建构主义教育在计算机网络课程教学中的应用

刘 斌(安徽科技学院 信息与网络工程学院，安徽 凤阳 233100)

《计算机网络》课程具有较强的理论性、实践性和技术性特点。传统的实验教学单方面强调实践动手能力训练，未能较好地烘托课程的理论知识体系，且对学生创新思维和创新能力的培养不足。以应用型创新型人才的三要素(自主学习能力、实践动手能力和资源掌控能力)为培养目标，本文将建构主义教育思想应用于《计算机网络》课程的教学过程中，以实验教学促进理论教学，帮助学生在解决实验项目情境问题的过程中，逐渐建构理论知识体系，同时增强学生的学习能力、实践能力、创新能力。

1 建构主义教育思想内涵

20世纪70年代瑞士心理学家J.Piaget首次提出认识活动的建构性质,指出认识是一种以主体已有的知识和经验为基础的主动建构活动[1]。在教育领域中的应用，该观点认为“知识应该由学习者主动建构起来，是学习者的认知结构发生的同化(量变)和顺应(质变)过程”[2]。遇到某个情境问题时，学习者会根据已有的经验知识，主动对新知识进行分类筛选、分析加工，并形成对问题的理解。教师应创设有效的情境问题，引导学生独立思考、积极讨论、通过学习协作来建构认知体系。教学应该成为引导学生学会自我收集、整理、组织、评判学习资料的价值，主动思考、解决情境问题，自觉地反思和调整认知的过程。

建构主义在国内外教育界得到了重视和研究，1989～2000年多届国际数学教育大会将其作为关注的问题之一[3]。姜俊和教授指出建构主义是适合当代中国教学改革形势的教学模式[4]。倪问尹老师在计算机网络课程教学中将建构主义教学模式和传统教学模式进行了对比，指出了实验教学案例的设计方法[3]。刘萍老师将建构主义应用于指导应用型大学英语教学模式改革，并指出应该注意的若干问题[5]。 王明金老师将建构主义和项目教学法结合应用于中等专业学生的教育[6]。

2 教学设计思想

建构主义教育的核心目标是在学生已有知识的基础上，通过情境问题，引导学生主动建构知识体系。因此，实验教学的设计应以支撑理论知识的建构和强化学生实践动手能力为基本目标，围绕实验中的情境问题建构理论知识体系。

计算机网络的核心问题是如何有效地解决两个节点间的互联通信。在课程的教学设计中，情境问题的设置应该紧紧围绕这个核心。设计的情境问题需有一定的难度和挑战性，但是也要注意深度，应该是学生经过努力可以解决的问题，否则就会打击学生的学习积极性。情境问题本身应该具有一定的阶梯性，由浅入深、由简到繁、逐渐扩展问题的复杂性。在解决情境问题的同时，以知识结构和思维导图的形式，引导学生从微观上逐渐形成知识的应用、理解和思维演绎过程，进而扩展到宏观层面上把握知识间的逻辑关系，建构知识体系[7-9]。

课堂教学过程中发挥学生的主动性是提高教学效果，建构知识体系的关键。实施翻转课堂教学形式，是发挥学生主动性的有效手段。教师在整个课堂中应以“引导”教学为主，可以协助学生组织学习过程，参加互动讨论活动，实时纠正学生的偏差，引导学生反思和调整认知过程。

3 教学设计举例

安徽科技学院以培养高水平应用型人才为目标。在《计算机网络》课程的教学中，应该始终发挥情境问题对知识体系建构的引领作用，发挥实验课程的作用。下面以安徽科技学院《计算机网络》课程的综合性实验项目教学为例，阐述建构主义教育思想指导下的实验教学的实施过程。

3.1 情境问题的设计

围绕计算机网络的核心问题，该实验项目综合了局域网和广域网方面的知识。问题的解决要求学生掌握网络基础理论知识，并能够综合运用地址管理、交换机、路由器、服务器等管理技术。下面是实验项目的情境问题。

假设A和B两个企业网通过公网ISP路由器实现互联，网络拓扑结构如图1所示。要求实现以下目标：

A和B内部网络的IP地址一律使用私有IP，ISP公网使用公有IP，且ISP不转发私有IP的数据包。请对IP进行合理规划和分配。

A网络内部的PC 10和PC 11使用无线接入，动态获取IP地址。

A网络使用OSPF路由，B网络使用RIP路由，公网路由策略不限。

A和B内部网络都要实施虚拟局域网(VLAN)的划分。

B网络中核心交换机使用链路聚合技术实现带宽扩容。

B网络中要求通过STP实现负载均衡和链路备份、容错。

串口通信接口使用PPP协议，并进行安全认证(PAP或CHAP)。

所有PC都要求能够访问B网络内的服务器。

图1 实验项目网络拓扑图Fig.1 The topological graph of experimental project

3.2 任务的下达

为了提升学生的学习兴趣，引领学生主动学习,将任务下达时间提前到理论课程开始后的第2周。此时,学生已经初步了解课程的学习目标和网络体系结构(OSI/RM或TCP/IP)的基础知识，但知识尚未成体系。学生对了解和控制网络通信过程已经产生了一定程度的兴趣和求知欲。所以,下达综合性情境问题有利于学生明确下一步学习目标、内容和知识的应用场合，提高主动学习的动力。

3.3 知识结构与思维导图的建构

在学生首次接触上述综合性情境问题时，会感觉问题复杂而无从入手。此时,教师应该首先对问题进行细化剖析，将相关知识抽点和连线，建构知识结构与逻辑思维导图，将问题化繁为简，再由浅入深、渐进递阶，逐渐扩展问题的复杂性和知识结构。

该情境问题的关键是网络互联通信，问题可以细化为“地址规划问题”、“局域网互联问题”和“广域网互联问题”三个子问题。其中,局域网互联可以再分成“服务器技术”、“路由型网络”和“交换型网络”三个子问题。每个子问题都涉及若干知识点，知识点之间不仅存在相互关联，而且可以继续和更加细微的情境问题相结合。图2所示的知识结构与思维导图[10]，直观展示该综合性情境问题的求解思路和知识扩展。

3.4 课堂教学组织

由于实验项目较为复杂，涉及的知识较多，需要学生做好充分的准备。因此，要采用课下与课上相结合方式组织教学。在问题下达后，要求学生通过自主学习和课堂理论学习相结合，在学习相关理论知识点的同时，在课下拟定问题的解决方案。从每个细节问题入手，进行知识学习，并采用思科模拟器软件Packet tracer进行模拟实现。建议学生分组讨论、相互交流。在使用模拟器完成实验项目基础上，实验课上以小组为单位，使用真实的网络设备进行测试，并采用翻转课堂的小组答辩形式验收实验结果。可以通过师生交流的询问方式，从学生解决问题过程中遇到的问题、讨论过程、解决思路、解决过程、存在的疑惑等方面，重点考察情境问题的解决过程、知识的建构过程和建构效果。

3.5 教学效果

采用建构主义的教学思路后，学生对计算机网络课程的学习兴趣、学习动力和学习效果得到了明显的提升。具体表现为： 学生主动找教师答疑人次明显增加，且答疑的问题难度在逐渐提升，有些学生还提出了一些创造性的问题和想法。这反应学生在课下做过认真的学习和充分的思考； 理论课前主动预习课程内容的学生增多了，课堂教学氛围有所改善，互动交流得到良好的开展； 课下到实验室进行组网练习的学生增多了，学生动手能力明显提升，基础性实验项目完成效果良好； 学生座谈反馈表明，使用该方法使得课程知识结构脉络清楚，所学知识整体化、有序化、直观化、实用化，情境问题的解答促进了学生对知识的理解、掌握的深度和广度。 课程考试成绩有所提升，挂科的人明显减少。 主动询问从事网络工程方面工作情况的学生增多了，表明学生不仅兴趣增加了而且对将来从事这方面工作的信心增强了。

图2 知识结构与思维导图Fig.2 The graph of knowledge structure and mind mapping

4 教学反思

在《计算机网络》课程的实验教学中，以建构主义教育思想为指导，通过设置情境问题，建构知识结构与逻辑思维导图，引导学生主动学习。该方法即提升了课程的教学效果，也强化了对学生学习过程的训练，做到了“过程与方法的有机结合，知识与能力的协调发展”，为学生终身学习奠定了一种方法基础。

参考文献：

[1] 杨炳儒,张桃红.理工科课堂KM教学法研究[J].现代大学教育,2006 (4):83-85.

[2] 倪问尹,陈顺平,张研，等.基于建构主义的计算机网络教学案例设计[J].长沙大学学报,2013,27(5):125-126.

[3] 姜俊和.建构主义教学理论及其启示[J].沈阳教育学院学报,2005,7(1):1-5.

[4] 王沛,康廷虎.建构主义学习理论述评[J].教师教育研究,2004,16(5):17-21.

[5] 刘萍.建构主义理论指导下的应用型大学英语教学模式探索[J].安徽科技学院学报,2012,26(4):100-104.

[6] 王明金.基于构建主义的项目教学法的拓展[J].安徽科技学院学报,2010,24(3):73-75.

[7] 张帆,杨炳儒. KM教学法在“数据结构”课程中的研究与应用[J].基础教育研究,2010 ( 24):19-20.

[8] 宋晏,杨国兴,邹广慧，等.基于知识逻辑结构与思维形式注记教学论的Java教学设计[J].工业和信息化教育,2014 (5):68-70,74.

[9] 张桃红,彭珍,杨炳儒，等.“C程序设计”课程的KM教学法研究[J].计算机教育,2010 (2):113-115,101.

[10] 刘斌,代素环.KM教学法在《计算机网络》课程教学中的应用研究[J].成都中医药大学学报(教育科学版),2012(2):45-46.