趙雷

摘 要：針對計算機網(wǎng)絡(luò)課程實踐性強，實踐教學(xué)和理論教學(xué)難以有效結(jié)合等問題，提出將計算機思維應(yīng)用于計算機網(wǎng)絡(luò)課程的實驗教學(xué)中；通過調(diào)整實驗教學(xué)目標(biāo)，制定以計算機思維能力培養(yǎng)為核心的實驗教學(xué)方案，來提高該門課程的實驗教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量，教學(xué)實踐證明，該教改思路是有效的。

關(guān)鍵詞：計算思維；計算機網(wǎng)絡(luò)；實驗教學(xué)；能力培養(yǎng)

計算機網(wǎng)絡(luò)是高等學(xué)校網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)一門重要的專業(yè)課程，是眾所周知的難學(xué)難教的課程。學(xué)生感覺較難理解和掌握老師的授課內(nèi)容；傳統(tǒng)的“重理論，輕實踐”的教學(xué)模式已不能滿足學(xué)習(xí)的要求，如何通過改進教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式及實踐內(nèi)容，來改善教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量一直是計算機教育界所關(guān)注的熱點問題[1]。

思維是大腦對客觀現(xiàn)實間接和概括的反映，是客觀事物本質(zhì)和規(guī)律的反映。目前公認(rèn)的三大科學(xué)思維是理論思維、實驗思維和計算思維[2]。其中，理論思維以數(shù)學(xué)學(xué)科為代表，實驗思維以物理學(xué)科為代表，而計算思維則以計算機學(xué)科為代表。計算思維的核心思想是運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類的行為。近年來，計算思維已成為國內(nèi)外學(xué)術(shù)界、教育界普遍認(rèn)可和倡導(dǎo)的科學(xué)理念。

本文將計算機思維這種新的科學(xué)理念引入到計算機網(wǎng)絡(luò)課程的實驗教學(xué)中：一方面，有助于改善計算機網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)的教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量。更為重要的是，將有助于學(xué)生將計算機網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)原理和方法應(yīng)用于其他軟件系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計及日常生活問題的處理中。

一、計算思維與計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

計算思維是周以真教授在2006年提出的，她認(rèn)為，計算思維是建立在計算過程的能力和限制之上，借助計算方法和模型，由人和機器共同完成復(fù)雜問題的求解和龐大系統(tǒng)設(shè)計[3]。計算思維一經(jīng)提出，就受到了國內(nèi)外教育界廣泛關(guān)注。計算思維中所蘊含的許多科學(xué)思維十分值得學(xué)習(xí)和借鑒[4]。

計算機網(wǎng)絡(luò)課程中很多設(shè)計思想和方法都體現(xiàn)了計算思維所倡導(dǎo)的這些科學(xué)思維和理念。例如，計算機網(wǎng)絡(luò)利用“抽象和分解”思維對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行抽象，得出計算機網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)；在傳輸層上利用“啟發(fā)式推理”思維通過在不確定的情況下的規(guī)劃、學(xué)習(xí)和調(diào)度來實現(xiàn)三次握手基本操作，以保證數(shù)據(jù)的端到端的可靠傳輸。

在計算機網(wǎng)絡(luò)課程中，類似的例子還很多，可以說計算機網(wǎng)絡(luò)是最能體現(xiàn)計算思維的一門課程。作為計算機專業(yè)的教師，要充分利用計算機思維這一有力的科學(xué)工具，將其貫穿于整個課程的理論和實踐教學(xué)中，力求提高和改善教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。

二、“計算機網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)目標(biāo)

計算機網(wǎng)絡(luò)程是計算機網(wǎng)絡(luò)課程的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)能力和動手能力的重要手段。由于計算機網(wǎng)絡(luò)包含許多計算機思維中系統(tǒng)級的問題求解，故計算機網(wǎng)絡(luò)課程應(yīng)以計算機思維能力培養(yǎng)為核心目標(biāo)，以講授各種網(wǎng)絡(luò)命令、技術(shù)和算法為主要內(nèi)容，使學(xué)生通過上機實踐和合作設(shè)計，來感知和領(lǐng)悟計算機求解問題和設(shè)計系統(tǒng)的基本方法和思維模式，提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。據(jù)此，計算機網(wǎng)絡(luò)課程的實驗教學(xué)目標(biāo)如下：

以計算機思維能力培養(yǎng)為目標(biāo)導(dǎo)向，在掌握計算機網(wǎng)絡(luò)基本工作原理和實現(xiàn)方法基礎(chǔ)之上，進行工程實踐的能力以及解決實際生活問題的能力。具體包括以下幾方面：

（1）熟練運用和操作計算機網(wǎng)絡(luò)命令。

（2）熟練進行網(wǎng)絡(luò)配置和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計。

（3）模擬并實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)算法的生成或改進。

（4）剖析某種具體網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的實現(xiàn)機理，設(shè)計相應(yīng)的功能模塊。

（5）協(xié)作完成一個小型網(wǎng)協(xié)議的設(shè)計和一個小型網(wǎng)絡(luò)功能設(shè)計。

三、面向計算思維的計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方案設(shè)計

根據(jù)我校學(xué)生自身特點和學(xué)校的人才培養(yǎng)方案，結(jié)合上節(jié)所確立的計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)目標(biāo)，重點以計算機思維能力培養(yǎng)為核心導(dǎo)向，將每一個階段的實驗類型分為驗證性實驗、算法模擬實驗和設(shè)計性實驗三大類。

（1）驗證性實驗：以實際的操作系統(tǒng)（Windows或Linux）作為實驗環(huán)境，通過驗證操作系統(tǒng)具體運行現(xiàn)象，讓學(xué)生直觀感知網(wǎng)絡(luò)相關(guān)命令的工作原理和實現(xiàn)方法。

（2）算法模擬實驗：以計算機網(wǎng)絡(luò)中具有代表性的經(jīng)典算法為例，選擇一種高級程序設(shè)計語言，讓學(xué)生通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)算法的功能。

（3）設(shè)計性實驗：要求學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)模擬器（Packet Tracer）等進行網(wǎng)絡(luò)模擬實驗。設(shè)計性實驗重點培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力和創(chuàng)新能力。

基于計算思維的計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗方案如表1所示。

將本實驗教學(xué)方案應(yīng)用于我院計算機專升本、?？粕挠嬎銠C網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實踐中，經(jīng)過課堂觀察和問卷調(diào)查，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣得到很好的提升，課堂效率明顯提高，學(xué)期末的考核也表明，學(xué)生的實際動手解決能力得到較好提高，相應(yīng)理論知識點的掌握能力也隨之得到改善。這說明本方案是正確可行的。

四、結(jié)語

計算機思維的出現(xiàn)為當(dāng)今教育界提供了一個培養(yǎng)應(yīng)用型人才和創(chuàng)新型人才的有力工具。本文將計算思維應(yīng)用于計算機網(wǎng)絡(luò)課程的實驗教學(xué)中，不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)理論知識分析和解決實際應(yīng)用問題的動手能力及良好的創(chuàng)新和團隊意識，同時有助于解決計算機網(wǎng)絡(luò)課程難學(xué)難教、實踐與理論未能有效結(jié)合等問題，提高計算機網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。下一步的工作是繼續(xù)完善和改進該實驗教學(xué)方案，并嘗試向我院其他專業(yè)其他課程進行推廣實踐。

參考文獻：

[1]陳華杰，戴麗娟.以培養(yǎng)計算思維為核心的程序設(shè)計實驗教學(xué)[J].實驗技術(shù)與管理，2011，28（1）：125-127

[2]梁正平，李炎然，王志強.計算思維導(dǎo)向的操作系統(tǒng)課程教學(xué)改革[J].計算機教育，2012（9）：31-34.

[3]Wing J M. Computational Thinking [J].Communications of the ACM， 2006， 49（3）： 33-35.

[4]劉道文.基于計算機思維能力培養(yǎng)的實踐教學(xué)平臺建設(shè)研究[J].計算機教育，2014（7）：92-95.