培养计算思维的计算机网络教学改革探析

【摘要】计算机网络课程是重要的计算机基础课程之一，涵盖多方面的知识，具备理论性和实践性较强的特点，这在一定程度上增加了该门课程的教学难度。而计算思维作为一种先进的教学理念，将其融入到计算机网络教学中，既能够提高计算机网络教学效率，又能够促进学生计算机认知能力、解决问题能力以及信息技术处理能力的全面发展。本文对培养计算思维的计算机网络教学改革进行探讨。

【关键词】计算思维，计算机网络，教学改革

一、计算思维概述

目前，国际上广泛认同的计算思维概念是由美国卡内基・梅隆大学的Jeannette M.Wing教授所提出的，即计算思维是指运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解的涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。计算思维的优势主要包括以下几个方面：计算思维通过运用嵌入、约简、转化、仿真等方法，能够将难以解决的问题转化为易解决的问题；计算思维能够通过运用冗余、容错、纠错等方式，遵循预防、保护的原则，快速恢复最坏情形；计算思维是数学与工程思维的互补与融合，能够利用启发式推理来寻求答案、进行学习；计算思维能够利用海量数据提高计算速度，权衡处理能力与存储容量之间的关系。将计算思维理论引入到教育教学领域，可以形成先进的教学理念，具体可概括为以下两个方面：一是将计算思维培养与课程教学相结合，促使学生在计算思维活动中完成学习任务、获取新知；二是引导学生学习计算思维本身，为学生扩展思维空间、解决难题、开展自主学习提供有力支撑。

二、计算机网络教学现状

计算机网络课程的概念多、内容抽象，全面介绍了计算机网络、数据通信、OSI参考模型、网络互联设备、网络传输、广域网技术、TCP/IP体系等相关知识，是一门重要的计算机基础课程。在教学过程中，教师只重视计算机网络知识和技能的传授，而不重视学生计算思维能力的培养，使得学生只能被动地接受知识，难以理解抽象的计算机网络工作原理、网络结构、网络协议等内容，无法运用已学知识解决实际问题，严重降低了计算机网络课程的教学效果。如，在教学OSI参考模型时，一些教师只是运用语言去讲解该知识点，使得学生在学习完之后只知道七层网络结构的功能，而对于该模型怎样在计算机间实现数据传输，每层结构如何利用计算机完成本层任务等方面却说不清楚。在学生缺乏基础理论知识的情况下，学生的计算思维无法得到拓展，根本无从谈起学生应用能力、解决问题能力以及创新能力的培养。

三、培养计算思维的计算机网络教学改革

（一）运用有效教学方法

计算机网络课程的理论教学内容抽象、难以理解，为了提高理论教学质量，有必要引入计算思维教学理念，运用有效教学方法，促使学生在思维活动中主动学习和理解新知识。在实际教学中，教师可采取启发式、案例式、讨论式教学方法，引导学生提出有价值的问题，而后通过合作探究学习，鼓励学生运用计算思维求解问题，找出解决问题的方法。如，在讲解网络组建内容时，可采用案例教学法，引入构建某企业网的案例组织教学活动。教师先要向学生介绍系统分析、系统规划、系统设计、系统实施等环节涉及的全部内容，而后启发学生自主构建网络拓扑结构，将难点问题转化为可通过实际操作便于理解的问题，帮助学生轻松掌握对应的抽象知识，培养学生计算思维能力。

（二）合理运用仿真平台

在计算机网络实践教学中，应合理设置实验教学内容，利用网络仿真平台培养学生计算思维，使学生能够在实践过程中独立分析问题和解决问题。如，在讲解TCP协议时，要求学生既要理解TCP协议的工作原理，又要理解TCP协议控制下实现拥塞控制的过程。为此，教师可利用仿真平台建立仿真试验情境，构建4节点星型网络拓扑结构，让学生通过动态显示工具了解网络中数据流流向，并使学生理解TCP拥塞控制协议的工作原理。在实验结束后，还可以让学生利用仿真平台的图形工具处理实验产生的数据，以图形方式输出。通过仿真实践教学，能够调动起学生学习的主动性，从而保证学生在掌握知识和技能的同时，促进计算思维的发展。

（三）开展多媒体教学

计算机网络教学应充分利用现代教育技术，积极开发一套CAI教学课件和电子教案，提高学生学习兴趣，降低学习难度。教师要将课程中较难理解的内容制作成集图像、文字、声音、动画等形式于一体的课件，在多媒体网络教室中进行联机教学，引导学生开展一系列的思维活动。如，在教学数据通信中的并行传输和串行传输内容时，教师可利用FLASH软件做出数据流动的方向，帮助学生理解数据传输的过程；又如，讲解数据在OSI模型七层结构里传输的过程时，教师可利用多媒体课件动态播放数据发送方从应用层到物理层的数据封装过程，以及接收方从物理层到应用层的数据解封过程，帮助学生构建起数据传输的形象思维。

（四）实现网络化教学

学校应充分利用网络技术，构建计算机网络课程的网上教学平台，将关于本课程的教学大纲、教学课件、习题资料、参考书目、实验指导以及教学影像等资料上传到网站上，使学生能够随时随地获取丰富的学习资源。学生可以在网站论坛上提出有价值的问题，与教师和同学进行讨论，在相互学习中获取新知。同时，学生还可以借助平台提交作业、点播视频、检索学习资料，使学生在课下时间查缺补漏，及时消化课堂上未能理解和掌握的知识点，培养学生自主学习能力和计算思维能力。

结论：总而言之，将计算思维培养引入到计算机网络教学中，能够彻底转变该门课程教学效率不高的现状，构建起集知识、思维、技能于一体的教学新模式。在实际教学中，教师要运用有效的教学方法，将计算思维培养渗透到教学的全过程中，使学生建立起较为科学的学习习惯，不断提高思维能力、应用能力和创新能力。