建構(gòu)主義教育在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中的應(yīng)用

劉 斌(安徽科技學(xué)院 信息與網(wǎng)絡(luò)工程學(xué)院，安徽 鳳陽(yáng) 233100)

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課程具有較強(qiáng)的理論性、實(shí)踐性和技術(shù)性特點(diǎn)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)單方面強(qiáng)調(diào)實(shí)踐動(dòng)手能力訓(xùn)練，未能較好地烘托課程的理論知識(shí)體系，且對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不足。以應(yīng)用型創(chuàng)新型人才的三要素(自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐動(dòng)手能力和資源掌控能力)為培養(yǎng)目標(biāo)，本文將建構(gòu)主義教育思想應(yīng)用于《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課程的教學(xué)過(guò)程中，以實(shí)驗(yàn)教學(xué)促進(jìn)理論教學(xué)，幫助學(xué)生在解決實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目情境問(wèn)題的過(guò)程中，逐漸建構(gòu)理論知識(shí)體系，同時(shí)增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力。

1 建構(gòu)主義教育思想內(nèi)涵

20世紀(jì)70年代瑞士心理學(xué)家J.Piaget首次提出認(rèn)識(shí)活動(dòng)的建構(gòu)性質(zhì),指出認(rèn)識(shí)是一種以主體已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的主動(dòng)建構(gòu)活動(dòng)[1]。在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用，該觀點(diǎn)認(rèn)為“知識(shí)應(yīng)該由學(xué)習(xí)者主動(dòng)建構(gòu)起來(lái)，是學(xué)習(xí)者的認(rèn)知結(jié)構(gòu)發(fā)生的同化(量變)和順應(yīng)(質(zhì)變)過(guò)程”[2]。遇到某個(gè)情境問(wèn)題時(shí)，學(xué)習(xí)者會(huì)根據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，主動(dòng)對(duì)新知識(shí)進(jìn)行分類篩選、分析加工，并形成對(duì)問(wèn)題的理解。教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)有效的情境問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考、積極討論、通過(guò)學(xué)習(xí)協(xié)作來(lái)建構(gòu)認(rèn)知體系。教學(xué)應(yīng)該成為引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)自我收集、整理、組織、評(píng)判學(xué)習(xí)資料的價(jià)值，主動(dòng)思考、解決情境問(wèn)題，自覺(jué)地反思和調(diào)整認(rèn)知的過(guò)程。

建構(gòu)主義在國(guó)內(nèi)外教育界得到了重視和研究，1989～2000年多屆國(guó)際數(shù)學(xué)教育大會(huì)將其作為關(guān)注的問(wèn)題之一[3]。姜俊和教授指出建構(gòu)主義是適合當(dāng)代中國(guó)教學(xué)改革形勢(shì)的教學(xué)模式[4]。倪問(wèn)尹老師在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中將建構(gòu)主義教學(xué)模式和傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行了對(duì)比，指出了實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例的設(shè)計(jì)方法[3]。劉萍老師將建構(gòu)主義應(yīng)用于指導(dǎo)應(yīng)用型大學(xué)英語(yǔ)教學(xué)模式改革，并指出應(yīng)該注意的若干問(wèn)題[5]。 王明金老師將建構(gòu)主義和項(xiàng)目教學(xué)法結(jié)合應(yīng)用于中等專業(yè)學(xué)生的教育[6]。

2 教學(xué)設(shè)計(jì)思想

建構(gòu)主義教育的核心目標(biāo)是在學(xué)生已有知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)情境問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)體系。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)應(yīng)以支撐理論知識(shí)的建構(gòu)和強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力為基本目標(biāo)，圍繞實(shí)驗(yàn)中的情境問(wèn)題建構(gòu)理論知識(shí)體系。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的核心問(wèn)題是如何有效地解決兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的互聯(lián)通信。在課程的教學(xué)設(shè)計(jì)中，情境問(wèn)題的設(shè)置應(yīng)該緊緊圍繞這個(gè)核心。設(shè)計(jì)的情境問(wèn)題需有一定的難度和挑戰(zhàn)性，但是也要注意深度，應(yīng)該是學(xué)生經(jīng)過(guò)努力可以解決的問(wèn)題，否則就會(huì)打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。情境問(wèn)題本身應(yīng)該具有一定的階梯性，由淺入深、由簡(jiǎn)到繁、逐漸擴(kuò)展問(wèn)題的復(fù)雜性。在解決情境問(wèn)題的同時(shí)，以知識(shí)結(jié)構(gòu)和思維導(dǎo)圖的形式，引導(dǎo)學(xué)生從微觀上逐漸形成知識(shí)的應(yīng)用、理解和思維演繹過(guò)程，進(jìn)而擴(kuò)展到宏觀層面上把握知識(shí)間的邏輯關(guān)系，建構(gòu)知識(shí)體系[7-9]。

課堂教學(xué)過(guò)程中發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性是提高教學(xué)效果，建構(gòu)知識(shí)體系的關(guān)鍵。實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)形式，是發(fā)揮學(xué)生主動(dòng)性的有效手段。教師在整個(gè)課堂中應(yīng)以“引導(dǎo)”教學(xué)為主，可以協(xié)助學(xué)生組織學(xué)習(xí)過(guò)程，參加互動(dòng)討論活動(dòng)，實(shí)時(shí)糾正學(xué)生的偏差，引導(dǎo)學(xué)生反思和調(diào)整認(rèn)知過(guò)程。

3 教學(xué)設(shè)計(jì)舉例

安徽科技學(xué)院以培養(yǎng)高水平應(yīng)用型人才為目標(biāo)。在《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課程的教學(xué)中，應(yīng)該始終發(fā)揮情境問(wèn)題對(duì)知識(shí)體系建構(gòu)的引領(lǐng)作用，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)課程的作用。下面以安徽科技學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課程的綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)為例，闡述建構(gòu)主義教育思想指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施過(guò)程。

3.1 情境問(wèn)題的設(shè)計(jì)

圍繞計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的核心問(wèn)題，該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目綜合了局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)方面的知識(shí)。問(wèn)題的解決要求學(xué)生掌握網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論知識(shí)，并能夠綜合運(yùn)用地址管理、交換機(jī)、路由器、服務(wù)器等管理技術(shù)。下面是實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的情境問(wèn)題。

假設(shè)A和B兩個(gè)企業(yè)網(wǎng)通過(guò)公網(wǎng)ISP路由器實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。要求實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：

A和B內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的IP地址一律使用私有IP，ISP公網(wǎng)使用公有IP，且ISP不轉(zhuǎn)發(fā)私有IP的數(shù)據(jù)包。請(qǐng)對(duì)IP進(jìn)行合理規(guī)劃和分配。

A網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的PC 10和PC 11使用無(wú)線接入，動(dòng)態(tài)獲取IP地址。

A網(wǎng)絡(luò)使用OSPF路由，B網(wǎng)絡(luò)使用RIP路由，公網(wǎng)路由策略不限。

A和B內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)都要實(shí)施虛擬局域網(wǎng)(VLAN)的劃分。

B網(wǎng)絡(luò)中核心交換機(jī)使用鏈路聚合技術(shù)實(shí)現(xiàn)帶寬擴(kuò)容。

B網(wǎng)絡(luò)中要求通過(guò)STP實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡和鏈路備份、容錯(cuò)。

串口通信接口使用PPP協(xié)議，并進(jìn)行安全認(rèn)證(PAP或CHAP)。

所有PC都要求能夠訪問(wèn)B網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的服務(wù)器。

圖1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱DFig.1 The topological graph of experimental project

3.2 任務(wù)的下達(dá)

為了提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引領(lǐng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí),將任務(wù)下達(dá)時(shí)間提前到理論課程開始后的第2周。此時(shí),學(xué)生已經(jīng)初步了解課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)和網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)(OSI/RM或TCP/IP)的基礎(chǔ)知識(shí)，但知識(shí)尚未成體系。學(xué)生對(duì)了解和控制網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程已經(jīng)產(chǎn)生了一定程度的興趣和求知欲。所以,下達(dá)綜合性情境問(wèn)題有利于學(xué)生明確下一步學(xué)習(xí)目標(biāo)、內(nèi)容和知識(shí)的應(yīng)用場(chǎng)合，提高主動(dòng)學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

3.3 知識(shí)結(jié)構(gòu)與思維導(dǎo)圖的建構(gòu)

在學(xué)生首次接觸上述綜合性情境問(wèn)題時(shí)，會(huì)感覺(jué)問(wèn)題復(fù)雜而無(wú)從入手。此時(shí),教師應(yīng)該首先對(duì)問(wèn)題進(jìn)行細(xì)化剖析，將相關(guān)知識(shí)抽點(diǎn)和連線，建構(gòu)知識(shí)結(jié)構(gòu)與邏輯思維導(dǎo)圖，將問(wèn)題化繁為簡(jiǎn)，再由淺入深、漸進(jìn)遞階，逐漸擴(kuò)展問(wèn)題的復(fù)雜性和知識(shí)結(jié)構(gòu)。

該情境問(wèn)題的關(guān)鍵是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)通信，問(wèn)題可以細(xì)化為“地址規(guī)劃問(wèn)題”、“局域網(wǎng)互聯(lián)問(wèn)題”和“廣域網(wǎng)互聯(lián)問(wèn)題”三個(gè)子問(wèn)題。其中,局域網(wǎng)互聯(lián)可以再分成“服務(wù)器技術(shù)”、“路由型網(wǎng)絡(luò)”和“交換型網(wǎng)絡(luò)”三個(gè)子問(wèn)題。每個(gè)子問(wèn)題都涉及若干知識(shí)點(diǎn)，知識(shí)點(diǎn)之間不僅存在相互關(guān)聯(lián)，而且可以繼續(xù)和更加細(xì)微的情境問(wèn)題相結(jié)合。圖2所示的知識(shí)結(jié)構(gòu)與思維導(dǎo)圖[10]，直觀展示該綜合性情境問(wèn)題的求解思路和知識(shí)擴(kuò)展。

3.4 課堂教學(xué)組織

由于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目較為復(fù)雜，涉及的知識(shí)較多，需要學(xué)生做好充分的準(zhǔn)備。因此，要采用課下與課上相結(jié)合方式組織教學(xué)。在問(wèn)題下達(dá)后，要求學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)和課堂理論學(xué)習(xí)相結(jié)合，在學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)，在課下擬定問(wèn)題的解決方案。從每個(gè)細(xì)節(jié)問(wèn)題入手，進(jìn)行知識(shí)學(xué)習(xí)，并采用思科模擬器軟件Packet tracer進(jìn)行模擬實(shí)現(xiàn)。建議學(xué)生分組討論、相互交流。在使用模擬器完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)課上以小組為單位，使用真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，并采用翻轉(zhuǎn)課堂的小組答辯形式驗(yàn)收實(shí)驗(yàn)結(jié)果?？梢酝ㄟ^(guò)師生交流的詢問(wèn)方式，從學(xué)生解決問(wèn)題過(guò)程中遇到的問(wèn)題、討論過(guò)程、解決思路、解決過(guò)程、存在的疑惑等方面，重點(diǎn)考察情境問(wèn)題的解決過(guò)程、知識(shí)的建構(gòu)過(guò)程和建構(gòu)效果。

3.5 教學(xué)效果

采用建構(gòu)主義的教學(xué)思路后，學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)動(dòng)力和學(xué)習(xí)效果得到了明顯的提升。具體表現(xiàn)為： 學(xué)生主動(dòng)找教師答疑人次明顯增加，且答疑的問(wèn)題難度在逐漸提升，有些學(xué)生還提出了一些創(chuàng)造性的問(wèn)題和想法。這反應(yīng)學(xué)生在課下做過(guò)認(rèn)真的學(xué)習(xí)和充分的思考； 理論課前主動(dòng)預(yù)習(xí)課程內(nèi)容的學(xué)生增多了，課堂教學(xué)氛圍有所改善，互動(dòng)交流得到良好的開展； 課下到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行組網(wǎng)練習(xí)的學(xué)生增多了，學(xué)生動(dòng)手能力明顯提升，基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目完成效果良好； 學(xué)生座談反饋表明，使用該方法使得課程知識(shí)結(jié)構(gòu)脈絡(luò)清楚，所學(xué)知識(shí)整體化、有序化、直觀化、實(shí)用化，情境問(wèn)題的解答促進(jìn)了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解、掌握的深度和廣度。 課程考試成績(jī)有所提升，掛科的人明顯減少。 主動(dòng)詢問(wèn)從事網(wǎng)絡(luò)工程方面工作情況的學(xué)生增多了，表明學(xué)生不僅興趣增加了而且對(duì)將來(lái)從事這方面工作的信心增強(qiáng)了。

圖2 知識(shí)結(jié)構(gòu)與思維導(dǎo)圖Fig.2 The graph of knowledge structure and mind mapping

4 教學(xué)反思

在《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，以建構(gòu)主義教育思想為指導(dǎo)，通過(guò)設(shè)置情境問(wèn)題，建構(gòu)知識(shí)結(jié)構(gòu)與邏輯思維導(dǎo)圖，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)。該方法即提升了課程的教學(xué)效果，也強(qiáng)化了對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的訓(xùn)練，做到了“過(guò)程與方法的有機(jī)結(jié)合，知識(shí)與能力的協(xié)調(diào)發(fā)展”，為學(xué)生終身學(xué)習(xí)奠定了一種方法基礎(chǔ)。

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