计算思维在中职计算机网络教学中的实践与探讨

刘俊博

摘要：文章研究了计算思维的教学模式设计、实践与效果分析，重点介绍了计算思维的基本概念和目前中职院校对计算思维研究的现状，提出了面向计算思维的教学模式整体思路，并以中职计算机网络专业的核心课程网络互连技术为例，从课程教学内容构建与教学案例设计角度，系统分析了基于计算思维能力培养的中职计算机类课程教学模式的具体方法与实践。

关键词：计算思维；中职计算机；网络教学；实践

计算思维（C0mputati0nalThinking）的概念最早由美国卡内基梅隆大学周以真教授于2006年提出，并进行了系统的定义与分析。随着计算思维概念的提出，工业界与学术界对于计算思维的研究逐渐深入。美国计算机协会（ACM）明确要求在计算机导论课程中讲授计算思维的核心内容。而英国计算机学会（BCS）则组织欧洲的研究学者对计算思维进行研讨与分析，提出了欧洲国家针对计算领域挑战的解决策略。

下文将以网络互连技术课程为例，详细阐述面向计算思维的教学模式设计思路。

一、教学内容构建

网络互连技术课程一般包括网络互连概论、交换机原理与基本配置、路由器原理与基本配置、访问控制与地址转换、无线网络原理与配置和广域网原理及配置等若干教学单元。基于计算思维能力培养的课程改革，并不是将已有成熟的教学内容全部推翻；而是将计算思维的培养与网络互连知识有机地整合，在教学过程中强化计算思维。重新构建设计的网络互连技术课程教学内容。课程分为6个教学单元。针对各教学单元与计算思维培养的关系，我们将逐一进行详细分析。第1教学单元网络互连概论中，教师需要在讲解网络发展历史过程中，将发展过程中蕴含的计算思维详细剖析，并组织学生进行小组讨论分析；在IP地址分配知识点教学过程中，与之对应的是将复杂问题简单化的计算思维；在子网划分教学内容中，主要涉及的计算思维理念是层次化拓扑结构思维。第2教学单元交换机原理与基本配置中，本教学单元为网络互连技术课程的重点和难点教学内容。其中VLAN原理教学内容对应的是网络化计算思维的培养；生成协议与配置教学单元则着重强化学生运用计算思维中的递归思想以及数学与工程思维相融合的能力。第3教学单元路由器原理与基本配置中，本教学内容涉及的知识点难度较大，理论深度和数学要求较高。在静态路由与动态路由教学内容中，着重讲解两种路由的设计思路，需要让学生理解计算思维中算法设计思维和路由选择设计思维。第4教学单元访问控制与地址转换中，在介绍访问控制列表教学过程中，需要将网络安全思维引入教学活动，引导学生使用融合与分解的方法，从不同角度思考加强网络安全的可能性；通过启发式的引导让学生潜移默化地感受计算思维的强大魅力。第5教学单元无线网络原理与配置中，教师在讲解无线网络架构发展过程中，需要有意识地让学生理解有线局域网向无线局域网转化的内在原因与技术驱动，运用启发式推理思维大胆预测未來网络的发展趋势。第6教学单元广域网原理及配置中，需要让学生理解广域网中分层设计思维的优点以及实际网络中数据加密的原理。

二、教学案例设计

教学案例是教学内容的重要载体和表现形式。在计算机类课程改革中，可以将计算思维的理念与思想，融入到教学案例的讲解与讨论中，通过真实案例、真实项目激发学生的探究兴趣。本节将以思维互连技术课程中的典型案例设计为例，讨论基于计算思维能力培养的案例教学方法。基于计算思维的案例教学过程一般分为6个步骤。首先由教师创建描述具体的教学情境，引导学生将教学情境中的需求与问题抽象化，提取其中最根本的概念与知识点；随后将复杂问题进行分解，转化成具体的、可描述的具体问题；再根据已经掌握的知识寻求具体问题的解决方法；当复杂问题解决之后，通过启发式的引导，让学生将本案例进行推广，并总结归纳其中的经验，回顾教学情境中解决问题的整体思路。在路由器原理与配置教学单元中，单臂路由实验是其中一个重要的知识模块。通过本实验的学习，学生可以深入理解子网划分，VLAN工作原理以及跨VLAN通信原理等多个知识点，具有综合性强，实用性高，难度大等特点。首先，我们根据实际工作场景创设教学情境，根据中小型网络构建的实际需求引导学生自主地寻求解决方案。在教学情境中，可设计为具体的企业网络场景，并描述企业网络中用户需求：根据不同用户进行子网划分以及跨子网间通信。教师应组织学生在已有网络知识的基础上，提出解决方案，并在模拟环境或者实体环境中验证方案的可行性。学生经过理论分析和实验验证之后，对具体技术问题已经有了较为全面的认识和理解，此时需要将本次教学情境涉及的技术问题进行推广，以从中找到最为本质性的网络互连知识，并讨论其推广后的应用场景或从中迸发出来的创新的方法与应用。最后需要在教师的带领下，对整体案例过程进行总结归纳与回顾，及时指出优缺点并给予具体评价。

三、实践与效果分析

针对面向计算思维能力培养的教学模式设计，我们在2013级两个教学班共计108人次进行了教学实践，达到了预期的教学目的，取得了良好的效果。我们还抽取出教学内容构建中典型的10种具体计算思维能力为教学培养目标，通过问卷调查与测试考核相结合的方式对教学实施前后的效果进行了定量分析。由统计数据可以看出，教学实践后的能力成效明显高于教学前。其中本课程中核心的网络化思维能力从教学前的37.04%提升到83.3%；学生普遍反映较难掌握的递归思维也由教学前的8.33%提升到59.26%。整体上分析，l0种计算思维能力的平均值从19.26%提升到72.41%，教学实践成效明显。加强计算思维的能力培养已经成为中职计算机类专业课程改革的共识。

结语：本文首先介绍了计算思维的基本概念和目前中职院校对计算思维研究的现状，提出了面向计算思维的教学模式整体思路；并以计算机网络专业的核心课程网络互连技术为例，从课程教学内容构建与教学案例设计角度，系统分析了基于计算思维能力培养的计算机类教学模式的具体方法与实践。最后从具体化的计算思维能力培养的统计数据角度出发，定量分析了教学模式实施前后的效果对比。统计数据表明，面向计算思维能力培养的教学模式能有效提升学生的学习兴趣和学习成效。

参考文献：

[1]郑丽坤，关绍云，郭丹.计算思维引导的高校计算机基础教学实践研究[J].黑龙江高教研究，2016（2）：174-176

[2]曾莹.基于计算思维的案例教学法在C语言教学中的实践研究[J].科技视界，2017（6）：94-94