“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”教學(xué)中計(jì)算思維能力培養(yǎng)探索

胡春暉

摘 要：隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，當(dāng)今社會(huì)對(duì)IT人才內(nèi)涵的需求也在變化，著重培養(yǎng)大學(xué)生的計(jì)算思維能力已形成共識(shí)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)的骨干課程，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中融入計(jì)算思維的培養(yǎng)已成為大學(xué)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程改革的一項(xiàng)重要課題。本文首先闡述了計(jì)算思維的基本概念，如何將計(jì)算思維融入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中，并以實(shí)際教學(xué)案例闡述基于計(jì)算思維的教學(xué)方法設(shè)計(jì)。通過教學(xué)改革，促進(jìn)了學(xué)生的計(jì)算思維能力培養(yǎng)，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；計(jì)算思維；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：2095-9214（2016）09-0083-02

一、引言

2006年美國(guó)Carnegie Mellon大學(xué)的Jeannnette M.Wing教授提出了計(jì)算思維的教育理念，計(jì)算思維運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及理解人類行為等，涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。2010年《九校聯(lián)盟（C9）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)與發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》就提出了要把培養(yǎng)學(xué)生的“計(jì)算思維”能力作為計(jì)算機(jī)教學(xué)的核心任務(wù)?；谟?jì)算思維的學(xué)習(xí)目的是為了創(chuàng)造，計(jì)算思維發(fā)展水平是學(xué)生成才的關(guān)鍵。以先進(jìn)的教學(xué)理念指導(dǎo)教學(xué)，對(duì)學(xué)生現(xiàn)在以及將來(lái)具有非常重要的影響。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為計(jì)算機(jī)專業(yè)重要的骨干課程，在這門課程的中也要培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。如何在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中將計(jì)算思維的基本理論和思維融入到教學(xué)過程中，將各種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議算法重新闡釋成一個(gè)我們已知的簡(jiǎn)單問題并進(jìn)行分析解決，成為了需要我們進(jìn)行悉心探討研究的問題。

二、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)現(xiàn)狀

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程主要講授現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)管理及安全等知識(shí)。通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、工作原理。當(dāng)前的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)過程中普遍存在有以下問題：

（一）教材內(nèi)容理論性偏強(qiáng)，與實(shí)際結(jié)合不強(qiáng)

當(dāng)前國(guó)內(nèi)教材都是以O(shè)SI/RM為目錄索引，以TCP/IP為主要框架，分層介紹各層的基本概念、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、工作原理等，知識(shí)點(diǎn)繁雜而且抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)有一定難度，不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。課本中內(nèi)容理論較多，但是很多在實(shí)際中并沒有得到廣泛應(yīng)用，現(xiàn)實(shí)生活中網(wǎng)絡(luò)又不完全符合OSI/RM體系結(jié)構(gòu)，使學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)感到一定程度的困惑。

（二）教學(xué)理念落后

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中，教師只注重知識(shí)滿堂灌，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中抽象的算法，單純的板書和描述難以幫助學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行深入理解，學(xué)生不能得到思維訓(xùn)練，不能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，不利于學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。

（三）實(shí)踐環(huán)節(jié)薄弱

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容過于流程化和簡(jiǎn)單化，只是做一些簡(jiǎn)單的局域網(wǎng)組網(wǎng)，數(shù)據(jù)報(bào)文分析，沒有突出對(duì)學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。需要培養(yǎng)學(xué)生的自主解決問題的能力，使學(xué)生在處理現(xiàn)實(shí)問題時(shí)，通過利用科學(xué)的思維方式對(duì)信息進(jìn)行加工處理，以更好的應(yīng)用到科學(xué)研究和生產(chǎn)中。

三、在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維

（一）基于計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式

傳統(tǒng)的教學(xué)模式主要是教師講解教材中的知識(shí)點(diǎn)，介紹整個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生了解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本原理和網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行原理。將計(jì)算思維融入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中學(xué)會(huì)運(yùn)用計(jì)算思維方法去發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。計(jì)算思維教學(xué)并不要求學(xué)生掌握大量磅礴的知識(shí)，而是培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。在教學(xué)中應(yīng)融入計(jì)算思維的理念，利用啟發(fā)式推理來(lái)尋求問題的解答，讓學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維的方法進(jìn)行學(xué)習(xí)。比如，在教學(xué)中不試圖去重點(diǎn)講解某一具體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、名詞，而是利用該知識(shí)點(diǎn)作為切入點(diǎn)，著重介紹技術(shù)演變進(jìn)步過程中的解決問題的計(jì)算思維方法。

（二）在課堂教學(xué)中培養(yǎng)計(jì)算思維

在將培養(yǎng)計(jì)算思維作為主要任務(wù)的課堂教學(xué)中，應(yīng)該使學(xué)生學(xué)會(huì)如何解決問題的方式，使學(xué)生理解和感悟問題求解的基本方法和思維模式。“通過提出問題，引導(dǎo)學(xué)生分析問題，進(jìn)而找出解決方法”，按照這樣的模式組織教學(xué)，可以使具體的教學(xué)過程成為問題的解決過程?？梢圆捎冒咐虒W(xué)法，案例教學(xué)以案例分析為基礎(chǔ)，以解決問題為主線，教學(xué)內(nèi)容圍繞案例的探討、分析逐步展開，通過對(duì)案例的剖析，激發(fā)學(xué)生的求知欲，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，使學(xué)生主動(dòng)思考和學(xué)習(xí)。教師則引導(dǎo)學(xué)生在求解過程中，由案例引出知識(shí)點(diǎn)，然后對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解，讓學(xué)生在案例教學(xué)中學(xué)會(huì)知識(shí)，歸納總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，舉一反三，并且培養(yǎng)運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力?；谟?jì)算思維的案例教學(xué)過程可歸納為如圖3-1所示。

下面通過RIP路由信息協(xié)議這個(gè)案例來(lái)闡述筆者的課堂教學(xué)思路。

案例：RIP路由信息協(xié)議，在講解案例之前先把RIP協(xié)議的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行梳理，介紹RIP協(xié)議中“距離”的定義，“鄰居”的定義等基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上再采取由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的原則設(shè)置教學(xué)案例。起初，設(shè)置一個(gè)簡(jiǎn)單的案例，如圖3-2所示。網(wǎng)絡(luò)中有兩個(gè)路由器R1、R2，路由器R1能夠到達(dá)目標(biāo)N1、N2、N3，路由器R2能夠到達(dá)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)N4。引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，“如果把兩個(gè)路由器連接起來(lái)，是不是從R1路由器就可以到達(dá)N4網(wǎng)絡(luò)，從R2就可以到達(dá)N1、N2、N3網(wǎng)絡(luò)？”啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行思考，尋找解決問題的思路。

路由器在剛剛開始工作時(shí)，只知道到直接連接的網(wǎng)絡(luò)的距離（此距離定義為1）。以后，每一個(gè)路由器也只和相鄰路由器交換并更新路由信息。R1收到鄰居R2的報(bào)文（N4，R6）后，先修改此RIP報(bào)文中的所有項(xiàng)目：把“下一跳”字段中的地址都改為R2，并把所有的“距離”字段的值加1。

在只有兩個(gè)路由器的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生對(duì)多個(gè)路由器進(jìn)行路由交換的設(shè)想，每個(gè)路由器跟相鄰的路由器進(jìn)行信息交換，選擇距離最短的路由，經(jīng)過若干次更新后，所有的路由器最終都會(huì)知道到達(dá)本自治系統(tǒng)中任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的最短距離和下一跳路由器的地址。

（三）在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中強(qiáng)化計(jì)算思維

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中的一個(gè)重要教學(xué)環(huán)節(jié)，通過實(shí)驗(yàn)不僅可以讓學(xué)生對(duì)理論知識(shí)加以復(fù)習(xí)，更加直觀的看到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的運(yùn)行過程，還可以鍛煉學(xué)生利用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。

比如利用Cisco Packet Tracer來(lái)模擬RIP路由信息協(xié)議的運(yùn)行過程。

1.首先畫出實(shí)驗(yàn)拓?fù)鋱D，如圖3-3所示。

2.然后按照拓?fù)鋱D規(guī)劃的IP地址，配置路由器和PC機(jī)IP地址。

3.配置路由器Router0、Router1、Router2上的RIP協(xié)議，配置過程如下。

Router0（config）#router rip

Router0（config-router）#network 172.16.12.0

Router0（config-router）#network 1.0.0.0

Router1（config）#router rip

Router1（config-router）#network 172.16.12.0

Router1（config-router）#network 172.16.23.0

Router1（config-router）#network 4.0.0.0

Router2（config）#router rip

Router2（config-router）#network 172.16.23.0

Router2（config-router）#network 3.0.0.0

4.配置成功后，利用抓包工具，抓取Router0的Se0/1/0端口報(bào)文，可以看到RIP協(xié)議運(yùn)行的過程，如圖3-4所示。

通過有目的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，解決問題的能力，在實(shí)驗(yàn)過程中全面的強(qiáng)化計(jì)算思維能力。

四、結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算思維在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)實(shí)踐應(yīng)用的結(jié)果表明，不僅能顯著提高學(xué)生知識(shí)掌握水平，而且鍛煉了學(xué)生的思維能力，對(duì)計(jì)算思維的掌握會(huì)讓學(xué)生不再局限于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)技術(shù)，有助于學(xué)生解決以后學(xué)習(xí)生活中遇到的實(shí)際問題。

（作者單位：鄭州輕工業(yè)學(xué)院軟件學(xué)院）

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