計算思維在中職計算機網絡教學中的實踐與探討

劉俊博

摘要：文章研究了計算思維的教學模式設計、實踐與效果分析，重點介紹了計算思維的基本概念和目前中職院校對計算思維研究的現狀，提出了面向計算思維的教學模式整體思路，并以中職計算機網絡專業的核心課程網絡互連技術為例，從課程教學內容構建與教學案例設計角度，系統分析了基于計算思維能力培養的中職計算機類課程教學模式的具體方法與實踐。

關鍵詞：計算思維；中職計算機；網絡教學；實踐

計算思維（C0mputati0nalThinking）的概念最早由美國卡內基梅隆大學周以真教授于2006年提出，并進行了系統的定義與分析。隨著計算思維概念的提出，工業界與學術界對于計算思維的研究逐漸深入。美國計算機協會（ACM）明確要求在計算機導論課程中講授計算思維的核心內容。而英國計算機學會（BCS）則組織歐洲的研究學者對計算思維進行研討與分析，提出了歐洲國家針對計算領域挑戰的解決策略。

下文將以網絡互連技術課程為例，詳細闡述面向計算思維的教學模式設計思路。

一、教學內容構建

網絡互連技術課程一般包括網絡互連概論、交換機原理與基本配置、路由器原理與基本配置、訪問控制與地址轉換、無線網絡原理與配置和廣域網原理及配置等若干教學單元。基于計算思維能力培養的課程改革，并不是將已有成熟的教學內容全部推翻；而是將計算思維的培養與網絡互連知識有機地整合，在教學過程中強化計算思維。重新構建設計的網絡互連技術課程教學內容。課程分為6個教學單元。針對各教學單元與計算思維培養的關系，我們將逐一進行詳細分析。第1教學單元網絡互連概論中，教師需要在講解網絡發展歷史過程中，將發展過程中蘊含的計算思維詳細剖析，并組織學生進行小組討論分析；在IP地址分配知識點教學過程中，與之對應的是將復雜問題簡單化的計算思維；在子網劃分教學內容中，主要涉及的計算思維理念是層次化拓撲結構思維。第2教學單元交換機原理與基本配置中，本教學單元為網絡互連技術課程的重點和難點教學內容。其中VLAN原理教學內容對應的是網絡化計算思維的培養；生成協議與配置教學單元則著重強化學生運用計算思維中的遞歸思想以及數學與工程思維相融合的能力。第3教學單元路由器原理與基本配置中，本教學內容涉及的知識點難度較大，理論深度和數學要求較高。在靜態路由與動態路由教學內容中，著重講解兩種路由的設計思路，需要讓學生理解計算思維中算法設計思維和路由選擇設計思維。第4教學單元訪問控制與地址轉換中，在介紹訪問控制列表教學過程中，需要將網絡安全思維引入教學活動，引導學生使用融合與分解的方法，從不同角度思考加強網絡安全的可能性；通過啟發式的引導讓學生潛移默化地感受計算思維的強大魅力。第5教學單元無線網絡原理與配置中，教師在講解無線網絡架構發展過程中，需要有意識地讓學生理解有線局域網向無線局域網轉化的內在原因與技術驅動，運用啟發式推理思維大膽預測未來網絡的發展趨勢。第6教學單元廣域網原理及配置中，需要讓學生理解廣域網中分層設計思維的優點以及實際網絡中數據加密的原理。

二、教學案例設計

教學案例是教學內容的重要載體和表現形式。在計算機類課程改革中，可以將計算思維的理念與思想，融入到教學案例的講解與討論中，通過真實案例、真實項目激發學生的探究興趣。本節將以思維互連技術課程中的典型案例設計為例，討論基于計算思維能力培養的案例教學方法。基于計算思維的案例教學過程一般分為6個步驟。首先由教師創建描述具體的教學情境，引導學生將教學情境中的需求與問題抽象化，提取其中最根本的概念與知識點；隨后將復雜問題進行分解，轉化成具體的、可描述的具體問題；再根據已經掌握的知識尋求具體問題的解決方法；當復雜問題解決之后，通過啟發式的引導，讓學生將本案例進行推廣，并總結歸納其中的經驗，回顧教學情境中解決問題的整體思路。在路由器原理與配置教學單元中，單臂路由實驗是其中一個重要的知識模塊。通過本實驗的學習，學生可以深入理解子網劃分，VLAN工作原理以及跨VLAN通信原理等多個知識點，具有綜合性強，實用性高，難度大等特點。首先，我們根據實際工作場景創設教學情境，根據中小型網絡構建的實際需求引導學生自主地尋求解決方案。在教學情境中，可設計為具體的企業網絡場景，并描述企業網絡中用戶需求：根據不同用戶進行子網劃分以及跨子網間通信。教師應組織學生在已有網絡知識的基礎上，提出解決方案，并在模擬環境或者實體環境中驗證方案的可行性。學生經過理論分析和實驗驗證之后，對具體技術問題已經有了較為全面的認識和理解，此時需要將本次教學情境涉及的技術問題進行推廣，以從中找到最為本質性的網絡互連知識，并討論其推廣后的應用場景或從中迸發出來的創新的方法與應用。最后需要在教師的帶領下，對整體案例過程進行總結歸納與回顧，及時指出優缺點并給予具體評價。

三、實踐與效果分析

針對面向計算思維能力培養的教學模式設計，我們在2013級兩個教學班共計108人次進行了教學實踐，達到了預期的教學目的，取得了良好的效果。我們還抽取出教學內容構建中典型的10種具體計算思維能力為教學培養目標，通過問卷調查與測試考核相結合的方式對教學實施前后的效果進行了定量分析。由統計數據可以看出，教學實踐后的能力成效明顯高于教學前。其中本課程中核心的網絡化思維能力從教學前的37.04%提升到83.3%；學生普遍反映較難掌握的遞歸思維也由教學前的8.33%提升到59.26%。整體上分析，l0種計算思維能力的平均值從19.26%提升到72.41%，教學實踐成效明顯。加強計算思維的能力培養已經成為中職計算機類專業課程改革的共識。

結語：本文首先介紹了計算思維的基本概念和目前中職院校對計算思維研究的現狀，提出了面向計算思維的教學模式整體思路；并以計算機網絡專業的核心課程網絡互連技術為例，從課程教學內容構建與教學案例設計角度，系統分析了基于計算思維能力培養的計算機類教學模式的具體方法與實踐。最后從具體化的計算思維能力培養的統計數據角度出發，定量分析了教學模式實施前后的效果對比。統計數據表明，面向計算思維能力培養的教學模式能有效提升學生的學習興趣和學習成效。

參考文獻：

[1]鄭麗坤，關紹云，郭丹.計算思維引導的高校計算機基礎教學實踐研究[J].黑龍江高教研究，2016（2）：174-176

[2]曾瑩.基于計算思維的案例教學法在C語言教學中的實踐研究[J].科技視界，2017（6）：94-94