王惠惠 李敏 王俊飛 白貴山

摘要：計算思維是目前研究較廣泛的一種思維方式，他可以培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力。該文首先簡要論述了計算思維的應用現狀，然后分析了在計算機網絡類課程中應用計算思維的基本思路和具體方法。

關鍵詞：計算思維;計算機網絡;問題解決

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）22-0140-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 計算思維的應用現狀

計算思維是由美國卡內基·梅隆大學計算機科學系主任周以真教授提出。周教授認為計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統(tǒng)設計、以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。近年來，各學科都在研究利用計算思維解決行業(yè)知識。目前，計算思維融人生物學、化學、物理學、哲學等領域，在各學科中具有很大的影響。

計算思維是每一個人必須具備的基本技能，是人類求解問題的一條途徑，它告訴人們只要肯善于思考勤于實踐，世界上就會只有想不到、沒有做不到的事情。

2 基于計算思維的計算機網絡類課程教學改革基本思路

2.1通過計算思維提高應用、創(chuàng)新能力

計算思維的本質是應用計算機科學技術解決復雜問題。在課程中融人技術思維，將復雜問題分解為多個子問題，按照計算機的串行和并行計算的思想執(zhí)行，最終解決問題。應用技術思維可以簡化問題，使問題更清晰，使學生在解決問題的過程中內化知識。從而提高應用能力，并具有一定的創(chuàng)新能力。

2.2 將計算思維培養(yǎng)貫穿整個教學過程[1]

計算思維能力的培養(yǎng)不僅僅體現在程序設計類課程中，要在學生的整個學習生涯中都要進行。在計算機網絡類課程中融人計算思維，幫助學生學會從本質和全局上解決學習和工作中的實際問題，同時提升學生的計算機網絡應用能力[1]。

3 基于計算思維的計算機網絡類課程教學設計

3.1 基于流程圖的計算思維能力培養(yǎng)

計算思維是一種建構性思維，需要將解決問題的思維轉化為一系列計算機可以理解并執(zhí)行的過程，再進一步建立可自動化處理的計算系統(tǒng)[2]。按照概念計算思維可以分為問題識別、問題分解、抽象和問題解決4個部分。

流程圖是將系統(tǒng)按照事件發(fā)生的先后順序用圖形表示出來的一個信息流、觀點流。流程圖將計算思維中對問題的識別用不同圖形符號表示出來，并輔以簡單的文字說明;而將一個復雜問題用流程分支結構表示出，實現對計算思維中問題的分解;有了對問題的標識，怎么樣對問題進行抽象，是流程圖的核心，它使用流程框、輸入輸出框等表示的順序、選擇、循環(huán)等結構實現對問題的抽象;將所有信息用有向線條連接起來，構成一個有先后順序的清晰圖表，及可用計算機按照一定算法來執(zhí)行并解決。流程圖對問題的構造體現了計算思維的四個步驟，將計算思維對問題的描述更加簡單易于理解。

在信息技術課程中程序設計類課程使用流程圖描述問題的較多，將某一問題構建為流程圖，并編寫相應的代碼。在計算機網絡類課程中流程圖的應用較少。若能將流程圖的方法應用于計算機網絡課程，則可以更好地培養(yǎng)學生計算思維能力。

例如1，在講解DHCP協(xié)議的執(zhí)行過程時計算思維的體現及流程圖實現。

（1）問題提出并識別

問題提出：DHCP按照什么流程將IP地址分配給客戶機？

問題識別：DHCP服務器，服務器IP地址，服務器MAC地址，客戶機，客戶機IP地址，客戶機MAC地址。

（2）問題分解

客戶機獲得IP地址分為2種情況，一種是初次申請IP地址，一種是IP地址過期之前續(xù)約。

（3）系統(tǒng)抽象

當客戶機初次申請IP地址時要經過四個步驟，并且每步的IP地址均要發(fā)生變化，這四步是順序執(zhí)行的。當客戶機提出對IP地址的續(xù)約時，分為三種情況.當達到租約時間的50%時，當達到租約時間的7/8時，當完全超時時。三種情況有先后順序，但是對于整個過程來說是一個循環(huán)。

其中學生繪制的客戶機續(xù)約的流程圖如圖1所示。

例如2，在講解兩臺計算機之間數據轉發(fā)時的計算思維培養(yǎng)及流程圖實現。

（1）問題提出并識別

問題提出：數據轉發(fā)需要經過哪些設備？兩臺計算機是同網段嗎？

問題識別：計算機1，計算機2，路由器，交換機

（2）問題分解

數據轉發(fā)分為兩種情況，一種為同網段數據轉發(fā)，一種為跨網段數據轉發(fā)。

（3）系統(tǒng)抽象

在數據轉發(fā)過程中需要判斷源IP地址與目標IP地址的關系，源IP地址與路由器接口IP地址的關系，以及所有的MAC地址關系。整個數據流程為順序結構。

學生繪制的數據轉發(fā)流程圖如圖2所示。

3.2 通過設置問題，提高發(fā)散思維能力[3]

設置問題是任何一門課程教學中不可缺少的環(huán)節(jié)，是對計算思維能力培養(yǎng)的重要體現。通過問題遷移可以有效提升學生的應用能力和創(chuàng)新能力。設置問題在不同的教學環(huán)境中，面對不同的學生應有不同的設計。對提問的設計不僅要注重基礎知識的體現，注重學生的承受能力，注重與專業(yè)技能的結合，更應該注重學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。設置問題可以有如下幾種形式：

（1）教師設置問題，學生思考回答問題

教師提出問題、學生回答，這種形式就是課堂上的提問。教師提問時注意的一點是，通過思考回答問題，能夠培養(yǎng)學生的能力，切記不能設置不加思索就能回答出來的問題。

例如，在講解了DHCP協(xié)議的執(zhí)行過程后，可以讓學生思考如下問題：DHCP的執(zhí)行過程是分段、分層執(zhí)行的，它和哪些協(xié)議的執(zhí)行過程相似？分層思想在計算機網絡中的應用還有哪些？生活中有哪些事情處理是分段、分層完成的？日常生活中普及的智能手機等人網設備，他們是否也需要IP地址呢，他們的IP地址如何獲得，怎么查看手機IP地址？

類似的問題可以讓學生了解網絡的構建思路，讓學生學會分層的思想，為以后解決問題提供一定的思路。將專業(yè)知識與生活現象聯系起來，更能激發(fā)學習興趣。

（2）由教師引導，學生自己提出問題

教師正確引導，學生提出高質量問題，對于學生的創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)具有重要的作用。但是需要注意問題的提出要有解決思路，最好能用流程圖解決。

例如，在講解證書服務器章節(jié)之后，教師提出你能從所學內容中提出哪些問題，可以從知識本身的擴展、CA在生活中的應用方面思考？

根據教師的引導，有的學生提出證書的具體內容是什么？證書存放在哪里？證書服務器在生活中有哪些應用？CA類似于生活中的哪些機構？

還有學生提出更有趣的問題，能不能利用證書服務器的思想構建可靠的局域網環(huán)境？

類似的問題說明學生已經理解證書服務器的作用，但是仍然有很大的擴展空間。學生提出創(chuàng)新問題，可以作為畢業(yè)設計的研究內容，也可以作為興趣愛好，鞏固知識的學習。

3.3 巧設綜合性案例，培養(yǎng)綜合應用能力

計算機網絡課程中的綜合性案例通常為綜合本課程或者多門課程的多個知識點的實驗。在解決綜合性案例時也要學生按照計算思維的四步驟進行。

例如，實驗描述如下：

實驗環(huán)境：客戶機1臺，操作系統(tǒng)為Windows 7;服務器2臺，操作系統(tǒng)均為Windows server 2008 R2

實驗要求：（1）服務器1中配置DHCP、DNS服務器，服務器2中配置WEB、FTP服務器。（2）客戶機的IP地址自動獲得。（3）WEB站點的文件均由用戶通過FTP服務器遠程上傳。

在講解了DHCP、DNS、WEB、FTP服務器的原理和配置之后，如果是單獨的實驗，學生都會按時完成。如果將四種服務作為一個整體，相互關聯起來，90qo的學生不能準確理解。

在完成該實驗的之前，首先讓學生分析問題，然后對問題進行分解，進行系統(tǒng)抽象，最后實現。

（1）問題提出和識別

本實驗中涉及DHCP、DNS、WEB、FTP、客戶機五個角色，3臺物理機。并要求學生畫出整個網絡結構圖。

（2）問題分解

可以把該實驗分為四個部分，分別為DHCP、DNS、WEB、FTP配置四個部分。每部分之間的關系為：DHCP為DNS、WEB、FTP分配保留IP地址，DNS配置WEN、FTP的資源記錄，FTP的物理路徑指向WEB的物理路徑。

（3）系統(tǒng)抽象

該實驗可以借鑒計算思維中的并行和串行思想，將四個部分連接起來。首先需要配置的是DHCP服務器，他給其他計算機分配IP地址，然后可以同時配置DNS、WEB、FTP服務器，最后配置客戶機。

（4）問題解決

前面3步完成之后，即可按照步驟完成這個實驗。

4 結束語

計算思維在學生的成長過程中有著非常重要的作用。它可以提高學生分析問題解決問題的能力。因此教師和學生一定要在平時的工作和學習中不斷提高自身的計算思維，提高工作和學習效率[4]。

參考文獻：

[1]曾兆敏，王宏旭，王坤，化工類院校視域下高校計算機課程計算思維培養(yǎng)[Jl.粘接，2019，40（10）：162-164.

[2]郁曉華，王美玲.流程圖支持下的計算思維培養(yǎng)實踐研究[J].中國遠程教育，2019（9）：83-91.

[3]李敏，以培養(yǎng)計算思維為主的C程序設計課程教學改革[Jl.電腦知識與技術，2019.15 （12）：111-112.

[4]趙娜龍.基于計算思維“計算機”課程混合教學模式淺析[J]信息記錄材料，2020，21（1）：218-219.

【通聯編輯：朱寶貴】基金項目：基于“翻轉課堂”和企業(yè)案例相結合的教學方法研究——以《Windows Server服務器管理》課程為例》（項目編號：

HTXYJXY18014）

作者簡介：王惠惠（1983-），副教授;李敏（1979-），副教授;王俊飛（1977-），教師;白貴山（1963-），副教授。