基于計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)改革

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計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程是計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)結(jié)合的多學(xué)科交叉的課程，是高校計(jì)算機(jī)專業(yè)、通信專業(yè)、信息管理專業(yè)的必修課程，有些高校在傳媒專業(yè)、金融專業(yè)也設(shè)置了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程。隨著我國(guó)信息化建設(shè)的推進(jìn)和信息技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)人才的需求日益增大，學(xué)習(xí)群體不斷擴(kuò)大。如何突破傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)模式，提高學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題、創(chuàng)新、協(xié)作的能力是值得高校教育工作者不斷探索的重要問題。本文將計(jì)算思維融入到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)體系中，充分挖掘其中的思想和方法，將其貫穿到整個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，以計(jì)算思維為核心、以應(yīng)用技能為外延，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力和提高綜合素質(zhì)的教學(xué)改革目標(biāo)。

1 計(jì)算思維的內(nèi)涵

美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)系主任Jeannette M.Wing教授在ACM上發(fā)表的“Computatioal Thinking”中提出：“計(jì)算思維是運(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)以及人類行為理解的涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)[1]。”

計(jì)算思維是隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展體現(xiàn)出來的，計(jì)算機(jī)在海量信息處理、復(fù)雜系統(tǒng)模擬和大型工程組織方面，具有自動(dòng)、精確和可控地實(shí)現(xiàn)從思想到產(chǎn)品整個(gè)過程的能力，這使人類思維活動(dòng)中以形式化、程序化和機(jī)械化為特征的計(jì)算思維得到充分的體現(xiàn)[2]。

計(jì)算思維具有抽象和自動(dòng)的特征，它將人們遇到的問題通過數(shù)學(xué)建模進(jìn)行抽象化處理，再以計(jì)算機(jī)的方式將其解決過程實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、自動(dòng)化。計(jì)算思維是信息時(shí)代每個(gè)人都應(yīng)當(dāng)具備的一種思維方式，計(jì)算機(jī)不僅為不同專業(yè)領(lǐng)域提供了解決專業(yè)問題的有效方法和手段，還提供了處理問題的普適思維方法，計(jì)算思維對(duì)所有的領(lǐng)域、職業(yè)都是適用的，并且能夠從中受益[3]。

在課程中培養(yǎng)計(jì)算思維能力，關(guān)鍵是要提煉并展現(xiàn)隱藏在知識(shí)背后的計(jì)算思維的光芒，這要求任課教員改革課程教學(xué)體系結(jié)構(gòu)、采用恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法、精心設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容與案例[4]。引導(dǎo)學(xué)生通過用計(jì)算思維方法去認(rèn)識(shí)問題，進(jìn)行思考，并將專業(yè)問題轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)能夠處理、求解的問題，達(dá)到有效地培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的目標(biāo)。

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

2.1 重知識(shí)傳授，輕能力培養(yǎng)

在理論教學(xué)過程中，教師按照教材內(nèi)容自底向上從物理層到應(yīng)用層或自頂向下逐層講解其中的概念、原理和方法，如路由選擇算法和數(shù)據(jù)交換技術(shù)，雖然能夠?qū)⑦@些知識(shí)清晰地體現(xiàn)在多媒體課件或板書上，但卻很抽象，學(xué)生無法將各知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系有效地聯(lián)系起來，更無法和現(xiàn)實(shí)生活中的網(wǎng)絡(luò)世界聯(lián)系到一起，容易形成對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，降低學(xué)習(xí)效果。因此，傳統(tǒng)的灌輸式的教學(xué)模式已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)快速發(fā)展的需求，很難調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，更不能提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，不利于學(xué)生的計(jì)算思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2.2 教學(xué)內(nèi)容嚴(yán)重滯后，缺乏動(dòng)態(tài)更新

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅猛發(fā)展，而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)使用的教材卻仍然包含大篇幅的陳舊知識(shí)，同時(shí)沒有補(bǔ)充新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使教學(xué)嚴(yán)重脫離實(shí)際應(yīng)用。如講解網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)時(shí)，大多數(shù)教材都是重點(diǎn)圍繞OSI/RM七層體系結(jié)構(gòu)展開，而較少講解TCP/IP四層體系結(jié)構(gòu)，但TCP/IP才是真正的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不再使用傳統(tǒng)的分類IP地址，但是大部分教材仍對(duì)其進(jìn)行大篇幅的描述，并作為講授的重點(diǎn)，而對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中迅速發(fā)展起來的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)卻沒有涉及。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新應(yīng)用，如計(jì)算智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等也沒有及時(shí)地在教學(xué)內(nèi)容中出現(xiàn)。因此，只有對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行及時(shí)的更新和補(bǔ)充，才能使學(xué)生跟上計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展的步伐。

2.3 理論和實(shí)踐不能緊密結(jié)合

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，但是高校在專業(yè)的課程體系設(shè)置過程中設(shè)置的理論課時(shí)數(shù)往往多于實(shí)踐課時(shí)數(shù)，以至于理論知識(shí)不能在實(shí)踐中進(jìn)行驗(yàn)證，使學(xué)生難以理解原本抽象的概念從而提高其動(dòng)手能力。尤其是開設(shè)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的文科類院校，沒有出資建設(shè)專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室和設(shè)備，以至于很多實(shí)驗(yàn)無法開展，如理論教學(xué)中涉及到的局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)組建和調(diào)試，交換機(jī)和路由器等設(shè)備的使用、維護(hù)和管理，現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的方法等。同時(shí)，由于很多任課教師沒有積累足夠多的組網(wǎng)實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，無法將工程項(xiàng)目實(shí)例引入到課堂教學(xué)過程中，不能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；學(xué)生通過學(xué)習(xí)本課程沒有具備基本職業(yè)技能，更無法將理論知識(shí)在實(shí)際中應(yīng)用。

2.4 考核方式單一

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的考核方式一般采用閉卷筆試的形式，雖然包括主觀題和客觀題，但仍然是以考查學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的記憶為主，教師和學(xué)生關(guān)注較多的是考試成績(jī)，而注重結(jié)果的考核方式不利于計(jì)算思維能力培養(yǎng)[5]。由于實(shí)踐教學(xué)考核在整體成績(jī)中所占的權(quán)重較小，導(dǎo)致學(xué)生不重視實(shí)踐動(dòng)手操作，因而也不能全面衡量學(xué)生的學(xué)習(xí)效果[6]，也不利于提升學(xué)生解決問題的能力。

3 基于計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)改革建議

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)內(nèi)容從概論到網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，再到各層次網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等章節(jié)，都能挖掘出計(jì)算思維的思想和方法。改革教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式等對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力、提高教學(xué)效果具有重要意義。

3.1 采用多元化的理論教學(xué)模式

隨著信息化社會(huì)的不斷發(fā)展，為了滿足社會(huì)對(duì)人才的需求，必須根據(jù)院校、專業(yè)以及學(xué)生和教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，創(chuàng)建符合自身需求的教學(xué)模式。MOOC平臺(tái)以及微課程的建設(shè)、啟發(fā)式教學(xué)、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法、“基于問題的學(xué)習(xí)”PBL、“以案例為引導(dǎo)的教學(xué)”CBS、翻轉(zhuǎn)課堂[7]、CDIO思想[8]等都為教學(xué)模式的改革提供了新的思路。

由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的概念和原理很抽象，很多學(xué)生逐漸失去興趣，在學(xué)習(xí)過程中缺乏主動(dòng)性和積極性。因此，教師在教學(xué)過程中，可以不斷調(diào)整教學(xué)方法，協(xié)同MOOC、微課程、啟發(fā)式教學(xué)、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法、PBL、CBS、翻轉(zhuǎn)課堂、CDIO思想等多元化的教學(xué)方法，制定出具有特色的個(gè)性化教學(xué)方案，促進(jìn)學(xué)生更好地掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和計(jì)算思維能力。如采用PBL和CBS相結(jié)合的教學(xué)模式就能夠引導(dǎo)學(xué)生的思維，變被動(dòng)為主動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考的能力。教師可根據(jù)預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)精心設(shè)計(jì)一些啟發(fā)式的問題，要充分利用比喻和類比。如在講授局域網(wǎng)時(shí)，可讓學(xué)生將其在組建家庭/宿舍有線局域網(wǎng)、家庭/宿舍無線局域網(wǎng)過程中遇到的問題或困惑提出來，共同討論，通過課堂教學(xué)內(nèi)容解決他們的問題，對(duì)于學(xué)生掌握、應(yīng)用局域網(wǎng)中的理論知識(shí)具有重要作用；在制作雙絞線的過程中，通過調(diào)整線序、測(cè)線儀測(cè)試、聯(lián)機(jī)使用，讓學(xué)生觀察現(xiàn)象，提問學(xué)生出現(xiàn)此結(jié)果的原因，進(jìn)而揭示雙絞線中的8根線在數(shù)據(jù)傳輸過程中作用以及線序的重要性。

同樣，啟發(fā)式教學(xué)和案例教學(xué)法相結(jié)合在講授網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)部分OSI/RM的七層體系結(jié)構(gòu)時(shí)非常重要，其中涉及層次的概念、每一層次的功能，如果單純的按照教材講給學(xué)生，學(xué)生會(huì)覺得晦澀難懂。因此，教師可以通過類比航空旅行、郵政系統(tǒng)的流程的案例來講授層次的概念，進(jìn)而設(shè)問引出網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及其OSI/RM，再設(shè)置關(guān)于2臺(tái)計(jì)算機(jī)在各種情況下進(jìn)行通信的問題，讓學(xué)生相互討論其中各個(gè)層次的功能，將枯燥的理論教學(xué)轉(zhuǎn)變成討論，提高學(xué)生自學(xué)能力和解決問題的能力。

微課程在重點(diǎn)、難點(diǎn)的講解過程中能夠發(fā)揮較好的作用。MOOC 學(xué)習(xí)可以將線上的優(yōu)質(zhì)資源服務(wù)與線下的教師指導(dǎo)、學(xué)生思考緊密結(jié)合起來，通過師生良好的互動(dòng)來思考、理解課程知識(shí)。

因此，采用多元化的理論教學(xué)模式既可以通過在線學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高自學(xué)能力，又能通過課堂上的問題討論環(huán)節(jié)，發(fā)揮了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和計(jì)算思維能力。

總之，面對(duì)眾多的教學(xué)方法，不能盲目使用，必須根據(jù)院校類型、專業(yè)類型、學(xué)生特點(diǎn)、教學(xué)目標(biāo)等創(chuàng)建符合自身特色的、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的多元化教學(xué)模式，制定相應(yīng)的教學(xué)方案，提高教學(xué)效果并培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。

3.2 引入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的新概念和應(yīng)用

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展日新月異，而教材內(nèi)容往往比較滯后。因此，要在把握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)上調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的新概念和新應(yīng)用融入到教學(xué)過程中，讓學(xué)生感覺到網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在實(shí)際生活中發(fā)揮著重要作用，激發(fā)學(xué)生的興趣，開闊學(xué)生的視野。一方面，教師要關(guān)注網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，了解前沿的理論、技術(shù)、方法和應(yīng)用，如藍(lán)牙、WiFi無線網(wǎng)絡(luò)、4G移動(dòng)通信等新技術(shù)，計(jì)算智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新應(yīng)用，才能多角度地將其適時(shí)引入到教學(xué)中，并精心設(shè)置課堂問題和案例，提高學(xué)生的計(jì)算思維能力；另一方面，鼓勵(lì)學(xué)生自主上網(wǎng)查閱國(guó)內(nèi)外參考文獻(xiàn)，了解網(wǎng)絡(luò)發(fā)展和最新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有利于提高學(xué)生自學(xué)能力和參與課堂教學(xué)的積極性，與教師產(chǎn)生良好的互動(dòng)和交流，提高發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

3.3 注重課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，增加綜合型和研發(fā)型實(shí)驗(yàn)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一門和現(xiàn)實(shí)世界聯(lián)系緊密的、理論聯(lián)系實(shí)際的應(yīng)用型學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論教學(xué)的深化和補(bǔ)充，有助于學(xué)生深入理解抽象的概念、原理。首先，驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)用于滿足學(xué)生對(duì)基本理論的驗(yàn)證和基本技能的培養(yǎng)要求，提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)，掌握計(jì)算思維方法。如網(wǎng)絡(luò)協(xié)議貫穿整個(gè)教學(xué)過程中，自底向上每一層都有自身的協(xié)議，協(xié)議的格式、組成、功能等非?？菰锍橄?，那么在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)就可以通過協(xié)議分析軟件如Wireshark模擬各種協(xié)議的通信過程，抓取、分析報(bào)文，與課堂所講進(jìn)行對(duì)比，有利于理解各個(gè)協(xié)議相關(guān)知識(shí)；其次，綜合型實(shí)驗(yàn)用來培養(yǎng)學(xué)生處理問題的綜合能力及利用計(jì)算機(jī)處理問題所需的計(jì)算思維意識(shí)；綜合型實(shí)驗(yàn)在內(nèi)容的安排上應(yīng)以構(gòu)造處理問題的計(jì)算模型為主，實(shí)驗(yàn)實(shí)例可選取既有一定的針對(duì)性又能夠反映基本原理性的問題，也可以設(shè)置一些與專業(yè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。如校園內(nèi)多個(gè)部門的計(jì)算機(jī)要接入網(wǎng)絡(luò)，各部門之間通過路由設(shè)備或三層設(shè)備實(shí)現(xiàn)相互通信，規(guī)劃子網(wǎng)劃分方案，完成網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選擇、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、路由器和交換機(jī)配置、連通性測(cè)試等；最后，研發(fā)型實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容具有開放性的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)方法具有多樣性和創(chuàng)新性的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有不確定性的特點(diǎn)，教師通過實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，變被動(dòng)為主動(dòng)，有助于提升學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)處理問題的動(dòng)手能力、計(jì)算思維能力和創(chuàng)新能力。

3.4 完善課程考核體系

教學(xué)考核是每一門課程教學(xué)過程中的重要環(huán)節(jié)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的傳統(tǒng)考核方式是終結(jié)性考核，一般采用理論考試的形式，而這種方式已經(jīng)很難滿足教學(xué)的要求，不能兼顧理論和實(shí)驗(yàn)部分，缺乏對(duì)學(xué)生實(shí)踐操作能力和綜合素質(zhì)的考核。基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程應(yīng)用性和實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，采用過程性考核和終結(jié)性考核相結(jié)合的方式更有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課堂效率，促進(jìn)計(jì)算思維能力和動(dòng)手操作能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生更加科學(xué)和全面的評(píng)價(jià)，培養(yǎng)更符合市場(chǎng)需求的網(wǎng)絡(luò)人才。其中，過程性評(píng)價(jià)包括課堂討論、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)、出勤，終結(jié)性評(píng)價(jià)采用閉卷的方式。課堂討論占總成績(jī)的10%，主要針對(duì)教學(xué)內(nèi)容分中的重點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行啟發(fā)式的提問，學(xué)生以分組的形式討論，以在此過程中的參與度和表現(xiàn)打分，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和計(jì)算思維能力；實(shí)驗(yàn)占總成績(jī)的20%，根據(jù)教師設(shè)置的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在有效的時(shí)間內(nèi)上機(jī)獨(dú)立完成，并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，提高學(xué)生網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用能力和求解問題能力；作業(yè)占總成績(jī)的10%，根據(jù)課堂教學(xué)內(nèi)容布置課堂作業(yè)或課后作業(yè)，鞏固所學(xué)知識(shí)，考查學(xué)生掌握課堂所學(xué)內(nèi)容情況；出勤占總成績(jī)的10%，在教學(xué)過程中不定期的點(diǎn)名，學(xué)生的出勤率低于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)將給予相關(guān)處分。終結(jié)性考試即期末考試，占總成績(jī)的50%，本學(xué)期課程教學(xué)結(jié)束之后，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，出一套難易程度適中、反映各章節(jié)重點(diǎn)難點(diǎn)的試卷，以筆試閉卷的形式進(jìn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一門應(yīng)用性和實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，其教學(xué)改革和實(shí)踐是一個(gè)不斷完善的過程，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力是計(jì)算機(jī)教育的核心，將計(jì)算思維方法融入到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和考核過程中，有利于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的主動(dòng)性和提高利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)解決專業(yè)問題的能力，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力和創(chuàng)新能力將發(fā)揮積極作用。