一種基于知識拓撲的《計算機網(wǎng)絡》教學方法的研究

【摘 要】本文提出了一種基于知識拓撲、采用問題驅(qū)動主導教學過程的《計算機網(wǎng)絡》課程教學方法。在該方法中提出了課程拓撲、知識拓撲以及知識域的概念?；谶@些概念，結(jié)合問題驅(qū)動，提出了該教學方法的體系結(jié)構(gòu)，總結(jié)了該教學方法的基本思想。不同層次、不同專業(yè)的學生教學效果表明，該方法行之有效。

【關鍵詞】知識拓撲；問題驅(qū)動；《計算機網(wǎng)絡》

1.引言

《計算機網(wǎng)絡》課程是高等院校計算機相關專業(yè)的專業(yè)基礎課，在計算機相關專業(yè)的課程體系中占有重要位置。如何提高該課程的教學質(zhì)量，達到理想的教學效果對計算機相關專業(yè)的教學具有重要意義，這也是廣大從事《計算機網(wǎng)絡》課程教學的教師十分關心的問題。目前，就該課程的教學過程和內(nèi)容來看，主要存在以下問題。

（1）由于計算機網(wǎng)絡是由通信技術與計算機技術相結(jié)合而產(chǎn)生，因此，該課程預備知識較多且無統(tǒng)一體系，導致該課程教學內(nèi)容與課程拓撲緊密相關。不合適的課程拓撲將影響該課程教學過程的正常開展。

（2）目前，該課程的教材內(nèi)容大多基于網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)線形排列，知識結(jié)構(gòu)較松散，在未建立全局知識體系的前提下，不利于組織邏輯嚴密的教學過程，這給學生理解課程的內(nèi)容增加了困難。

（3）計算機網(wǎng)絡歷史問題較多，在不能明確這些問題的前提下，不利于實現(xiàn)清晰、流暢的教學過程。

（4）計算機網(wǎng)絡是一個動態(tài)和活躍的領域，知識和技術更新較快，而教材內(nèi)容相對滯后，導致基礎理論與工程實踐有差異，教學過程中需要適當?shù)慕忉尅?/p>

在充分考慮到計算機相關專業(yè)課程體系特點、《計算機網(wǎng)絡》課程知識點構(gòu)成以及各種教學方法的基礎上提出了一種基于知識拓撲、采用問題驅(qū)動主導教學過程的教學方法，力求徹底解決（1）、（2）問題，進而解決（3）、（4）問題，探索出一條行之有效的《計算機網(wǎng)絡》課程教學途徑。

2.知識拓撲和課程拓撲確定知識結(jié)構(gòu)

基于知識拓撲的《計算機網(wǎng)絡》教學方法的核心是基于課程拓撲和知識拓撲構(gòu)造該課程的知識結(jié)構(gòu)。通過合理劃分知識域來確定每次教學過程的教學內(nèi)容，確保教學內(nèi)容從結(jié)構(gòu)和規(guī)模上與教學過程相適應，為創(chuàng)造良好的教學效果奠定基礎。為準確描述該教學方法，首先對課程拓撲和知識拓撲以及相關的概念進行定義。

定義1：課程拓撲：所謂的課程拓撲是指在一個專業(yè)方向完整的知識背景下，在專業(yè)培養(yǎng)目標的約束下，構(gòu)成該專業(yè)培養(yǎng)方案各門課程之間的邏輯關系的全部。

定義2：知識拓撲：所謂的知識拓撲是指在構(gòu)成一門課程完整知識結(jié)構(gòu)的背景下，知識結(jié)構(gòu)中的各知識點以及各知識點之間邏輯關系的全部。

定義3：知識域：是知識拓撲的一個劃分，該劃分是以知識拓撲中一個主要知識點節(jié)點為中心，該中心和所有與該中心節(jié)點相鄰的節(jié)點構(gòu)成了知識域。以該主要知識點的預備知識節(jié)點為教學內(nèi)容的中心節(jié)點構(gòu)成的知識域，稱為該知識域的父域。該知識域為父域的子域，相同父域的子域互為兄弟域。

因此教學過程選擇知識域時可遵循以下原則。

（1）力求一次教學時間內(nèi)對應一個知識域，一次教學時間內(nèi)如出現(xiàn)多個知識域，則一定屬于同一個父域；

（2）相鄰教學過程所選擇的知識域最好是父域和子域關系，如不能實現(xiàn)，則一定是兄弟域關系。

3.問題驅(qū)動主導教學過程

針對問題驅(qū)動的討論，主要從問題設計、解決問題途徑設計、課堂設計和教學實施四個方面展開。

（1）問題設計

采用基于知識拓撲的《計算機網(wǎng)絡》課程教學方法的經(jīng)驗和教訓，初步確定該教學方法問題設計需要遵循的原則。

問題設計必須以課程拓撲和知識拓撲為約束；

每一個教學過程必須從知識域的中心節(jié)點開始，力求在本次教學過程中完成該知識域的所有教學內(nèi)容節(jié)點的教學任務。未完成的教學內(nèi)容可以課后把問題留給學生，為下一次教學過程做好鋪墊；

可采用提問、回顧上次教學過程遺留的問題引出本次教學過程涉及知識域的中心節(jié)點；也可采用直接提出中心節(jié)點作為目標，引入預備知識節(jié)點進行推導，然后在解決問題的基礎上，提出中心節(jié)點的教學內(nèi)容節(jié)點；

無論采用哪種方式，問題提出設計必須嚴格按照知識域要求進行；

問題提出設計需要服從解決問題方式和途徑的需要。

（2）問題求解過程設計

問題求解過程設計（簡稱求解設計）與問題設計一樣是一個科學與藝術相結(jié)合的產(chǎn)物，不同形式解決問題的途徑在教學過程中產(chǎn)生的效果差異巨大，必須遵循如下原則。

必須明確解決問題提出的目的和問題求解的各種路徑；

必須選擇合適的問題切入點，使解決問題的過程邏輯嚴密，環(huán)環(huán)相扣；

各環(huán)節(jié)問題解決的結(jié)論必須明確和必然，避免結(jié)果不清晰和牽強。

問題解決后必須有解決問題總體思路和關鍵點以及前提、條件的總結(jié)和討論。

（3）教學過程設計

教學過程設計（簡稱過程設計）是在問題設計和解決問題途徑設計基礎上完成的。教學過程必須充分考慮學生的背景，只有這樣才能保證問題驅(qū)動能調(diào)動學生的積極性、激發(fā)學生的興趣，使學生在解決問題的同時能體驗成就感。

（4）教學實施

教學實施是將問題設計、解決問題途徑設計以及課堂設計具體實施的過程。一般遵循以下步驟。

在教學過程開始，首先明確該此教學過程要解決的問題、達到的目標；

接下來需要明確要達到解決問題、達到目標需要遵循的途徑；

利用設計好的問題切入點展開教學過程；

在教學過程中，利用設計的問題引導學生思考、演算、推理以至得出階段性結(jié)論，既一個問題的解決；

教師需要對問題的解決給予必要的提示，對階段性結(jié)論進行分析、總結(jié)，避免偏離事先設計的問題解決途徑；

按知識域結(jié)構(gòu)進行總結(jié)和討論，為下一次教學過程預留問題，埋下伏筆。

圖1 問題驅(qū)動實施流程示意圖

在采用問題驅(qū)動主導教學過程的實施過程中，必須采用閉環(huán)控制策略。嚴格按照圖1所示的流程開展問題驅(qū)動設計。

4.基于知識拓撲、問題驅(qū)動主導教學過程的《計算機網(wǎng)絡》教學方法的基本思想

基于知識拓撲的《計算機網(wǎng)絡》教學方法的基本思想包括以下幾個方面：

（1）該教學方法是一個具有反饋修正特點的閉環(huán)動態(tài)過程。

（2）以課程拓撲為約束條件，知識拓撲為基礎的《計算機網(wǎng)絡》課程知識結(jié)構(gòu)的，該知識結(jié)構(gòu)由知識拓撲中的父域和知識域以及它們相互的關系表示出來，用于指導教學內(nèi)容與教學過程的統(tǒng)一安排。

（3）以知識結(jié)構(gòu)為基礎，教學資源為約束條件，問題驅(qū)動為動力，問題求解為目標的教學過程設計，力求提供結(jié)構(gòu)完整、過程嚴謹、內(nèi)容流暢的教學過程。

（4）以學生背景為先決條件，發(fā)揮教師自身綜合素質(zhì)的優(yōu)勢，按照設計好的教學過程開展教學活動。

（5）最后是以教學效果評估反饋為手段的教學過程設計修正，即通過教學實施對該課程的知識結(jié)構(gòu)、教學過程的有效性進行評估。然后，按照評估的結(jié)果對該課程的知識結(jié)構(gòu)以及教學過程的設計進行修正。

上述五個方面相互支撐，形成了一個具有閉環(huán)控制特征的完整過程。因此，該過程是基于知識拓撲的《計算機網(wǎng)絡》教學方法的基本思想，也是該教學方法的核心內(nèi)容。

基于知識拓撲的《計算機網(wǎng)絡》課程教學方法的體系結(jié)構(gòu)，該體系結(jié)構(gòu)將指導該教學方法的實施。但在該方法的具體實施時，還需要討論以下幾個方面的問題。

（1）《計算機網(wǎng)絡》課程第一次教學過程

《計算機網(wǎng)絡》課程的第一次教學過程十分重要，是實施該教學方法的起點。在該教學過程中，需要向?qū)W生明確以下幾個問題。

本課程在專業(yè)體系中的地位，既課程拓撲；

本課程教學目的，既知識拓撲中的原點；

要實現(xiàn)教學目的可遵循的路由，既實現(xiàn)知識拓撲的路由。

（2）采用問題驅(qū)動主導教學過程的開展

在采用問題驅(qū)動的教學過程中，問題提出、問題求解途徑以及教師綜合素質(zhì)的發(fā)揮都是影響教學效果的關鍵因素，在充分考慮這些因素的同時，需要嚴格遵循以下原則。

自頂向下明確目標、解決問題的途徑和需要解決的問題；

自底向上解決問題中的具體問題。

（3）嚴密的問題求解過程

在基于知識拓撲的《計算機網(wǎng)絡》教學方法中要實現(xiàn)問題求解過程的嚴密性。需要注意以下幾個問題：

明確處于知識域父域中的必要知識點，可通過預習和提問等手段做準備；

必須十分清楚問題求解的背景、上下文關系；

嚴格遵守邏輯思維原則，充分運用好歸納和演繹的方法，努力實現(xiàn)用數(shù)學語言描述和解決問題；

問題解決后，一定要進行詳細的討論。對問題的推論、性質(zhì)、發(fā)展以及限制必須討論清楚。

（4）問題提出、問題求解過程設計過程中必須充分考慮教學資源的局限性

在基于知識拓撲的《計算機網(wǎng)絡》教學方法中教學資源的使用要遵循以下原則：

在缺乏充分的理論基礎支撐以及必要的理論設計的前提下，不宜在實驗室開展理論和實驗教學；

在進行嚴密的推理教學過程中，不宜采用多媒體等影響推理思路的教學手段；

要充分使用網(wǎng)絡數(shù)字化教學資源，促使學生利用教學資源探索問題，尋求問題求解途徑；

教學資源的使用要以有利與學生獲得直接經(jīng)驗為原則。

（5）教學實施過程中，必須充分考慮學生的背景

通過長時間的教學活動，筆者認為以下幾個問題需要在教學過程中重點關注。

學生的專業(yè)。應充分利用學生的專業(yè)背景開展教學過程。

學生的層次。在實施教學過程中要考慮學生的層次，注意推理、解釋的合理搭配。

注意搜集當前的熱點問題。將熱點問題有機地與教學實施過程結(jié)合是一個非常好的選擇。

注意教學效果評價。根據(jù)評價效果改進教學事實過程。

5.結(jié)語

采用該教學方法可在《計算機網(wǎng)絡》課程教學過程中采用邏輯嚴密的問題求解方法主導教學過程，創(chuàng)造學生參與問題求解的機會，使教學過程更具交互性，從而極大調(diào)動學生學習的積極性。讓學生體驗到成就感，激發(fā)學生深入學習的欲望，培養(yǎng)問題求解能力，使學生形成努力學習的良性循環(huán)。該教學方法對教師的要求較高，是一個長期、整體的過程。該教學方法也為其他課程教學方法的改革開拓了思路。事實上，在充分結(jié)合專業(yè)特點、課程特點和知識結(jié)構(gòu)特點的基礎上，對該教學方法進行改進，則該方法也適用于其他課程的教學。

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