“计算机网络”教学中计算思维能力培养探索

胡春晖

摘 要：随着互联网的发展，当今社会对IT人才内涵的需求也在变化，着重培养大学生的计算思维能力已形成共识。计算机网络课程是计算机专业的骨干课程，在计算机网络教学中融入计算思维的培养已成为大学计算机网络课程改革的一项重要课题。本文首先阐述了计算思维的基本概念，如何将计算思维融入计算机网络课程教学中，并以实际教学案例阐述基于计算思维的教学方法设计。通过教学改革，促进了学生的计算思维能力培养，提高了学生的综合素质。

关键词：计算机网络；计算思维；教学改革

中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：2095-9214（2016）09-0083-02

一、引言

2006年美国Carnegie Mellon大学的Jeannnette M.Wing教授提出了计算思维的教育理念，计算思维运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及理解人类行为等，涵盖了计算机科学之广度的一系列思维活动。2010年《九校联盟（C9）计算机基础教学与发展战略联合声明》就提出了要把培养学生的“计算思维”能力作为计算机教学的核心任务。基于计算思维的学习目的是为了创造，计算思维发展水平是学生成才的关键。以先进的教学理念指导教学，对学生现在以及将来具有非常重要的影响。计算机网络作为计算机专业重要的骨干课程，在这门课程的中也要培养学生的计算思维能力。如何在计算机网络课程中将计算思维的基本理论和思维融入到教学过程中，将各种复杂的网络协议算法重新阐释成一个我们已知的简单问题并进行分析解决，成为了需要我们进行悉心探讨研究的问题。

二、计算机网络教学现状

计算机网络课程主要讲授现代数据通信、网络体系结构、网络互联技术、网络管理及安全等知识。通过学习，使学生掌握计算机网络的基本概念、网络协议、工作原理。当前的计算机网络教学过程中普遍存在有以下问题：

（一）教材内容理论性偏强，与实际结合不强

当前国内教材都是以OSI/RM为目录索引，以TCP/IP为主要框架，分层介绍各层的基本概念、网络协议、工作原理等，知识点繁杂而且抽象，学生学习起来有一定难度，不能激发学生的学习热情。课本中内容理论较多，但是很多在实际中并没有得到广泛应用，现实生活中网络又不完全符合OSI/RM体系结构，使学生对网络体系结构感到一定程度的困惑。

（二）教学理念落后

传统计算机网络教学中，教师只注重知识满堂灌，对于网络协议中抽象的算法，单纯的板书和描述难以帮助学生对学习内容进行深入理解，学生不能得到思维训练，不能调动学生的学习积极性，不利于学生计算思维能力的培养。

（三）实践环节薄弱

计算机网络实验教学的内容过于流程化和简单化，只是做一些简单的局域网组网，数据报文分析，没有突出对学生计算思维能力的培养。需要培养学生的自主解决问题的能力，使学生在处理现实问题时，通过利用科学的思维方式对信息进行加工处理，以更好的应用到科学研究和生产中。

三、在计算机网络课程教学中培养学生的计算思维

（一）基于计算思维的计算机网络教学模式

传统的教学模式主要是教师讲解教材中的知识点，介绍整个计算机网络的体系结构，让学生了解计算机网络的基本原理和网络的运行原理。将计算思维融入计算机网络教学中，使学生在学习过程中学会运用计算思维方法去发现问题，解决问题。计算思维教学并不要求学生掌握大量磅礴的知识，而是培养学生的计算思维能力。在教学中应融入计算思维的理念，利用启发式推理来寻求问题的解答，让学生运用计算思维的方法进行学习。比如，在教学中不试图去重点讲解某一具体网络技术、名词，而是利用该知识点作为切入点，着重介绍技术演变进步过程中的解决问题的计算思维方法。

（二）在课堂教学中培养计算思维

在将培养计算思维作为主要任务的课堂教学中，应该使学生学会如何解决问题的方式，使学生理解和感悟问题求解的基本方法和思维模式。“通过提出问题，引导学生分析问题，进而找出解决方法”，按照这样的模式组织教学，可以使具体的教学过程成为问题的解决过程。可以采用案例教学法，案例教学以案例分析为基础，以解决问题为主线，教学内容围绕案例的探讨、分析逐步展开，通过对案例的剖析，激发学生的求知欲，调动学生的积极性，使学生主动思考和学习。教师则引导学生在求解过程中，由案例引出知识点，然后对知识点进行讲解，让学生在案例教学中学会知识，归纳总结经验，举一反三，并且培养运用知识解决实际问题的能力。基于计算思维的案例教学过程可归纳为如图3-1所示。

下面通过RIP路由信息协议这个案例来阐述笔者的课堂教学思路。

案例：RIP路由信息协议，在讲解案例之前先把RIP协议的相关知识点进行梳理，介绍RIP协议中“距离”的定义，“邻居”的定义等基础知识点，在此基础上再采取由简单到复杂的原则设置教学案例。起初，设置一个简单的案例，如图3-2所示。网络中有两个路由器R1、R2，路由器R1能够到达目标N1、N2、N3，路由器R2能够到达目标网络N4。引导学生发现问题，“如果把两个路由器连接起来，是不是从R1路由器就可以到达N4网络，从R2就可以到达N1、N2、N3网络？”启发学生进行思考，寻找解决问题的思路。

路由器在刚刚开始工作时，只知道到直接连接的网络的距离（此距离定义为1）。以后，每一个路由器也只和相邻路由器交换并更新路由信息。R1收到邻居R2的报文（N4，R6）后，先修改此RIP报文中的所有项目：把“下一跳”字段中的地址都改为R2，并把所有的“距离”字段的值加1。

在只有两个路由器的基础上引导学生对多个路由器进行路由交换的设想，每个路由器跟相邻的路由器进行信息交换，选择距离最短的路由，经过若干次更新后，所有的路由器最终都会知道到达本自治系统中任何一个网络的最短距离和下一跳路由器的地址。

（三）在实验教学中强化计算思维

实验教学是计算机网络课程中的一个重要教学环节，通过实验不仅可以让学生对理论知识加以复习，更加直观的看到计算机网络协议的运行过程，还可以锻炼学生利用知识解决实际问题的能力，进一步培养学生的计算思维能力。

比如利用Cisco Packet Tracer来模拟RIP路由信息协议的运行过程。

1.首先画出实验拓扑图，如图3-3所示。

2.然后按照拓扑图规划的IP地址，配置路由器和PC机IP地址。

3.配置路由器Router0、Router1、Router2上的RIP协议，配置过程如下。

Router0（config）#router rip

Router0（config-router）#network 172.16.12.0

Router0（config-router）#network 1.0.0.0

Router1（config）#router rip

Router1（config-router）#network 172.16.12.0

Router1（config-router）#network 172.16.23.0

Router1（config-router）#network 4.0.0.0

Router2（config）#router rip

Router2（config-router）#network 172.16.23.0

Router2（config-router）#network 3.0.0.0

4.配置成功后，利用抓包工具，抓取Router0的Se0/1/0端口报文，可以看到RIP协议运行的过程，如图3-4所示。

通过有目的实验教学，培养锻炼学生的动手能力，解决问题的能力，在实验过程中全面的强化计算思维能力。

四、结束语

计算思维在计算机网络课程教学实践应用的结果表明，不仅能显著提高学生知识掌握水平，而且锻炼了学生的思维能力，对计算思维的掌握会让学生不再局限于计算机网络专业技术，有助于学生解决以后学习生活中遇到的实际问题。

（作者单位：郑州轻工业学院软件学院）

参考文献：

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