一种基于知识拓扑的《计算机网络》教学方法的

【摘 要】本文提出了一种基于知识拓扑、采用问题驱动主导教学过程的《计算机网络》课程教学方法.在该方法中提出了课程拓扑、知识拓扑以及知识域的概念.基于这些概念,结合问题驱动,提出了该教学方法的体系结构,总结了该教学方法的基本思想.不同层次、不同专业的学生教学效果表明,该方法行之有效.

【关 键 词】知识拓扑；问题驱动；《计算机网络》

1.引言

《计算机网络》课程是高等院校计算机相关专业的专业基础课,在计算机相关专业的课程体系中占有重要位置.如何提高该课程的教学质量,达到理想的教学效果对计算机相关专业的教学具有重要意义,这也是广大从事《计算机网络》课程教学的教师十分关心的问题.目前,就该课程的教学过程和内容来看,主要存在以下问题.

（1）由于计算机网络是由通信技术与计算机技术相结合而产生,因此,该课程预备知识较多且无统一体系,导致该课程教学内容与课程拓扑紧密相关.不合适的课程拓扑将影响该课程教学过程的正常开展.

（2）目前,该课程的教材内容大多基于网络体系结构线形排列,知识结构较松散,在未建立全局知识体系的前提下,不利于组织逻辑严密的教学过程,这给学生理解课程的内容增加了困难.

（3）计算机网络历史问题较多,在不能明确这些问题的前提下,不利于实现清晰、流畅的教学过程.

（4）计算机网络是一个动态和活跃的领域,知识和技术更新较快,而教材内容相对滞后,导致基础理论与工程实践有差异,教学过程中需要适当的解释.

在充分考虑到计算机相关专业课程体系特点、《计算机网络》课程知识点构成以及各种教学方法的基础上提出了一种基于知识拓扑、采用问题驱动主导教学过程的教学方法,力求彻底解决（1）、（2）问题,进而解决（3）、（4）问题,探索出一条行之有效的《计算机网络》课程教学途径.

2.知识拓扑和课程拓扑确定知识结构

基于知识拓扑的《计算机网络》教学方法的核心是基于课程拓扑和知识拓扑构造该课程的知识结构.通过合理划分知识域来确定每次教学过程的教学内容,确保教学内容从结构和规模上与教学过程相适应,为创造良好的教学效果奠定基础.为准确描述该教学方法,首先对课程拓扑和知识拓扑以及相关的概念进行定义.

定义1：课程拓扑：所谓的课程拓扑是指在一个专业方向完整的知识背景下,在专业培养目标的约束下,构成该专业培养方案各门课程之间的逻辑关系的全部.

定义2：知识拓扑：所谓的知识拓扑是指在构成一门课程完整知识结构的背景下,知识结构中的各知识点以及各知识点之间逻辑关系的全部.

定义3：知识域：是知识拓扑的一个划分,该划分是以知识拓扑中一个主要知识点节点为中心,该中心和所有与该中心节点相邻的节点构成了知识域.以该主要知识点的预备知识节点为教学内容的中心节点构成的知识域,称为该知识域的父域.该知识域为父域的子域,相同父域的子域互为兄弟域.

因此教学过程选择知识域时可遵循以下原则.

（1）力求一次教学时间内对应一个知识域,一次教学时间内如出现多个知识域,则一定属于同一个父域；

（2）相邻教学过程所选择的知识域最好是父域和子域关系,如不能实现,则一定是兄弟域关系.

3.问题驱动主导教学过程

针对问题驱动的讨论,主要从问题设计、解决问题途径设计、课堂设计和教学实施四个方面展开.

（1）问题设计

采用基于知识拓扑的《计算机网络》课程教学方法的经验和教训,初步确定该教学方法问题设计需要遵循的原则.

问题设计必须以课程拓扑和知识拓扑为约束；

每一个教学过程必须从知识域的中心节点开始,力求在本次教学过程中完成该知识域的所有教学内容节点的教学任务.未完成的教学内容可以课后把问题留给学生,为下一次教学过程做好铺垫；

可采用提问、回顾上次教学过程遗留的问题引出本次教学过程涉及知识域的中心节点；也可采用直接提出中心节点作为目标,引入预备知识节点进行推导,然后在解决问题的基础上,提出中心节点的教学内容节点；

无论采用哪种方式,问题提出设计必须严格按照知识域要求进行；

问题提出设计需要服从解决问题方式和途径的需要.

（2）问题求解过程设计

问题求解过程设计（简称求解设计）与问题设计一样是一个科学与艺术相结合的产物,不同形式解决问题的途径在教学过程中产生的效果差异巨大,必须遵循如下原则.

必须明确解决问题提出的目的和问题求解的各种路径；

必须选择合适的问题切入点,使解决问题的过程逻辑严密,环环相扣；

各环节问题解决的结论必须明确和必然,避免结果不清晰和牵强.

问题解决后必须有解决问题总体思路和关键点以及前提、条件的总结和讨论.

（3）教学过程设计

教学过程设计（简称过程设计）是在问题设计和解决问题途径设计基础上完成的.教学过程必须充分考虑学生的背景,只有这样才能保证问题驱动能调动学生的积极性、激发学生的兴趣,使学生在解决问题的同时能体验成就感.

（4）教学实施

教学实施是将问题设计、解决问题途径设计以及课堂设计具体实施的过程.一般遵循以下步骤.

在教学过程开始,首先明确该此教学过程要解决的问题、达到的目标；

接下来需要明确要达到解决问题、达到目标需要遵循的途径；

利用设计好的问题切入点展开教学过程；

在教学过程中,利用设计的问题引导学生思考、演算、推理以至得出阶段性结论,既一个问题的解决；

教师需要对问题的解决给予必要的提示,对阶段性结论进行分析、总结,避免偏离事先设计的问题解决途径；按知识域结构进行总结和讨论,为下一次教学过程预留问题,埋下伏笔.

图1问题驱动实施流程示意图

在采用问题驱动主导教学过程的实施过程中,必须采用闭环控制策略.严格按照图1所示的流程开展问题驱动设计.

4.基于知识拓扑、问题驱动主导教学过程的《计算机网络》教学方法的基本思想

基于知识拓扑的《计算机网络》教学方法的基本思想包括以下几个方面：

（1）该教学方法是一个具有反馈修正特点的闭环动态过程.

（2）以课程拓扑为约束条件,知识拓扑为基础的《计算机网络》课程知识结构的,该知识结构由知识拓扑中的父域和知识域以及它们相互的关系表示出来,用于指导教学内容与教学过程的统一安排.

（3）以知识结构为基础,教学资源为约束条件,问题驱动为动力,问题求解为目标的教学过程设计,力求提供结构完整、过程严谨、内容流畅的教学过程.

（4）以学生背景为先决条件,发挥教师自身综合素质的优势,按照设计好的教学过程开展教学活动.

（5）最后是以教学效果评估反馈为手段的教学过程设计修正,即通过教学实施对该课程的知识结构、教学过程的有效性进行评估.然后,按照评估的结果对该课程的知识结构以及教学过程的设计进行修正.

上述五个方面相互支撑,形成了一个具有闭环控制特征的完整过程.因此,该过程是基于知识拓扑的《计算机网络》教学方法的基本思想,也是该教学方法的核心内容.

基于知识拓扑的《计算机网络》课程教学方法的体系结构,该体系结构将指导该教学方法的实施.但在该方法的具体实施时,还需要讨论以下几个方面的问题.

（1）《计算机网络》课程第一次教学过程

《计算机网络》课程的第一次教学过程十分重要,是实施该教学方法的起点.在该教学过程中,需要向学生明确以下几个问题.

本课程在专业体系中的地位,既课程拓扑；

本课程教学目的,既知识拓扑中的原点；

要实现教学目的可遵循的路由,既实现知识拓扑的路由.

（2）采用问题驱动主导教学过程的开展

在采用问题驱动的教学过程中,问题提出、问题求解途径以及教师综合素质的发挥都是影响教学效果的关键因素,在充分考虑这些因素的同时,需要严格遵循以下原则.

自顶向下明确目标、解决问题的途径和需要解决的问题；

自底向上解决问题中的具体问题.

（3）严密的问题求解过程

在基于知识拓扑的《计算机网络》教学方法中要实现问题求解过程的严密性.需要注意以下几个问题：

明确处于知识域父域中的必要知识点,可通过预习和提问等手段做准备；

必须十分清楚问题求解的背景、上下文关系；

严格遵守逻辑思维原则,充分运用好归纳和演绎的方法,努力实现用数学语言描述和解决问题；

问题解决后,一定要进行详细的讨论.对问题的推论、性质、发展以及限制必须讨论清楚.

（4）问题提出、问题求解过程设计过程中必须充分考虑教学资源的局限性

在基于知识拓扑的《计算机网络》教学方法中教学资源的使用要遵循以下原则：

在缺乏充分的理论基础支撑以及必要的理论设计的前提下,不宜在实验室开展理论和实验教学；

在进行严密的推理教学过程中,不宜采用多媒体等影响推理思路的教学手段；

要充分使用网络数字化教学资源,促使学生利用教学资源探索问题,寻求问题求解途径；

教学资源的使用要以有利与学生获得直接经验为原则.

（5）教学实施过程中,必须充分考虑学生的背景

通过长时间的教学活动,笔者认为以下几个问题需要在教学过程中重点关注.

学生的专业.应充分利用学生的专业背景开展教学过程.

学生的层次.在实施教学过程中要考虑学生的层次,注意推理、解释的合理搭配.

注意搜集当前的热点问题.将热点问题有机地与教学实施过程结合是一个非常好的选择.

注意教学效果评价.根据评价效果改进教学事实过程.

5.结语

采用该教学方法可在《计算机网络》课程教学过程中采用逻辑严密的问题求解方法主导教学过程,创造学生参与问题求解的机会,使教学过程更具交互性,从而极大调动学生学习的积极性.让学生体验到成就感,激发学生深入学习的,培养问题求解能力,使学生形成努力学习的良性循环.该教学方法对教师的要求较高,是一个长期、整体的过程.该教学方法也为其他课程教学方法的改革开拓了思路.事实上,在充分结合专业特点、课程特点和知识结构特点的基础上,对该教学方法进行改进,则该方法也适用于其他课程的教学.