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基于计算思维的《计算机网络技术》课程教学实践与探讨论文

发布时间:2020-01-18 10:45:06 文章来源:SCI论文网 我要评论














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摘要:目前,科学界已将“计算思维”与“理论思维”、“实验思维”并列为人类三大科学思维。作为一种全新的思维计算方式,尽管计算思维的学科体系尚未成熟,但是计算思维在国民素养中的培养已作为许多国家的战略部署,成为国内外众多教育学者争相研究的热点,与之相应的教学实践、教材编写和学术交流等教研活动已逐步展开。本文主要讲述了计算思维的价值内涵,分析了高职课堂教学中计算思维的培养现状与存在问题,梳理了高职《计算机网络技术》课程教学中基于计算思维教学实践的设计理念,并给出了本人在实践教学中设计的具体教学案例,并作了教学反思。希望本文可以为广大网络工程相关专业的教育工作者对培养该专业学生计算思维起到投石问路的作用。

关键词:计算思维;计算机网络技术;教学案例

本文引用格式:陆凯,等.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.

一 引言

        美国卡内基·梅隆大学周以真(Jeannette.M.Wing)教授于2006年正式提出了计算思维,并给出了其核心思想。她指出计算思维是涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动,其运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等,它的本质是将现实世界问题经过分解约简,模式识别,抽象建模,具体(算法)实现等过程以后运用计算工具找到复杂工程问题的最佳解决方案,这其中体现了计算思维约简、建模、递归、推理、寻优等核心思想[1]。

        当下,计算思维无处不在。本人在《计算机网络技术》课程教学实践过程中深切体会到计算机网络是一个复杂客观实体,整个计算机网络技术知识体系结构中蕴含了丰富的计算思维,例如计算机网络体系结构、协议数据单元、MAC地址与Ip地址空间、数据通信系统等中的分层设计都体现了计算思维的约简思想,再例如校验码差错控制、CSMD/CD中竞争访问、路由选择、负载均衡等中算法设计都体现了计算思维分解,识别,抽象,算法四个过程寻求最优解的思想,另外协议数据单元的封装与解封装、确认重传机制、DNS服务器域名解析查询模式、DHCP服务器分配IP过程、数据加密和身份认证等都体现了计算思维中的递归思想[2]。

       故而,通过设计出基于计算思维的教学案例来潜移默化培养学生意识、激发兴趣、锻炼能力、形成思维,同时达到提升学生解决网络工程问题的意识与能力,激发其创新精神与创新能力就显得非常有必要。

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二计算思维教育现状

         美国教育界对公众计算思维的培养非常重视,提出计算思维事关美国国家安全、国际竞争力和国家科学领先地位。目前,计算思维已经融入到了美国中小学计算机科学教学中,它们将计算机科学写入每位学生的成功法案。另外,美国大学已经将“计算思维”融入大学课程教学,并已尝试让学生利用计算思维来解决科学问题。国内计算机教育界也紧跟国际学术动态,相关高校联盟和教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会组织了一系列相关会议,探讨如何开展计算思维能力培养,并展开了一系列基于计算思维的计算机类课程教学实践与改革研究,出版了相关教材并立项了一批课题,逐步从最初的概念消化过渡到计算思维能力培养,目前也逐渐渗透到了中小学信息技术课程中去。

        目前,计算思维培养存在的主要问题有:1.深度不够;2.案例不足;3.难以评价;4.偏离重点等。针对这些问题,本人在教学实践过程中以《计算机网络技术》课程教学为例,设计基于计算思维的教学案例来激发学生兴趣、培养其意识、锻炼其能力和形成其思维等,最终达到培养学生运用计算思维解决实际网络工程问题的意识与能力,激发其创新精神与创新能力。

三 基于计算思维的课程教学案例设计理念

         基于计算思维的教学案例设计理念应遵循从概 验 支念到具体,从理论到实践和从小众到大众的人类认 证 撑知规律,以顺其自然地在教学过程中培养学生形成计算思维。计算机网络技术是一门理实一体的课程,教学案例的设计应在教学内容脉络清晰的基础上, 确保从实践应用角度将理论和实践与计算思维内涵进行合理地组织和整合,在此基础上设计出基于计算思维的教学案例,最终达到培养学生计算思维意识,运用计算思维解决网络工程问题的能力,激发其兴趣与探索能力的目的。[3]

       基于计算思维教学案例设计之初时,先对计算机网络中宏观与微观存在的知识理论经过分解、识别、抽象、算法等阐述计算机网络整个工作原理与工程体系,这其中主要的思路与理念就是将知识通过计算思维寻求可关联的解决方案,该方案支撑在计算思维模式下解决问题,然后可通过结果导向来评估该解决方案,最终通过评估来验证运用计算思维阐述解决问题的实效性,其具体设计过程如图1所示[4]。



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四 基于计算思维的课程教学案例设计

         本文以规划设计中小企业园区网项目为例,运用计算思维约简、建模、递归、推理、寻优等思想来完成网络工程规划设计教学任务。基于该项目教学任务的教学案例设计之初便引导学生运用计算思维约简思想将中小企业园区网规划设计分为物理设计和逻辑设计两条线,再以这两条线中蕴含的计算思维来设计教学案例,如图2中对本文的教学案例进行了具体阐述。


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       图2中,通过引导学生分析和总结,并运用计算思维将园区网规划设计项目教学中的物理设计约简为图中5个层面,将项目教学中逻辑设计约简为图中9个层面。至此就将复杂的网络工程规划设计问题庖丁解牛式的理清了脉络,接下来物理设计和逻辑设计中涉及的具体内容,同样与计算思维密不可分,我们将继续引导学生运用计算思维去完成,其物理设计和逻辑设计教学开展分别如表1、2所示。

       通过上述图2、表1和表2,可以看出本网络工程规划设计教学案例紧紧围绕计算思维展开,在实际教学中具有启发推理的作用,进而使得教学的带入感极强。同时,通过关联计算思维使得教学内容更好地传授给了学生,并在无形中培养了学生计算思维意识。总的来说,通过本案例的教学培养了意识、激发了兴趣、锻炼了能力、形成了思维。

五基于计算思维的课程教学案例的教学反思

        当前,计算机网络类课程教学不再仅是教授计算机网络工作原理、安装配置和运维管理等,而是也要教会学生利用计算思维去解决实际工程问题。然而,计算思维的培养需要循序渐进,故而教学实际中设计教学案例的难度和广度要适中,适当安排阶段性任务案例和综合案例,并结合行业的最新发展,同时结合模拟仿真软件(GNS3和Cisco Packet Tracer)和多媒体素材将计算思维和教学内容有机结合,使学生不仅学习了新知识,同时播种了计算思维的种子,以此来改变传统的“授业解惑”,培养学生运用计算思维解决网络工程问题的意识与能力,激发其创新精神与创新能力。[5]

参考文献

[1]王荣良.计算思维:一种新的学科思维方式[J].中国信息技术教育,2012:9-13.
[2]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,2016,38-026:54-56.
[3]包慧军.基于物理核心素养导向的教学设计研究[D].杭州:杭州师范大学,2018.
[4]刘涛,周鸣争.计算思维与应用能力融合的IT人才培养模式研究[J].黄山学院学报,2014,16(03):120-123.
[5]冯博琴.对于计算思维能力培养“落地”问题的探讨[J].中国大学教学,2012(9):6-9.

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