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

胡春暉

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

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

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

一、引言

2006年美國Carnegie Mellon大學(xué)的Jeannnette M.Wing教授提出了計算思維的教育理念，計算思維運用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計以及理解人類行為等，涵蓋了計算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動。2010年《九校聯(lián)盟（C9）計算機(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“計算思維”能力作為計算機(jī)教學(xué)的核心任務(wù)。基于計算思維的學(xué)習(xí)目的是為了創(chuàng)造，計算思維發(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)，對學(xué)生現(xiàn)在以及將來具有非常重要的影響。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為計算機(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)生的計算思維能力。如何在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中將計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我們已知的簡單問題并進(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、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)現(xiàn)狀

計算機(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。通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握計算機(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，與實際結(jié)合不強

當(dāng)前國內(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，知識點繁雜而且抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)起來有一定難度，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，但是很多在實際中并沒有得到廣泛應(yīng)用，現(xiàn)實生活中網(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)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中，教師只注重知識滿堂灌，對于網(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)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，不利于學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)。

（三）實踐環(huán)節(jié)薄弱

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)的內(nèi)容過于流程化和簡單化，只是做一些簡單的局域網(wǎng)組網(wǎng)，數(shù)據(jù)報文分析，沒有突出對學(xué)生計算思維能力的培養(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)實問題時，通過利用科學(xué)的思維方式對信息進(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、在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計算思維

（一）基于計算思維的計算機(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點，介紹整個計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生了解計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本原理和網(wǎng)絡(luò)的運行原理。將計算思維融入計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中學(xué)會運用計算思維方法去發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。計算思維教學(xué)并不要求學(xué)生掌握大量磅礴的知識，而是培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力。在教學(xué)中應(yīng)融入計算思維的理念，利用啟發(fā)式推理來尋求問題的解答，讓學(xué)生運用計算思維的方法進(jìn)行學(xué)習(xí)。比如，在教學(xué)中不試圖去重點講解某一具體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、名詞，而是利用該知識點作為切入點，著重介紹技術(shù)演變進(jìn)步過程中的解決問題的計算思維方法。

（二）在課堂教學(xué)中培養(yǎng)計算思維

在將培養(yǎng)計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?！巴ㄟ^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，通過對案例的剖析，激發(fā)學(xué)生的求知欲，調(diào)動學(xué)生的積極性，使學(xué)生主動思考和學(xué)習(xí)。教師則引導(dǎo)學(xué)生在求解過程中，由案例引出知識點，然后對知識點進(jìn)行講解，讓學(xué)生在案例教學(xué)中學(xué)會知識，歸納總結(jié)經(jīng)驗，舉一反三，并且培養(yǎng)運用知識解決實際問題的能力。基于計算思維的案例教學(xué)過程可歸納為如圖3-1所示。

下面通過RIP路由信息協(xié)議這個案例來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)知識點進(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)知識點，在此基礎(chǔ)上再采取由簡單到復(fù)雜的原則設(shè)置教學(xué)案例。起初，設(shè)置一個簡單的案例，如圖3-2所示。網(wǎng)絡(luò)中有兩個路由器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，“如果把兩個路由器連接起來，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，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的報文（N4，R6）后，先修改此RIP報文中的所有項目：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。

在只有兩個路由器的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生對多個路由器進(jìn)行路由交換的設(shè)想，每個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知道到達(dá)本自治系統(tǒng)中任何一個網(wǎng)絡(luò)的最短距離和下一跳路由器的地址。

（三）在實驗教學(xué)中強化計算思維

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

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

1.首先畫出實驗拓?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端口報文，可以看到RIP協(xié)議運行的過程，如圖3-4所示。

通過有目的實驗教學(xué)，培養(yǎng)鍛煉學(xué)生的動手能力，解決問題的能力，在實驗過程中全面的強化計算思維能力。

四、結(jié)束語

計算思維在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)實踐應(yīng)用的結(jié)果表明，不僅能顯著提高學(xué)生知識掌握水平，而且鍛煉了學(xué)生的思維能力，對計算思維的掌握會讓學(xué)生不再局限于計算機(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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