)命令、技術(shù)和算法為主要內(nèi)容，使學(xué)生通過上機(jī)實(shí)踐和合作設(shè)計(jì)，來感知和領(lǐng)悟計(jì)算機(jī)求解問題和設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基本方法和思維模式，提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。據(jù)此，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)如下：

以計(jì)算機(jī)思維能力培養(yǎng)為目標(biāo)導(dǎo)向，在掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本工作原理和實(shí)現(xiàn)方法基礎(chǔ)之上，進(jìn)行工程實(shí)踐的能力以及解決實(shí)際生活問題的能力。具體包括以下幾方面：

（1）熟練運(yùn)用和操作計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)命令。

（2）熟練進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)。

（3）模擬并實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)算法的生成或改進(jìn)。

（4）剖析某種具體網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)機(jī)理，設(shè)計(jì)相應(yīng)的功能模塊。

（5）協(xié)作完成一個(gè)小型網(wǎng)協(xié)議的設(shè)計(jì)和一個(gè)小型網(wǎng)絡(luò)功能設(shè)計(jì)。

三、面向計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)我校學(xué)生自身特點(diǎn)和學(xué)校的人才培養(yǎng)方案，結(jié)合上節(jié)所確立的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)目標(biāo)，重點(diǎn)以計(jì)算機(jī)思維能力培養(yǎng)為核心導(dǎo)向，將每一個(gè)階段的實(shí)驗(yàn)類型分為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、算法模擬實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)三大類。

（1）驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)：以實(shí)際的操作系統(tǒng)（Windows或Linux）作為實(shí)驗(yàn)環(huán)境，通過驗(yàn)證操作系統(tǒng)具體運(yùn)行現(xiàn)象，讓學(xué)生直觀感知網(wǎng)絡(luò)相關(guān)命令的工作原理和實(shí)現(xiàn)方法。

（2）算法模擬實(shí)驗(yàn)：以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中具有代表性的經(jīng)典算法為例，選擇一種高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言，讓學(xué)生通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)算法的功能。

（3）設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)：要求學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)模擬器（Packet Tracer）等進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)模擬實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力和創(chuàng)新能力。

基于計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)方案如表1所示。

將本實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案應(yīng)用于我院計(jì)算機(jī)專升本、?？粕挠?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實(shí)踐中，經(jīng)過課堂觀察和問卷調(diào)查，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣得到很好的提升，課堂效率明顯提高，學(xué)期末的考核也表明，學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手解決能力得到較好提高，相應(yīng)理論知識(shí)點(diǎn)的掌握能力也隨之得到改善。這說明本方案是正確可行的。

四、結(jié)語

計(jì)算機(jī)思維的出現(xiàn)為當(dāng)今教育界提供了一個(gè)培養(yǎng)應(yīng)用型人才和創(chuàng)新型人才的有力工具。本文將計(jì)算思維應(yīng)用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)分析和解決實(shí)際應(yīng)用問題的動(dòng)手能力及良好的創(chuàng)新和團(tuán)隊(duì)意識(shí)，同時(shí)有助于解決計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程難學(xué)難教、實(shí)踐與理論未能有效結(jié)合等問題，提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。下一步的工作是繼續(xù)完善和改進(jìn)該實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案，并嘗試向我院其他專業(yè)其他課程進(jìn)行推廣實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳華杰，戴麗娟.以培養(yǎng)計(jì)算思維為核心的程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011，28（1）：125-127

[2]梁正平，李炎然，王志強(qiáng).計(jì)算思維導(dǎo)向的操作系統(tǒng)課程教學(xué)改革[J].計(jì)算機(jī)教育，2012（9）：31-34.

[3]Wing J M. Computational Thinking [J].Communications of the ACM， 2006， 49（3）： 33-35.

[4]劉道文.基于計(jì)算機(jī)思維能力培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)建設(shè)研究[J].計(jì)算機(jī)教育，2014（7）：92-95.