计算思维在计算机网络课程教学中的探索研究

范建坤 宁小丽

摘 要 计算思维是一种新的科学思维方式，计算机网络课程是培养计算机网络人才必修的一门课程。随着信息技术的快速发展，社会对计算机网络人才的需求越来越旺盛，对计算机网络人才提出了更高要求。本文分析计算机网络课程教学存在的问题，把计算思维融入计算机网络课程教学中，从教学方法、实验教学和考核评价方式等方面进行分析探讨，提出了一种在计算机网络课程教学中培养学生的计算思维能力的方案。

关键词 计算思维;计算机网络;教学探索

中图分类号：G642                                 文献标识码：A  DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.33.011

Exploration of Computational Thinking in Computer Network Course Teaching

FAN Jiankun[1]， NING Xiaoli[2]

（[1] College of Mechanical and Electrical Engineering， Luoyang Polytechnic， Luoyang， Henan 471000;

[2] College of Culture and Tourism， Luoyang Polytechnic， Luoyang， Henan 471000）

Abstract Computational Thinking is a new scientific way of thinking， computer network course is a compulsory course for cultivating computer network talents. With the rapid development of information technology， the social demand for computer network talents is more and more vigorous， and higher requirements are put forward for computer network talents. This paper analyzes the problems existing in the teaching of computer network course， and integrates computing thinking into the teaching of computer network course this paper analyzes and discusses the practical teaching and assessment methods， and puts forward a scheme to cultivate students' computational thinking ability in the teaching of computer network course.

Keywords computational thinking; computer network; teaching exploration

計算思维是21世纪初提出来的一种科学思维，它是一种新的思维方式。计算思维是运用计算机科学知识进行问题分析、系统设计，理解人类行为，从而对问题进行求解。它是根据计算机技术提出来的，随着计算机科学技术而慢慢发展起来，它给人们提供了一种新的处理问题的方式。

计算机网络课程是计算机和信息技术及其相关专业必修的一门基础课程，主要培养学生利用计算机网络知识解决实际问题的能力，具有概念多、知识抽象和实验性强等特点。[1]当前，随着信息技术的快速发展，社会对计算机网络人才的需求越来越旺盛，对计算机网络人才提出更高要求。如何在传统的计算机网络课程教学基础上提高教学质量，培养高质量、应用型、动手能力强的计算机网络人才是每一个计算机网络课程教师值得深入思考的问题。本文把计算思维融入计算机网络课程教学中，激发学生的学习兴趣和创造力，培养学生使用计算思维去解决实际问题的能力，提高计算机网络教学质量，使计算机网络学习变成一件有趣、有意义的事情。[2]

1 计算思维

计算思维是美国周以真教授在2006年3月首次提出来的一种基于计算机思想的思维方式，它将各种实际问题用计算机科学中的思维和方法，通过约简、分解、建模、转化、仿真、优化等方式，最终得到问题的最优解决方案。计算思维是计算机技术发展到一定阶段的必然产物，是计算机处理问题的抽象化、概念化和程序化。计算思维的核心是计算机技术中的“计算”，这里的“计算”是计算机科学中分析、解决问题的思想和方法。对一个庞大复杂的任务进行分解，然后进行抽象建模，利用启发式推理寻求解答。计算机在处理问题时，能自动、精确的对过程进行控制，这是计算思维在计算机领域中的体现。[3]

在计算机网络课程教学中培养学生的计算思维能力，引导学生在遇到实际问题时，能用计算思维的思想和方法去分析和处理问题，把复杂问题通过约简、分解、仿真、建模等方式，转化为计算机能够处理的问题，必须对传统的计算机网络课程教学进行相应的改革，本文对理论教学和实验教学进行了分析，并提出了相应的策略。[4]

2 计算机网络课程教学现状

2.1 理论知识多，比较抽象、枯燥

在计算机网络课程教学中，一般对计算机网络理论知识的讲述比较多，通常用较大的篇幅进行详细的描述，如：计算机网络的体系结构、各种网络协议及原理、数据通信原理、网络管理和安全等内容，这些知识对某些计算机网络知识零基础的学生来说，比较抽象，难以理解，且多数高校对实验教学不重视，学生学习起来较枯燥，时间长了，就没有学习兴趣。而且，整个课程结束后很多知识学生都遗忘了，达不到相应的教学效果。

2.2 教材内容陈旧，缺乏网络技术的新内容

计算机技术发展非常快，尤其是计算机网络技术日新月异，每年都有新的技术被提出来，并应用到实际生产、生活中。如当前比较流行的人工智能、物联网、云计算、5G通信网络等技术，这些新技术在许多计算机网络教材中没有被提出来，反而对某些过时的旧知识用大量的文字描述，浪费了大量教材资源。TCP/IP 协议族中的網际协议IP，传统的IPV4正在慢慢的被IPV6所代替，但大部分的教材仍对IPV4进行大量的介绍，而对IPV6讲述的比较少，甚至有的教材只用少量文字进行介绍。又如4G通信网络技术现在已经被5G通信网络技术所代替，但很多教材没有对其进行介绍，很多学生都不知道这些技术是什么，学生缺乏对这些网络新技术的了解，无法跟上新技术发展的步伐，不利于学生的就业和后续的学习。[5]

2.3 理论与实验相脱节

计算机网络课程是一门实验性很强的课程，学生通过实验巩固所学知识，加深理解理论知识，提高知识使用的灵活性，使学生获得丰富的感性认识。但某些高校的计算机网络课程教学，理论学时往往大于实验学时，或与实验学时相等。这样使某些抽象的计算机网络理论知识，学生更无法理解、掌握，学生在后续的学习中会更加困难、枯燥、无趣。更有些高校盲目开设与计算机网络相关的专业，这些高校只有相应的师资力量，没有专业的计算机网络实验室，导致许多网络实验无法开展，如交换机和路由器的设置、无线局域网的创建和网络安全设置等内容，这些实验需要专门的网络设备才能完成，如果这些实验没有开展，学生无法将理论与实际联系起来，学生对这些知识内容没有直观的认识，学生的动手操作能力和解决实际问题的能力就得不到保障，那么培养学生的计算机网络能力就成了一句空话。[6]

2.4 课程考核评价方式单一

多数高校的计算机网络课程采用考试方式对学生进行评价，一般在课程结束后，期末考试用试卷的方式进行，考查学生对知识的掌握情况。虽然总评成绩有期末考试成绩和平时成绩两部分，但实际上平时成绩的比重比较小，学生要想取得理想的总评成绩还必须期末考试考一个好的分数。平时成绩通常包括考勤、课堂提问和平时作业，考勤考查学生上课出勤情况，反映学生对课程的基本学习态度，课堂提问反映学生在课堂上的活动参与度和课堂纪律。平时作业包括对理论和实验的考查。不管是期末考试还是平时成绩，实验所占的比重很小，课程结束后学生的动手操作能力很弱，而且这种评价方法，教师工作量很少，最终导致教师和学生都不重视实验教学。[7]

3 计算思维在计算机网络课程教学中的应用探索

3.1 教学方法多样化

随着教育理论的发展，高校教学中涌现了多种教学方法，如：任务驱动法、慕课、启发式教学、翻转课程、微课程等。适合的教学方法能提高教学质量，激发学生的学习兴趣。在众多的教学方法中，教师要根据学校、专业和学生的实际情况，灵活采用多种教学模式，制定符合自身实际情况，能培养学生的计算思维能力的教学方案，使学生能学有所得、学以致用。

任务驱动法、翻转课堂和启发式教学相结合，以任务驱动和问题为导向，教师精心设计问题和案例，让学生带着问题在课堂或课外去学习。通过教材、网上查找资料，分组讨论等形式，让学生自己分析和解决问题，并提出疑问。然后教师讲解知识点，对学生结果分析和答疑。最后让学生进行问题总结，发现不足，思考如何改进。通过以上形式，把课堂讲授转为问题任务解决的过程，引导学生积极主动的学习，培养学生利用计算思维解决问题的意识。

3.2 在教学中引入网络新技术

计算机网络技术发展迅速，而大部分教材内容没有对新技术进行介绍，或者对计算机网络新技术只用少量的篇幅进行描述，学生不能及时了解计算机网络新技术、新动态，容易造成教学与实际相脱节。因此，在讲授计算机网络知识的基础上，适当增加计算机网络新技术、新应用，如：5G网络、人工智能、物联网、云计算等新技术。使学生感受到计算机网络技术在实际生活的作用，计算机网络技术是和生产、生活紧密联系在一起的，社会的发展离不开计算机网络技术，这样可以激发学生学习兴趣，使学生主动学习，让学生感觉到所学知识有用武之地。除了在课堂上引入网络新技术外，教师还应该引导学生自己通过网络、电视和手机等方式，自主了解有关计算机网络的最新知识，拓宽学生的知识面，提高其自学能力。在了解最新技术时，教师引导学生尝试用计算思维看待这些新技术，培养学生用计算思维思考问题的习惯。

3.3 注重实验教学

计算机网络课程应用型很强，教材中的知识都是为了实际应用。学生学习知识就是为了解决实际问题，实验教学是计算机网络教学的重要部分。通过实验教学，可以加强对理论知识的理解，使理论知识形象化和具体化，因此，在计算机网络教学中，实验学时要大于或等于理论学时。根据教学内容和目标，不同的实验有不同的要求，计算机网络实验可分为基础性实验和综合设计性实验。

基础性实验是验证计算机网络的基础知识，加深学生对理论知识的理解和掌握，如TCP/IP协议族中“握手”和“挥手”两个通信过程，可以通过WireShark软件抓取数据包，然后对报文进行分析，具体了解“握手”和“挥手”的内容，这样有利于理解抽象的协议通信过程。综合设计性实验要求学生把所学知识综合在一起，以解决实际问题为目的。如设计一个公司的局域网（有线网络和无线网络），其中涉及布线设计、机房设计、设备选型和配置、网络逻辑结构设计等知识，这需要学生运用计算思维的方法，把复杂网络分解为几个小的系统，用所学知识对问题进行去约简、建模、转化、优化等，通过这些实验可以提高学生的动手操作能力和计算思维解决实际问题的能力。

3.4 完善课程考核评价体系

课程考核评价是对教学过程及结果的分析和评定，是整个教学活动中不可缺少的一个重要部分，因此，课程考核不仅要对期末进行考核，还要对教学过程进行考核。目前，多数高校计算机网络课程考核评价方式只注重期末考核，过程考核比重小，这种考核评价方式不全面、不科学，不能体现计算机网络课程实验性强的特点。

好的教学考核评价方式不仅能检测出学生的学习效果，而且还可以激发学生的学习主动性，培养学生解决实际问题的能力。笔者认为，在传统的课程考核评价方式的基础上增加考核内容，加大过程性考核的比重。把平时成绩的比重增加到总评成绩的50%。平时成绩应包括考勤、课堂表现、作业、实验。考勤占总评成绩的10%，如果旷课次数超过一定的标准，则没有考勤成绩。课堂表现占10%，根据课堂内容，以分组或者个人的形式对知识进行思考、讨论，对学生的参加活动的活跃度和参与度进行考核，考查学生是否认真听讲，认真思考，是否积极回答问题和参与教师设置的活动。作业占总评成绩的10%，在课后布置书面作业和思考，对所学知识进行巩固和理解。实验占总评成绩的20%，根据教学目标，把实验分成基础性实验和综合设计性实验，实验结束后，学生要提交实验报告，实验报告要规范、内容翔实，通过实验学生要认识自己的不足。期末考试以闭卷的形式进行，应包括教学大纲规定的知识点，难度适中，能考查学生的综合应用能力。

4 结束语

计算机网络课程是实验性和应用性很强的课程，由于社会对计算机网络人才需求旺盛，学生掌握一定的计算机网络操作技能，有较强的动手操作能力、综合应用能力和创新能力，有利于增加学生就业力和竞争力。计算思维是当前流行的一种思维方式，是二十一世纪每一个计算机网络人才必须掌握的一种处理问题的新方法，本文把计算思维融入计算机网络课程教学中，采用适合多样的教学方式，精心设计教学内容和案例，完善课程考核评价方式，使学生主动学习，在学习中培养学生的计算思维能力，引导学生用计算思维处理问题，提高学生的动手操作能力和综合应用能力。

参考文献

[1] 陈萍萍.计算思维在计算机网络知识中的应用探讨[J].计算机产品与流通，2020（06）：65.

[2] 邵芸.基于计算思维的计算机网络课程教学改革模式分析[J].数字通信世界，2019（10）：276.

[3] 刘会会，王宁，郭丽萍.基于计算思维的“计算机网络”课程教学探索[J].周口师范学院学报，2018，35（02）：129-132.

[4] 石晓敬，吕小萍，郭文秀.基于计算思维的计算机网络课程教学改革[J].中华医学图书情报杂志，2017，26（06）：63-66.

[5] 冯世斌.计算思维在计算机网络教学中的实践与探讨[J].教育现代化，2016，3（38）：54-56.

[6] 刘铁柱，张杰.基于计算思维的大学信息技术基础教学改革研究[J].信息记录材料，2019，20（11）：50-51.

[7] 孙勤红，沈凤仙.计算思维在计算機网络知识中的应用探讨[J].数字技术与应用，2019，37（08）：215-216.

[8] 陆凯，陈明锐.基于计算思维的《计算机网络技术》课程教学实践与探讨[J].教育现代化，2019，6（53）：244-246.