“計算機網絡”教學中計算思維能力培養探索

胡春暉

摘 要：隨著互聯網的發展，當今社會對IT人才內涵的需求也在變化，著重培養大學生的計算思維能力已形成共識。計算機網絡課程是計算機專業的骨干課程，在計算機網絡教學中融入計算思維的培養已成為大學計算機網絡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網絡課程教學中，并以實際教學案例闡述基于計算思維的教學方法設計。通過教學改革，促進了學生的計算思維能力培養，提高了學生的綜合素質。

關鍵詞：計算機網絡；計算思維；教學改革

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

一、引言

2006年美國Carnegie Mellon大學的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科學的基礎概念進行問題求解、系統設計以及理解人類行為等，涵蓋了計算機科學之廣度的一系列思維活動。2010年《九校聯盟（C9）計算機基礎教學與發展戰略聯合聲明》就提出了要把培養學生的“計算思維”能力作為計算機教學的核心任務。基于計算思維的學習目的是為了創造，計算思維發展水平是學生成才的關鍵。以先進的教學理念指導教學，對學生現在以及將來具有非常重要的影響。計算機網絡作為計算機專業重要的骨干課程，在這門課程的中也要培養學生的計算思維能力。如何在計算機網絡課程中將計算思維的基本理論和思維融入到教學過程中，將各種復雜的網絡協議算法重新闡釋成一個我們已知的簡單問題并進行分析解決，成為了需要我們進行悉心探討研究的問題。

二、計算機網絡教學現狀

計算機網絡課程主要講授現代數據通信、網絡體系結構、網絡互聯技術、網絡管理及安全等知識。通過學習，使學生掌握計算機網絡的基本概念、網絡協議、工作原理。當前的計算機網絡教學過程中普遍存在有以下問題：

（一）教材內容理論性偏強，與實際結合不強

當前國內教材都是以OSI/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、網絡協議、工作原理等，知識點繁雜而且抽象，學生學習起來有一定難度，不能激發學生的學習熱情。課本中內容理論較多，但是很多在實際中并沒有得到廣泛應用，現實生活中網絡又不完全符合OSI/RM體系結構，使學生對網絡體系結構感到一定程度的困惑。

（二）教學理念落后

傳統計算機網絡教學中，教師只注重知識滿堂灌，對于網絡協議中抽象的算法，單純的板書和描述難以幫助學生對學習內容進行深入理解，學生不能得到思維訓練，不能調動學生的學習積極性，不利于學生計算思維能力的培養。

（三）實踐環節薄弱

計算機網絡實驗教學的內容過于流程化和簡單化，只是做一些簡單的局域網組網，數據報文分析，沒有突出對學生計算思維能力的培養。需要培養學生的自主解決問題的能力，使學生在處理現實問題時，通過利用科學的思維方式對信息進行加工處理，以更好的應用到科學研究和生產中。

三、在計算機網絡課程教學中培養學生的計算思維

（一）基于計算思維的計算機網絡教學模式

傳統的教學模式主要是教師講解教材中的知識點，介紹整個計算機網絡的體系結構，讓學生了解計算機網絡的基本原理和網絡的運行原理。將計算思維融入計算機網絡教學中，使學生在學習過程中學會運用計算思維方法去發現問題，解決問題。計算思維教學并不要求學生掌握大量磅礴的知識，而是培養學生的計算思維能力。在教學中應融入計算思維的理念，利用啟發式推理來尋求問題的解答，讓學生運用計算思維的方法進行學習。比如，在教學中不試圖去重點講解某一具體網絡技術、名詞，而是利用該知識點作為切入點，著重介紹技術演變進步過程中的解決問題的計算思維方法。

（二）在課堂教學中培養計算思維

在將培養計算思維作為主要任務的課堂教學中，應該使學生學會如何解決問題的方式，使學生理解和感悟問題求解的基本方法和思維模式。“通過提出問題，引導學生分析問題，進而找出解決方法”，按照這樣的模式組織教學，可以使具體的教學過程成為問題的解決過程。可以采用案例教學法，案例教學以案例分析為基礎，以解決問題為主線，教學內容圍繞案例的探討、分析逐步展開，通過對案例的剖析，激發學生的求知欲，調動學生的積極性，使學生主動思考和學習。教師則引導學生在求解過程中，由案例引出知識點，然后對知識點進行講解，讓學生在案例教學中學會知識，歸納總結經驗，舉一反三，并且培養運用知識解決實際問題的能力。基于計算思維的案例教學過程可歸納為如圖3-1所示。

下面通過RIP路由信息協議這個案例來闡述筆者的課堂教學思路。

案例：RIP路由信息協議，在講解案例之前先把RIP協議的相關知識點進行梳理，介紹RIP協議中“距離”的定義，“鄰居”的定義等基礎知識點，在此基礎上再采取由簡單到復雜的原則設置教學案例。起初，設置一個簡單的案例，如圖3-2所示。網絡中有兩個路由器R1、R2，路由器R1能夠到達目標N1、N2、N3，路由器R2能夠到達目標網絡N4。引導學生發現問題，“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N4網絡，從R2就可以到達N1、N2、N3網絡？”啟發學生進行思考，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絡的距離（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上引導學生對多個路由器進行路由交換的設想，每個路由器跟相鄰的路由器進行信息交換，選擇距離最短的路由，經過若干次更新后，所有的路由器最終都會知道到達本自治系統中任何一個網絡的最短距離和下一跳路由器的地址。

（三）在實驗教學中強化計算思維

實驗教學是計算機網絡課程中的一個重要教學環節，通過實驗不僅可以讓學生對理論知識加以復習，更加直觀的看到計算機網絡協議的運行過程，還可以鍛煉學生利用知識解決實際問題的能力，進一步培養學生的計算思維能力。

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

1.首先畫出實驗拓撲圖，如圖3-3所示。

2.然后按照拓撲圖規劃的IP地址，配置路由器和PC機IP地址。

3.配置路由器Router0、Router1、Router2上的RIP協議，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協議運行的過程，如圖3-4所示。

通過有目的實驗教學，培養鍛煉學生的動手能力，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、結束語

計算思維在計算機網絡課程教學實踐應用的結果表明，不僅能顯著提高學生知識掌握水平，而且鍛煉了學生的思維能力，對計算思維的掌握會讓學生不再局限于計算機網絡專業技術，有助于學生解決以后學習生活中遇到的實際問題。

（作者單位：鄭州輕工業學院軟件學院）

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