《计算机网络》课程教学中计算思维能力培养研究

赵雷

摘 要：针对计算机网络课程实践性强，实践教学和理论教学难以有效结合等问题，提出将计算机思维应用于计算机网络课程的实验教学中；通过调整实验教学目标，制定以计算机思维能力培养为核心的实验教学方案，来提高该门课程的实验教学效果和教学质量，教学实践证明，该教改思路是有效的。

关键词：计算思维；计算机网络；实验教学；能力培养

计算机网络是高等学校网络工程专业一门重要的专业课程，是众所周知的难学难教的课程。学生感觉较难理解和掌握老师的授课内容；传统的“重理论，轻实践”的教学模式已不能满足学习的要求，如何通过改进教学内容、教学模式及实践内容，来改善教学效果，提高教学质量一直是计算机教育界所关注的热点问题[1]。

思维是大脑对客观现实间接和概括的反映，是客观事物本质和规律的反映。目前公认的三大科学思维是理论思维、实验思维和计算思维[2]。其中，理论思维以数学学科为代表，实验思维以物理学科为代表，而计算思维则以计算机学科为代表。计算思维的核心思想是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为。近年来，计算思维已成为国内外学术界、教育界普遍认可和倡导的科学理念。

本文将计算机思维这种新的科学理念引入到计算机网络课程的实验教学中：一方面，有助于改善计算机网络课程教学的教学效果，提高教学质量。更为重要的是，将有助于学生将计算机网络的实现原理和方法应用于其他软件系统的开发设计及日常生活问题的处理中。

一、计算思维与计算机网络教学

计算思维是周以真教授在2006年提出的，她认为，计算思维是建立在计算过程的能力和限制之上，借助计算方法和模型，由人和机器共同完成复杂问题的求解和庞大系统设计[3]。计算思维一经提出，就受到了国内外教育界广泛关注。计算思维中所蕴含的许多科学思维十分值得学习和借鉴[4]。

计算机网络课程中很多设计思想和方法都体现了计算思维所倡导的这些科学思维和理念。例如，计算机网络利用“抽象和分解”思维对网络系统进行抽象，得出计算机网络的层次结构；在传输层上利用“启发式推理”思维通过在不确定的情况下的规划、学习和调度来实现三次握手基本操作，以保证数据的端到端的可靠传输。

在计算机网络课程中，类似的例子还很多，可以说计算机网络是最能体现计算思维的一门课程。作为计算机专业的教师，要充分利用计算机思维这一有力的科学工具，将其贯穿于整个课程的理论和实践教学中，力求提高和改善教学质量，提升学生的动手能力和创新能力。

二、“计算机网络”课程教学目标

计算机网络程是计算机网络课程的重要组成部分，是培养学生专业能力和动手能力的重要手段。由于计算机网络包含许多计算机思维中系统级的问题求解，故计算机网络课程应以计算机思维能力培养为核心目标，以讲授各种网络命令、技术和算法为主要内容，使学生通过上机实践和合作设计，来感知和领悟计算机求解问题和设计系统的基本方法和思維模式，提高学生的综合素养和创新能力。据此，计算机网络课程的实验教学目标如下：

以计算机思维能力培养为目标导向，在掌握计算机网络基本工作原理和实现方法基础之上，进行工程实践的能力以及解决实际生活问题的能力。具体包括以下几方面：

（1）熟练运用和操作计算机网络命令。

（2）熟练进行网络配置和网络架构设计。

（3）模拟并实现计算机网络算法的生成或改进。

（4）剖析某种具体网络协议的实现机理，设计相应的功能模块。

（5）协作完成一个小型网协议的设计和一个小型网络功能设计。

三、面向计算思维的计算机网络教学方案设计

根据我校学生自身特点和学校的人才培养方案，结合上节所确立的计算机网络教学目标，重点以计算机思维能力培养为核心导向，将每一个阶段的实验类型分为验证性实验、算法模拟实验和设计性实验三大类。

（1）验证性实验：以实际的操作系统（Windows或Linux）作为实验环境，通过验证操作系统具体运行现象，让学生直观感知网络相关命令的工作原理和实现方法。

（2）算法模拟实验：以计算机网络中具有代表性的经典算法为例，选择一种高级程序设计语言，让学生通过编写程序实现算法的功能。

（3）设计性实验：要求学生通过网络模拟器（Packet Tracer）等进行网络模拟实验。设计性实验重点培养学生的计算思维能力和创新能力。

基于计算思维的计算机网络课程实验方案如表1所示。

将本实验教学方案应用于我院计算机专升本、专科生的计算机网络教学实践中，经过课堂观察和问卷调查，发现学生的学习热情和兴趣得到很好的提升，课堂效率明显提高，学期末的考核也表明，学生的实际动手解决能力得到较好提高，相应理论知识点的掌握能力也随之得到改善。这说明本方案是正确可行的。

四、结语

计算机思维的出现为当今教育界提供了一个培养应用型人才和创新型人才的有力工具。本文将计算思维应用于计算机网络课程的实验教学中，不仅有助于培养学生运用所学理论知识分析和解决实际应用问题的动手能力及良好的创新和团队意识，同时有助于解决计算机网络课程难学难教、实践与理论未能有效结合等问题，提高计算机网络课程教学质量和教学效果。下一步的工作是继续完善和改进该实验教学方案，并尝试向我院其他专业其他课程进行推广实践。

参考文献：

[1]陈华杰，戴丽娟.以培养计算思维为核心的程序设计实验教学[J].实验技术与管理，2011，28（1）：125-127

[2]梁正平，李炎然，王志强.计算思维导向的操作系统课程教学改革[J].计算机教育，2012（9）：31-34.

[3]Wing J M. Computational Thinking [J].Communications of the ACM， 2006， 49（3）： 33-35.

[4]刘道文.基于计算机思维能力培养的实践教学平台建设研究[J].计算机教育，2014（7）：92-95.