計算思維在計算機網絡課程教學中的探索研究

范建坤 寧小麗

摘 要 計算思維是一種新的科學思維方式，計算機網絡課程是培養(yǎng)計算機網絡人才必修的一門課程。隨著信息技術的快速發(fā)展，社會對計算機網絡人才的需求越來越旺盛，對計算機網絡人才提出了更高要求。本文分析計算機網絡課程教學存在的問題，把計算思維融入計算機網絡課程教學中，從教學方法、實驗教學和考核評價方式等方面進行分析探討，提出了一種在計算機網絡課程教學中培養(yǎng)學生的計算思維能力的方案。

關鍵詞 計算思維;計算機網絡;教學探索

中圖分類號：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.33.011

Exploration of Computational Thinking in Computer Network Course Teaching

FAN Jiankun[1]， NING Xiaoli[2]

（[1] College of Mechanical and Electrical Engineering， Luoyang Polytechnic， Luoyang， Henan 471000;

[2] College of Culture and Tourism， Luoyang Polytechnic， Luoyang， Henan 471000）

Abstract Computational Thinking is a new scientific way of thinking， computer network course is a compulsory course for cultivating computer network talents. With the rapid development of information technology， the social demand for computer network talents is more and more vigorous， and higher requirements are put forward for computer network talents. This paper analyzes the problems existing in the teaching of computer network course， and integrates computing thinking into the teaching of computer network course this paper analyzes and discusses the practical teaching and assessment methods， and puts forward a scheme to cultivate students' computational thinking ability in the teaching of computer network course.

Keywords computational thinking; computer network; teaching exploration

計算思維是21世紀初提出來的一種科學思維，它是一種新的思維方式。計算思維是運用計算機科學知識進行問題分析、系統設計，理解人類行為，從而對問題進行求解。它是根據計算機技術提出來的，隨著計算機科學技術而慢慢發(fā)展起來，它給人們提供了一種新的處理問題的方式。

計算機網絡課程是計算機和信息技術及其相關專業(yè)必修的一門基礎課程，主要培養(yǎng)學生利用計算機網絡知識解決實際問題的能力，具有概念多、知識抽象和實驗性強等特點。[1]當前，隨著信息技術的快速發(fā)展，社會對計算機網絡人才的需求越來越旺盛，對計算機網絡人才提出更高要求。如何在傳統的計算機網絡課程教學基礎上提高教學質量，培養(yǎng)高質量、應用型、動手能力強的計算機網絡人才是每一個計算機網絡課程教師值得深入思考的問題。本文把計算思維融入計算機網絡課程教學中，激發(fā)學生的學習興趣和創(chuàng)造力，培養(yǎng)學生使用計算思維去解決實際問題的能力，提高計算機網絡教學質量，使計算機網絡學習變成一件有趣、有意義的事情。[2]

1 計算思維

計算思維是美國周以真教授在2006年3月首次提出來的一種基于計算機思想的思維方式，它將各種實際問題用計算機科學中的思維和方法，通過約簡、分解、建模、轉化、仿真、優(yōu)化等方式，最終得到問題的最優(yōu)解決方案。計算思維是計算機技術發(fā)展到一定階段的必然產物，是計算機處理問題的抽象化、概念化和程序化。計算思維的核心是計算機技術中的“計算”，這里的“計算”是計算機科學中分析、解決問題的思想和方法。對一個龐大復雜的任務進行分解，然后進行抽象建模，利用啟發(fā)式推理尋求解答。計算機在處理問題時，能自動、精確的對過程進行控制，這是計算思維在計算機領域中的體現。[3]

在計算機網絡課程教學中培養(yǎng)學生的計算思維能力，引導學生在遇到實際問題時，能用計算思維的思想和方法去分析和處理問題，把復雜問題通過約簡、分解、仿真、建模等方式，轉化為計算機能夠處理的問題，必須對傳統的計算機網絡課程教學進行相應的改革，本文對理論教學和實驗教學進行了分析，并提出了相應的策略。[4]

2 計算機網絡課程教學現狀

2.1 理論知識多，比較抽象、枯燥

在計算機網絡課程教學中，一般對計算機網絡理論知識的講述比較多，通常用較大的篇幅進行詳細的描述，如：計算機網絡的體系結構、各種網絡協議及原理、數據通信原理、網絡管理和安全等內容，這些知識對某些計算機網絡知識零基礎的學生來說，比較抽象，難以理解，且多數高校對實驗教學不重視，學生學習起來較枯燥，時間長了，就沒有學習興趣。而且，整個課程結束后很多知識學生都遺忘了，達不到相應的教學效果。

2.2 教材內容陳舊，缺乏網絡技術的新內容

計算機技術發(fā)展非常快，尤其是計算機網絡技術日新月異，每年都有新的技術被提出來，并應用到實際生產、生活中。如當前比較流行的人工智能、物聯網、云計算、5G通信網絡等技術，這些新技術在許多計算機網絡教材中沒有被提出來，反而對某些過時的舊知識用大量的文字描述，浪費了大量教材資源。TCP/IP 協議族中的網際協議IP，傳統的IPV4正在慢慢的被IPV6所代替，但大部分的教材仍對IPV4進行大量的介紹，而對IPV6講述的比較少，甚至有的教材只用少量文字進行介紹。又如4G通信網絡技術現在已經被5G通信網絡技術所代替，但很多教材沒有對其進行介紹，很多學生都不知道這些技術是什么，學生缺乏對這些網絡新技術的了解，無法跟上新技術發(fā)展的步伐，不利于學生的就業(yè)和后續(xù)的學習。[5]

2.3 理論與實驗相脫節(jié)

計算機網絡課程是一門實驗性很強的課程，學生通過實驗鞏固所學知識，加深理解理論知識，提高知識使用的靈活性，使學生獲得豐富的感性認識。但某些高校的計算機網絡課程教學，理論學時往往大于實驗學時，或與實驗學時相等。這樣使某些抽象的計算機網絡理論知識，學生更無法理解、掌握，學生在后續(xù)的學習中會更加困難、枯燥、無趣。更有些高校盲目開設與計算機網絡相關的專業(yè)，這些高校只有相應的師資力量，沒有專業(yè)的計算機網絡實驗室，導致許多網絡實驗無法開展，如交換機和路由器的設置、無線局域網的創(chuàng)建和網絡安全設置等內容，這些實驗需要專門的網絡設備才能完成，如果這些實驗沒有開展，學生無法將理論與實際聯系起來，學生對這些知識內容沒有直觀的認識，學生的動手操作能力和解決實際問題的能力就得不到保障，那么培養(yǎng)學生的計算機網絡能力就成了一句空話。[6]

2.4 課程考核評價方式單一

多數高校的計算機網絡課程采用考試方式對學生進行評價，一般在課程結束后，期末考試用試卷的方式進行，考查學生對知識的掌握情況。雖然總評成績有期末考試成績和平時成績兩部分，但實際上平時成績的比重比較小，學生要想取得理想的總評成績還必須期末考試考一個好的分數。平時成績通常包括考勤、課堂提問和平時作業(yè)，考勤考查學生上課出勤情況，反映學生對課程的基本學習態(tài)度，課堂提問反映學生在課堂上的活動參與度和課堂紀律。平時作業(yè)包括對理論和實驗的考查。不管是期末考試還是平時成績，實驗所占的比重很小，課程結束后學生的動手操作能力很弱，而且這種評價方法，教師工作量很少，最終導致教師和學生都不重視實驗教學。[7]

3 計算思維在計算機網絡課程教學中的應用探索

3.1 教學方法多樣化

隨著教育理論的發(fā)展，高校教學中涌現了多種教學方法，如：任務驅動法、慕課、啟發(fā)式教學、翻轉課程、微課程等。適合的教學方法能提高教學質量，激發(fā)學生的學習興趣。在眾多的教學方法中，教師要根據學校、專業(yè)和學生的實際情況，靈活采用多種教學模式，制定符合自身實際情況，能培養(yǎng)學生的計算思維能力的教學方案，使學生能學有所得、學以致用。

任務驅動法、翻轉課堂和啟發(fā)式教學相結合，以任務驅動和問題為導向，教師精心設計問題和案例，讓學生帶著問題在課堂或課外去學習。通過教材、網上查找資料，分組討論等形式，讓學生自己分析和解決問題，并提出疑問。然后教師講解知識點，對學生結果分析和答疑。最后讓學生進行問題總結，發(fā)現不足，思考如何改進。通過以上形式，把課堂講授轉為問題任務解決的過程，引導學生積極主動的學習，培養(yǎng)學生利用計算思維解決問題的意識。

3.2 在教學中引入網絡新技術

計算機網絡技術發(fā)展迅速，而大部分教材內容沒有對新技術進行介紹，或者對計算機網絡新技術只用少量的篇幅進行描述，學生不能及時了解計算機網絡新技術、新動態(tài)，容易造成教學與實際相脫節(jié)。因此，在講授計算機網絡知識的基礎上，適當增加計算機網絡新技術、新應用，如：5G網絡、人工智能、物聯網、云計算等新技術。使學生感受到計算機網絡技術在實際生活的作用，計算機網絡技術是和生產、生活緊密聯系在一起的，社會的發(fā)展離不開計算機網絡技術，這樣可以激發(fā)學生學習興趣，使學生主動學習，讓學生感覺到所學知識有用武之地。除了在課堂上引入網絡新技術外，教師還應該引導學生自己通過網絡、電視和手機等方式，自主了解有關計算機網絡的最新知識，拓寬學生的知識面，提高其自學能力。在了解最新技術時，教師引導學生嘗試用計算思維看待這些新技術，培養(yǎng)學生用計算思維思考問題的習慣。

3.3 注重實驗教學

計算機網絡課程應用型很強，教材中的知識都是為了實際應用。學生學習知識就是為了解決實際問題，實驗教學是計算機網絡教學的重要部分。通過實驗教學，可以加強對理論知識的理解，使理論知識形象化和具體化，因此，在計算機網絡教學中，實驗學時要大于或等于理論學時。根據教學內容和目標，不同的實驗有不同的要求，計算機網絡實驗可分為基礎性實驗和綜合設計性實驗。

基礎性實驗是驗證計算機網絡的基礎知識，加深學生對理論知識的理解和掌握，如TCP/IP協議族中“握手”和“揮手”兩個通信過程，可以通過WireShark軟件抓取數據包，然后對報文進行分析，具體了解“握手”和“揮手”的內容，這樣有利于理解抽象的協議通信過程。綜合設計性實驗要求學生把所學知識綜合在一起，以解決實際問題為目的。如設計一個公司的局域網（有線網絡和無線網絡），其中涉及布線設計、機房設計、設備選型和配置、網絡邏輯結構設計等知識，這需要學生運用計算思維的方法，把復雜網絡分解為幾個小的系統，用所學知識對問題進行去約簡、建模、轉化、優(yōu)化等，通過這些實驗可以提高學生的動手操作能力和計算思維解決實際問題的能力。

3.4 完善課程考核評價體系

課程考核評價是對教學過程及結果的分析和評定，是整個教學活動中不可缺少的一個重要部分，因此，課程考核不僅要對期末進行考核，還要對教學過程進行考核。目前，多數高校計算機網絡課程考核評價方式只注重期末考核，過程考核比重小，這種考核評價方式不全面、不科學，不能體現計算機網絡課程實驗性強的特點。

好的教學考核評價方式不僅能檢測出學生的學習效果，而且還可以激發(fā)學生的學習主動性，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。筆者認為，在傳統的課程考核評價方式的基礎上增加考核內容，加大過程性考核的比重。把平時成績的比重增加到總評成績的50%。平時成績應包括考勤、課堂表現、作業(yè)、實驗。考勤占總評成績的10%，如果曠課次數超過一定的標準，則沒有考勤成績。課堂表現占10%，根據課堂內容，以分組或者個人的形式對知識進行思考、討論，對學生的參加活動的活躍度和參與度進行考核，考查學生是否認真聽講，認真思考，是否積極回答問題和參與教師設置的活動。作業(yè)占總評成績的10%，在課后布置書面作業(yè)和思考，對所學知識進行鞏固和理解。實驗占總評成績的20%，根據教學目標，把實驗分成基礎性實驗和綜合設計性實驗，實驗結束后，學生要提交實驗報告，實驗報告要規(guī)范、內容翔實，通過實驗學生要認識自己的不足。期末考試以閉卷的形式進行，應包括教學大綱規(guī)定的知識點，難度適中，能考查學生的綜合應用能力。

4 結束語

計算機網絡課程是實驗性和應用性很強的課程，由于社會對計算機網絡人才需求旺盛，學生掌握一定的計算機網絡操作技能，有較強的動手操作能力、綜合應用能力和創(chuàng)新能力，有利于增加學生就業(yè)力和競爭力。計算思維是當前流行的一種思維方式，是二十一世紀每一個計算機網絡人才必須掌握的一種處理問題的新方法，本文把計算思維融入計算機網絡課程教學中，采用適合多樣的教學方式，精心設計教學內容和案例，完善課程考核評價方式，使學生主動學習，在學習中培養(yǎng)學生的計算思維能力，引導學生用計算思維處理問題，提高學生的動手操作能力和綜合應用能力。

參考文獻

[1] 陳萍萍.計算思維在計算機網絡知識中的應用探討[J].計算機產品與流通，2020（06）：65.

[2] 邵蕓.基于計算思維的計算機網絡課程教學改革模式分析[J].數字通信世界，2019（10）：276.

[3] 劉會會，王寧，郭麗萍.基于計算思維的“計算機網絡”課程教學探索[J].周口師范學院學報，2018，35（02）：129-132.

[4] 石曉敬，呂小萍，郭文秀.基于計算思維的計算機網絡課程教學改革[J].中華醫(yī)學圖書情報雜志，2017，26（06）：63-66.

[5] 馮世斌.計算思維在計算機網絡教學中的實踐與探討[J].教育現代化，2016，3（38）：54-56.

[6] 劉鐵柱，張杰.基于計算思維的大學信息技術基礎教學改革研究[J].信息記錄材料，2019，20（11）：50-51.

[7] 孫勤紅，沈鳳仙.計算思維在計算機網絡知識中的應用探討[J].數字技術與應用，2019，37（08）：215-216.

[8] 陸凱，陳明銳.基于計算思維的《計算機網絡技術》課程教學實踐與探討[J].教育現代化，2019，6（53）：244-246.