計(jì)算思維在中職計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的實(shí)踐與探討

劉俊博

摘要：文章研究了計(jì)算思維的教學(xué)模式設(shè)計(jì)、實(shí)踐與效果分析，重點(diǎn)介紹了計(jì)算思維的基本概念和目前中職院校對(duì)計(jì)算思維研究的現(xiàn)狀，提出了面向計(jì)算思維的教學(xué)模式整體思路，并以中職計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)的核心課程網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)為例，從課程教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建與教學(xué)案例設(shè)計(jì)角度，系統(tǒng)分析了基于計(jì)算思維能力培養(yǎng)的中職計(jì)算機(jī)類課程教學(xué)模式的具體方法與實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；中職計(jì)算機(jī)；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)；實(shí)踐

計(jì)算思維（C0mputati0nalThinking）的概念最早由美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)周以真教授于2006年提出，并進(jìn)行了系統(tǒng)的定義與分析。隨著計(jì)算思維概念的提出，工業(yè)界與學(xué)術(shù)界對(duì)于計(jì)算思維的研究逐漸深入。美國計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)（ACM）明確要求在計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課程中講授計(jì)算思維的核心內(nèi)容。而英國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)（BCS）則組織歐洲的研究學(xué)者對(duì)計(jì)算思維進(jìn)行研討與分析，提出了歐洲國家針對(duì)計(jì)算領(lǐng)域挑戰(zhàn)的解決策略。

下文將以網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)課程為例，詳細(xì)闡述面向計(jì)算思維的教學(xué)模式設(shè)計(jì)思路。

一、教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建

網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)課程一般包括網(wǎng)絡(luò)互連概論、交換機(jī)原理與基本配置、路由器原理與基本配置、訪問控制與地址轉(zhuǎn)換、無線網(wǎng)絡(luò)原理與配置和廣域網(wǎng)原理及配置等若干教學(xué)單元?；谟?jì)算思維能力培養(yǎng)的課程改革，并不是將已有成熟的教學(xué)內(nèi)容全部推翻；而是將計(jì)算思維的培養(yǎng)與網(wǎng)絡(luò)互連知識(shí)有機(jī)地整合，在教學(xué)過程中強(qiáng)化計(jì)算思維。重新構(gòu)建設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容。課程分為6個(gè)教學(xué)單元。針對(duì)各教學(xué)單元與計(jì)算思維培養(yǎng)的關(guān)系，我們將逐一進(jìn)行詳細(xì)分析。第1教學(xué)單元網(wǎng)絡(luò)互連概論中，教師需要在講解網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷史過程中，將發(fā)展過程中蘊(yùn)含的計(jì)算思維詳細(xì)剖析，并組織學(xué)生進(jìn)行小組討論分析；在IP地址分配知識(shí)點(diǎn)教學(xué)過程中，與之對(duì)應(yīng)的是將復(fù)雜問題簡單化的計(jì)算思維；在子網(wǎng)劃分教學(xué)內(nèi)容中，主要涉及的計(jì)算思維理念是層次化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)思維。第2教學(xué)單元交換機(jī)原理與基本配置中，本教學(xué)單元為網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容。其中VLAN原理教學(xué)內(nèi)容對(duì)應(yīng)的是網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算思維的培養(yǎng)；生成協(xié)議與配置教學(xué)單元?jiǎng)t著重強(qiáng)化學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維中的遞歸思想以及數(shù)學(xué)與工程思維相融合的能力。第3教學(xué)單元路由器原理與基本配置中，本教學(xué)內(nèi)容涉及的知識(shí)點(diǎn)難度較大，理論深度和數(shù)學(xué)要求較高。在靜態(tài)路由與動(dòng)態(tài)路由教學(xué)內(nèi)容中，著重講解兩種路由的設(shè)計(jì)思路，需要讓學(xué)生理解計(jì)算思維中算法設(shè)計(jì)思維和路由選擇設(shè)計(jì)思維。第4教學(xué)單元訪問控制與地址轉(zhuǎn)換中，在介紹訪問控制列表教學(xué)過程中，需要將網(wǎng)絡(luò)安全思維引入教學(xué)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生使用融合與分解的方法，從不同角度思考加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全的可能性；通過啟發(fā)式的引導(dǎo)讓學(xué)生潛移默化地感受計(jì)算思維的強(qiáng)大魅力。第5教學(xué)單元無線網(wǎng)絡(luò)原理與配置中，教師在講解無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)發(fā)展過程中，需要有意識(shí)地讓學(xué)生理解有線局域網(wǎng)向無線局域網(wǎng)轉(zhuǎn)化的內(nèi)在原因與技術(shù)驅(qū)動(dòng)，運(yùn)用啟發(fā)式推理思維大膽預(yù)測未來網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢。第6教學(xué)單元廣域網(wǎng)原理及配置中，需要讓學(xué)生理解廣域網(wǎng)中分層設(shè)計(jì)思維的優(yōu)點(diǎn)以及實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)加密的原理。

二、教學(xué)案例設(shè)計(jì)

教學(xué)案例是教學(xué)內(nèi)容的重要載體和表現(xiàn)形式。在計(jì)算機(jī)類課程改革中，可以將計(jì)算思維的理念與思想，融入到教學(xué)案例的講解與討論中，通過真實(shí)案例、真實(shí)項(xiàng)目激發(fā)學(xué)生的探究興趣。本節(jié)將以思維互連技術(shù)課程中的典型案例設(shè)計(jì)為例，討論基于計(jì)算思維能力培養(yǎng)的案例教學(xué)方法?；谟?jì)算思維的案例教學(xué)過程一般分為6個(gè)步驟。首先由教師創(chuàng)建描述具體的教學(xué)情境，引導(dǎo)學(xué)生將教學(xué)情境中的需求與問題抽象化，提取其中最根本的概念與知識(shí)點(diǎn)；隨后將復(fù)雜問題進(jìn)行分解，轉(zhuǎn)化成具體的、可描述的具體問題；再根據(jù)已經(jīng)掌握的知識(shí)尋求具體問題的解決方法；當(dāng)復(fù)雜問題解決之后，通過啟發(fā)式的引導(dǎo)，讓學(xué)生將本案例進(jìn)行推廣，并總結(jié)歸納其中的經(jīng)驗(yàn)，回顧教學(xué)情境中解決問題的整體思路。在路由器原理與配置教學(xué)單元中，單臂路由實(shí)驗(yàn)是其中一個(gè)重要的知識(shí)模塊。通過本實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以深入理解子網(wǎng)劃分，VLAN工作原理以及跨VLAN通信原理等多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，具有綜合性強(qiáng)，實(shí)用性高，難度大等特點(diǎn)。首先，我們根據(jù)實(shí)際工作場景創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，根據(jù)中小型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的實(shí)際需求引導(dǎo)學(xué)生自主地尋求解決方案。在教學(xué)情境中，可設(shè)計(jì)為具體的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)場景，并描述企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中用戶需求：根據(jù)不同用戶進(jìn)行子網(wǎng)劃分以及跨子網(wǎng)間通信。教師應(yīng)組織學(xué)生在已有網(wǎng)絡(luò)知識(shí)的基礎(chǔ)上，提出解決方案，并在模擬環(huán)境或者實(shí)體環(huán)境中驗(yàn)證方案的可行性。學(xué)生經(jīng)過理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證之后，對(duì)具體技術(shù)問題已經(jīng)有了較為全面的認(rèn)識(shí)和理解，此時(shí)需要將本次教學(xué)情境涉及的技術(shù)問題進(jìn)行推廣，以從中找到最為本質(zhì)性的網(wǎng)絡(luò)互連知識(shí)，并討論其推廣后的應(yīng)用場景或從中迸發(fā)出來的創(chuàng)新的方法與應(yīng)用。最后需要在教師的帶領(lǐng)下，對(duì)整體案例過程進(jìn)行總結(jié)歸納與回顧，及時(shí)指出優(yōu)缺點(diǎn)并給予具體評(píng)價(jià)。

三、實(shí)踐與效果分析

針對(duì)面向計(jì)算思維能力培養(yǎng)的教學(xué)模式設(shè)計(jì)，我們在2013級(jí)兩個(gè)教學(xué)班共計(jì)108人次進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐，達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)目的，取得了良好的效果。我們還抽取出教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建中典型的10種具體計(jì)算思維能力為教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)，通過問卷調(diào)查與測試考核相結(jié)合的方式對(duì)教學(xué)實(shí)施前后的效果進(jìn)行了定量分析。由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，教學(xué)實(shí)踐后的能力成效明顯高于教學(xué)前。其中本課程中核心的網(wǎng)絡(luò)化思維能力從教學(xué)前的37.04%提升到83.3%；學(xué)生普遍反映較難掌握的遞歸思維也由教學(xué)前的8.33%提升到59.26%。整體上分析，l0種計(jì)算思維能力的平均值從19.26%提升到72.41%，教學(xué)實(shí)踐成效明顯。加強(qiáng)計(jì)算思維的能力培養(yǎng)已經(jīng)成為中職計(jì)算機(jī)類專業(yè)課程改革的共識(shí)。

結(jié)語：本文首先介紹了計(jì)算思維的基本概念和目前中職院校對(duì)計(jì)算思維研究的現(xiàn)狀，提出了面向計(jì)算思維的教學(xué)模式整體思路；并以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)的核心課程網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)為例，從課程教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建與教學(xué)案例設(shè)計(jì)角度，系統(tǒng)分析了基于計(jì)算思維能力培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)類教學(xué)模式的具體方法與實(shí)踐。最后從具體化的計(jì)算思維能力培養(yǎng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)角度出發(fā)，定量分析了教學(xué)模式實(shí)施前后的效果對(duì)比。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，面向計(jì)算思維能力培養(yǎng)的教學(xué)模式能有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)成效。

參考文獻(xiàn)：

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