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【關鍵詞】數理邏輯 離散數學 教學方法
【中圖分類號】G640 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089(2014)1-0254-02
離散數學作為計算機科學研究與學習的基本數學工具,其研究主要對象是離散量的結構及其相互關系。離散數學最難學習的是數理邏輯部分,這部分內容定義公式繁多,不易記憶和接受,學生學習比較困難,但它是培養學生邏輯推理能力的重要內容。因此,在離散數學教學中,講授數理邏輯部分是教學的重點。
一、離散數學中數理邏輯的教學內容
命題演算和謂詞演算是數理邏輯中兩個最重要最基本的部分。命題是指有具體意義的能判斷真假的陳述句。形象的說,如果將命題看作運算對象,如代數中的數字、字母或代數公式,而把邏輯聯結詞看作是運算符號,如代數中的“加、減、乘、除”,那么命題演算也就類似于代數運算。這種邏輯運算同代數運算一樣,有自己的運算規律。
謂詞演算也稱一階邏輯演算。它為了克服命題邏輯的局限性,將命題的內部結構分解成三部分:個體詞、謂詞和量詞,然后研究這種命題之間的邏輯推理關系。
二、數理邏輯的教學方法討論
(一)設置懸疑,激發學生興趣
為了激發學生的學習興趣,比較有效的方法是,可以在每部分內容前設置懸疑,提出一些與該內容相關的有趣問題,讓學生明白學習這部分內容有什么用。如在講授命題邏輯的推理理論之前,可以先提出如下問題:
例1:一邏輯學家被困一部落,酋長有意放行,于是對邏輯學家說:“現有兩扇門,一是自由,一是死亡,兩門可任開啟一扇。你可從兩戰士中選其一負責解答你任一問題(Y/N),兩戰士其一誠實,另一說謊。”邏輯學家沉思片刻,向其一戰士發問,然后開門從容地離開。邏輯學家是怎樣發問的呢?
聽到這個問題,學生必定非常好奇,在此教師可說學完命題邏輯推理理論后,這個問題就可解決。于是學生會帶著好奇心,學習效果定會比預期好。
(二)深入生活,加強概念理解
在命題邏輯中的五種聯結詞中,學生最難掌握的是蘊涵聯結詞。其中重點是蘊涵聯結詞的前件和后件的區分。根據課本的定義[1]:
設p,q,為二命題,復合命題“如果p,則q”稱為p與q的蘊涵式,記做Pq,并稱p是蘊涵式的前件,q是蘊涵式的后件,稱作蘊涵聯接詞。并規定Pq為假當且僅當p為真q為假。
為了加深對此概念的理解,可以給出一些用蘊涵式表示的自然語言。如“只要p就q”,“因為p,所以q”,“p僅當q”,“只有q才p”,“除非p才q”,“除非p否則非q”等。在上述語句中,一個共性就是q是p的必要條件。
例2:“愛生活,愛拉芳。”
這是一句耳熟能詳的廣告詞,大家都覺得有一定道理,但同時也有一些的疑惑,問題的關鍵到底出現在哪里呢?我們設p:愛生活;q:愛拉芳,則原廣告可寫作Pq。假設愛拉芳,可以推斷出一個人愛生活,有品位;但反過來說,愛生活的人,一定會愛拉芳,用拉芳的產品嗎?結論顯然是否定的,這句廣告詞有意混淆蘊涵式的前件和后件,把必要條件說成充分條件。
(三)注重類比,抓住重點內容
數理邏輯部分的內容復雜,公式繁多,在教學中如何抓住重點,讓學生容易聽懂呢?這是每個老師都必須面對的一個非常嚴峻的問題。我們可以考慮將命題推理系統和一階邏輯推理系統對比,由于它們的字母表、合式公式和推理規則都很類似,把它們的相同和區別之處給學生講清楚,就可以幫助學生加深理解。又如在命題邏輯的等值演算中,教材給出了16個組基本的等值式:
教學時,可以給出學生其中的一個證明,剩余的讓學生自己去做。如證明(1),當A為F時,┑A為T,┑┑A為F;當A為T時,┑A為F,┑┑A為T,所以有A ┑┑A。這樣,學生就得到了等值式,而且對其他等值式也有了更加具體的認識,便于記憶。
為了改進離散數學中數理邏輯部分的教學方法,在分析數理邏輯的教學內容的基礎上,從以下四個方面著手來提高教學效果:激發學生興趣、加深概念理解、啟發學生思維和抓住重點內容。經我們在實際教學中的運用結果來看,效果較好。
參考文獻:
(1)分析與綜合的方法。所謂分析的方法,就是把研究的對象分解成它的各個組成部分,然后分別研究每一 個組成部分,從而獲得對研究對象的本質認識的思維方法。綜合的方法是把認識對象的各個部分聯系起來加以 研究,從整體上認識它的本質。
(2)比較與分類的方法。比較是用以確定研究對象和現象的共同點和不同點的方法。有比較才有鑒別,它是 人們思維的基礎。分類是整理加工科學事實的基本方法。比較與分類貫穿于整個小學數學教學的全過程之中。 比如學生開始學習數學,他就會比較長短,比較大小,進而學會比較多少。然后就會把同樣大小的放在一起, 相同形狀的歸為一類。或者把相同屬性的數學歸并在一起(整數、小數、分數)。前者反映的是比較方法,后 者例舉的是分類方法。分類常常是通過比較得到的。比較和分類方法是小學數學教學中經常用到的最基本的思 維方法。
(3)抽象與概括的方法。抽象就是從許多客觀事物中舍棄個別的、非本質的屬性,抽出共同的、本質的屬性 的思維方法,概括就是把同類事物的共同本質屬性綜合起來成為一個整體。事實表明,學生一旦掌握了抽象與概括的學習方法,機械記憶就將被意義理解所 代替,認知能力和思維能力就會產生新的飛躍。
(4)歸納與演繹的方法。這是經常運用的兩種推理方法。歸納推理是由個別的或特殊的知識類推到一般的規 律性知識。小學數學中的運算定律、性質及法則,很多是用歸納推理概括出來的。如加法的交換律是通過枚舉 整數中的幾個“兩個加數交換位置相加和不變”的例子推導概括出來的。這樣的推理在小學一年級就可以經常 開展訓練。
演繹推理是由一般推到特殊的思維方法。例如一年級學生“算加法想減法”,實際上是以加減互逆關系作 為大前提,從而推算出減法式題的計算結果。又如,由“0不能做除數”為大前提,根據分數、 比與除法的關 系,推理出分母和比的后項不能為0。事實上,人們認識事物一般都經歷兩個過程:一個是由特殊到一般,一 個是由一般到特殊。因此,歸納與演繹法是人們認識事物的重要方法。
值得一提的是,由于歸納推理的判斷是一些個別的、特殊的判斷,因而它的結論與前提之間的聯系并不具 有邏輯的必然性。一般說來 ,如果一般規律性知識是真的,那么,所推得的個別或特殊的知識也是真的。
一、針對年齡特點,發散學生思維
由于小學生的年齡較小,尚未形成對理論的完整認識,跳躍性思維比較活躍,這并不利于培養學生的邏輯推理思維。然而,我們不能為了培養邏輯推理能力而泯滅小學生的跳躍性思維及創新思維。因此,教師應針對小學生不同年齡段的特點采取不同的教學方法,以此來發散學生的思維,逐漸形成邏輯推理思維。
1.對低年級(1―3年級)的學生而言
低年級的學生頭腦中尚未形成數學的概念,對較復雜的知識也很難把握,因此,針對這個年齡段的學生,要從簡單的判斷推理入手來初步滲透邏輯推理。具體來講,剛開始時要教會學生認識簡單的數學符號或事物,并且明白每一個符號所代表的含義,在學生的頭腦中形成初步的印象和一定的判斷標準。隨后可以將這些符號或事物混在一起要求學生辨別并比較,或者提供一組有規律的符號要求學生尋找規律,這就初步達到了邏輯推理的效果。
例如青島版小學數學二年級課程中有“比較大小”的內容,學生在一年級已經了解了數的概念,在二年級通過比較數的大小來進一步了解數的特征,教師通過粉筆、玻璃球等方法來引導學生掌握比較大小的方法,對培養學生的判斷力很有幫助。而且,適當設置找規律的題型,這更能鍛煉學生的邏輯推理能力,例如給出一組數字1,3,5,7……讓學生尋找規律。
2.對高年級(4―6年級)的學生而言
高年級學生邏輯推理能力的培養需要加大難度,在學生掌握規律的基礎上提高歸納和演繹的能力。這要求學生在掌握基礎知識的基礎上能夠靈活運用知識,將復雜的問題通過歸納整理轉化成簡單的問題。例如青島版小學數學五年級課程中涉及分數的概念,在掌握分數的基本運算法則后,學生要有意識地探索分數的四則運算,并會應用到整數的運算上,這對學生來說是一個歸納總結、提升的過程。當學生掌握了分數的四則運算后會發現,不論是哪種四則運算都有一套固定的規則,只是針對數的不同罷了,因此,就可以通過整數的四則運算規律進而類推到小數或分數,這樣就提高了學生知識遷移的能力,起到了發散思維的作用,同時對邏輯推理能力的訓練也很有幫助。
二、抓住練習機會,引導歸納總結
數學的學科特點就是要求學生在掌握概念之后,要通過大量的練習來進一步鞏固,每一次對知識的鞏固與練習都會有不同程度的提高與感悟,正所謂“溫故知新”,所以,要想培養學生的邏輯推理能力,就一定要抓住練習的機會,通過練習進行歸納和總結,從而找到規律,提高邏輯推理能力。數學的練部分是習題練習,不過還有一部分是操作練習,也就是將數學問題應用到生活中,在應用中找到知識的規律。
1.抓住日常練習
學生的日常習題練習是對當日所講知識的鞏固與回顧,目的是要學生牢記知識要點。但是,如果學生在練習中僅是掌握了部分的知識點,對整個學科的提升不會有太大的幫助。作為教師要引導學生在練習中對知識進行歸納總結,跳出答題的范疇,客觀、全面地分析知識點,從整體上全面把握問題,梳理知識點,引導學生意識到知識點的應用范圍,這就達到了邏輯推理的目的。此外,適當提高習題的難度也有利于激發學生的發散思維,深入理解知識要點。
例如青島版小學數學五年級會引入圖像的平移、旋轉的知識,教師在講授時使學生明白圖像平移、旋轉的規律以及圖形的變換方法。通過習題讓學生學會判別圖形的變換方式,通過大量的練習我們會發現,對圖像的變換這一知識點的考查,無非是考查圖線是否變換,屬于哪種變換,變換的方法以及二者的區別。因此,學生在練習時要善于總結題型及知識點的考查方式,這樣才能在今后的練習中很快找到方法。
2.練習生活實際
除習題外,學生日常生活中應用數學知識解決生活問題是另一種練習的方法,這種方法更能檢驗學生的邏輯推理能力。教師要引導學生善于從生活中的數學問題歸納總結,一方面能將所學知識應用到生活中,另一方面幫助學生提升邏輯推理能力。例如學生在出游時會遇到路程與時間的問題,可以根據所學知識,即“時間×速度=路程”的公式解決,這對學生的知識水平是鞏固也是提高。
三、重視探究過程,突出學生主體
數學教學不適宜用傳統的“灌輸式”的教學方法,這樣會給學生帶來壓力,不利于學生對知識的理解,無法激發探究興趣,進而阻礙邏輯推理思維的訓練。邏輯推理思維建立在學生自主學習的基礎上,只有對知識點有興趣,才能進一步研究,然后逐步歸納出規律。因此,教師在教學過程中要注重探究知識的過程,以學生為主體,讓他們自己探究,對知識的探究主要從問題設置及動手實踐兩個方面來進行。
1.設置問題
教師設置的問題非常重要,簡單的問題達不到教學的效果,難的問題又會打消學生的積極性,所以教師要有層次、有重點地設置問題,逐漸加大難度,激發學生的探究欲望。設置的問題要涉及所學知識,尤其是和重難點相聯系,確保每一個問題都有存在的價值。
例如在學習分數時,首先引入分數的概念,由于學生對整數已經非常了解,那么就要引導學生思考整數與分數的不同。隨后,教師要通過生活中的案例引出分數在生活中的作用,讓學生們認識到分數的意義。接下來,教師要引導學生了解分數的性質,可以通過分析錯誤案例的方法要求學生結合實際進行討論,逐步掌握分數的所有特征。在接下來的分數四則運算中,也可用同樣的方式,學生的學習積極性會大大提高,而這一過程中的歸納推理也是邏輯推理能力的提升過程。
2.動手實踐
除了教師設置問題引導探究外,學生動手實踐探究知識點也是一種探究方式,這種方式能給學生帶來成就感,認識到自身的價值,彰顯學生的主體作用。例如學習圖形時,學生可以制作不同的圖形模型,來探究每一種圖形的軸對稱情況以及對稱軸的條數、總結圖形平移和旋轉的規律等。通過實際的操作方法來探究總結知識要比直接傳授更容易理解與識記,學生在探究的過程中也能夠提升邏輯推理能力,從而指導他們的進一步探究。
四、加強實踐教學,提高學生興趣
數學的學科特點決定了其傳統的教學策略與實踐相分離,然而,每一個數學問題都和實際生活密切相關,因此,教師要盡可能多地增加實踐教學。實踐教學能夠將枯燥的數字和公式應用到實踐中,讓學生感受到學習的樂趣,從而提高學習的積極性。同時,實踐教學的過程也有利于學生思維的發展,容易幫助學生形成邏輯推理思維。實踐教學一般包括情景教學和實操教學兩種方式。
1.情景教學
情景教學模式在各學科教學中都很受歡迎,對提高教學質量很有幫助。教師可以根據小學生愛玩的特點,設置生動有趣的情景,將知識分解,采用競賽、展演等方式提高學生的參與熱情,在此過程中將知識點層層剖析,激發學生的求知欲,讓學生切身感受到數學的存在價值,在集中學生注意力的同時也鍛煉了思維。
例如青島版小學數學三年級有關統計和概率的知識,這一章節較適合采用情景教學的方式,教師可以布置任務,讓學生對學校的所有教職工和學生數量進行統計,并制成統計圖或統計表。除此之外,教師還可根據某一次考試成績進行統計與分析,將知識應用到實際中,會進一步深化學生對知識的理解,也有利于學生在情景實踐中找到知識的規律,尋找規律的過程正是訓練邏輯推理能力的過程。
2.實操教學
實操教學法注重教師與學生的雙向互動和共同參與,教師的授課不是簡單的理論傳授,還要附加一些教學工具和教學實驗,目的是讓學生在生動有趣的氛圍中更加清楚地理解知識,進而歸納總結知識,鍛煉邏輯推理能力。例如在學習空間與圖形時,教師應用一些圖形模型向學生演示圖形面積的計算方法及各種圖形的軸對稱情況,展示的過程不僅是在傳授知識,也在提高學習興趣,而之后的思考過程更是在鍛煉思維能力。
關鍵詞:計算機網絡;教學方法;類比法;師生互動
中圖分類號:G642文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2011)01-0060-03
Exploration of Teaching Methods for Computer Network Course
WU Ling
(The College of Information engineering, Anhui University of Finance & Economics, Bengbu 233041, China)
Abstract: Computer network is an important course and it is compulsory for information relevant specialties in high school. It has strong characters of theoretic, practice and application. According to the problems in teaching, the paper clarifies a point from informing the learner of the objective, analogy method, teacher-student interaction, reasonable arrangements for teaching content, strengthen the experimental part and explores the ways to improve teaching quality. These methods achieve good results in teaching practice.
Key words: computer networks; teaching method; analogy method; teacher-student interaction
隨著計算機技術以及通信技術的發展,計算機網絡成為當今世界發展最為迅速、應用最為廣泛、普及程度最高的技術之一。目前,“計算機網絡”不僅是高校計算機專業、信息技術相關專業的重要課程,隨著計算機、網絡的日益普及,越來越多的相關專業都陸續開設了這門課程。對于信息類專業的學生而言,這門課程內容繁雜,涉及許多彼此交織的概念、協議和技術,在教學過程中學生普遍反映該課程較為抽象、難懂。為了提高教學質量,筆者在教學實踐過程中也不斷從以下幾個方面對教學方法進行著探索和嘗試。
1 把握課程內容,明確學習目標
為了激發學生學習的積極主動性,在進入理論內容之前應該使學生明確網絡的實用價值、學習這門課的目的和從事網絡技術的職業方向。
該課程具有廣泛的一般的研究價值,學習這門課程最重要的是掌握計算機網絡的一些基本概念,基本原理以及處理網絡問題的最基本的方法,在以后的工作中面對網絡的飛速發展,能以不變應萬變,具有繼續學習的能力[1]。
該課程既學習網絡的硬件知識,包括計算機、通信鏈路及網絡設備(交換機、路由器等),還學習網絡的軟件知識,即網絡的協議及層次體系結構。
未來可以成為熟悉網絡設備操作,進行日常維護的網絡管理員;排除網絡故障,優化網絡性能的網絡工程師;在網絡環境下進行軟件開發的軟件工程師,進行硬件開發的電子工程師、嵌入式系統設計師等
2 類比法
一些十分抽象的概念不易理解,可以舉出與之很相似的、人們較為熟悉的事物來進行對照學習,這種方法可以幫助學生直觀、形象的理解枯燥、抽象的知識,計算機網絡中的眾多理論尤為如此。
OSI七層模型。可以類比成上海到羅馬的貿易過程[2],要想貿易獲得成功,首先要有至少一條路,此層為物理層。要保證路上貨物不損壞,應有保護的包裝,可以一站一站送到羅馬去,引出數據鏈路層。條條道路通羅馬,并不只有一條路能夠到達羅馬,從中選一條最短的或者路費的成本最少的,引出網絡層。出門前要先確定貨物是發給羅馬的哪個商人,并檢查一下自己的貨有沒有拿錯,如果錯了要重新取貨,引出傳輸層。要和羅馬聯系好,如果我們這邊的貨物到了那邊賣不出去怎么辦,要交流、協商羅馬市場情況,此層為會話層。到了羅馬以后發現,貨物在羅馬不能直接使用,還需要一個轉換器(例如中國的電器插頭大多用的是兩相或三相插頭,與歐洲的電源插座不匹配),這就是表示層的功能,進行數據格式的轉換。到了羅馬需要在市場上把貨物賣掉,需要一個交易平臺,相當于各個軟件平臺,引出應用層。
帶寬與寬帶。帶寬是指計算機向網絡發送比特的速率(比特/秒),寬帶是指計算機向網絡發送比特的速率較高。同種介質上寬帶線路和基帶線路比特的傳播速率是一樣的,寬帶線路意味著每秒有更多比特從計算機注入到線路。可以類比成公路上的貨車,如圖1所示,車速一樣的情況下,基帶線路對應長車距,寬帶線路對應短車距,車距短的可以行駛更多的車輛攜帶更多的貨物。
CSMA/CD。CSMA/CD的工作過程可以比喻成很多人在一間黑屋子中舉行討論會,參加會議的人都只能聽到其他人的聲音。每個人在說話前必須先傾聽,只有等會場安靜下來后才能夠發言。將發言前需要監聽以確定是否已有人在發言的動作稱為“載波偵聽”;會場中每人都有平等的機會講話的狀態叫做“多路訪問”;如果在同一時刻有兩人或兩人以上同時說話,大家就無法聽清其中任何一個人的發言,這種情況稱為“沖突”。發言人在發言的過程中需要及時發現是否發生沖突,這個動作叫“沖突檢測”。如果發言人發現沖突已經發生,這時他需要停止講話,然后隨機后退延遲,再重復上述過程,直至講話成功。如果失敗的次數太多,他也許就放棄這次發言的想法。
IP地址(邏輯地址)與MAC地址(物理地址)。IP地址好比居住地按照國家、城市、街區、門牌號碼體系,是一種邏輯地址,如果要用導彈對這個地址進行精確打擊,導彈可不知道是幾單元幾樓幾號,需要知道緯度和經度,這就是MAC地址,是一種物理地址。
距離矢量路由協議與鏈路狀態路由協議。運行距離矢量路由協議的路由器是不知道整個網絡的拓撲結構的,可以類比成在高速公路上開車,手里沒有地圖,想要到達目的地只有看周期性出現的路牌,上面告知往哪個方向走,還有多少距離,而不知道整個公路網的結構;如果一旦遇到塌方、斷橋,再找另外的路繞行就非常困難,只能四處打聽。運行鏈路狀態路由協議的路由器在互相學習路由之前,會首先向鄰居路由器學習整個網絡的拓撲結構,可以類比成上高速公路之前先買了一份地圖,之后再開車去目的地,這樣就不用看路牌了;遇到路壞了,可以根據自己手中的地圖找到繞行的路,而不用再去問別人了[3]。
TCP的可靠性。如果高層發現丟失了一些數據而進行重傳,低層并不知道這是一個重傳的數據,而是當作一個新的數據單元來發送。可以類比成上網購物,貨物出現質量問題,用戶寄回有問題的貨物,商家重發貨物,至于包裹中的貨物是第一次郵寄的、還是重新郵寄的只有用戶和商家這兩個端點知道,快遞公司并不關心。
DNS解析。遞歸解析要求名字服務器系統一次性完成全部名字的地址變換,可以類比成甲問乙:你知道張三住哪兒嗎?乙說:抱歉,我暫時還不知道,但請您不要擔心,我會盡快給您答復的,甲會一直等待乙的回復,如圖2所示。反復解析是每次請求一個服務器,如果不行再請求別的服務器,可以類比成甲問乙:你知道張三住哪兒嗎?乙說:抱歉,我不知道,請問一下李四,他可能知道,李四的IP地址是10.1.1.153,如圖3所示[4]。
圖2 遞歸解析 圖3 反復解析
這種類比法可以高頻率的使用,教師在教學過程中應不斷積累素材,在進行類比時教師可以采用幽默風趣的語言先引出生活中事物,再講解理論,這樣調動了學生的情緒,活躍了課堂氣氛。
3 師生互動
教學過程不能只以教師“教”為主,還應該重視學生的認知主體作用。對那些學生看來深奧晦澀的理論,教師可以嘗試以師生互動的方式幫助學生理解。例如在講解數據鏈路層時,為了幫助學生理解數據鏈路層的功能――在物理鏈路上施加控制協議,使有差錯的物理鏈路變成無差錯的數據鏈路,筆者采用了師生互動的方式。如圖4所示是數據鏈路層協議HDLC正常響應模式(SNRM)的工作過程[1],為了使學生深入理解其工作過程,教師將要表達的一句話拆開按順序寫在三張紙片上并編號,某個學生將要表達的一句話拆開按順序寫在五張紙片上并編號,互相傳遞要表達的句子。首先演示在物理鏈路上傳輸,默默傳紙片不做口頭交流,教師故意將紙片掉落地上,讓學生體會物理層的差錯;然后施加控制協議進行傳輸,傳輸紙片的同時用語言進行傳遞前后的請求和響應、檢查紙片編號和內容,直到傳輸成功,如圖5所示。通過這個小小的互動,學生立刻就體會到協議的控制功能和數據鏈路層的作用。這種方式還可以在講解RIP、OSPF路由協議等難度較大的理論時采用。
4 合理安排教學內容
在具體的教學過程中,各種教材的編排順序不盡相同,選用一本教材以后,并不意味著一定按照書上的順序來講,而是應該結合學生的接受能力和認知規律,把知識按鏈條式一環緊扣一環的方式組織起來,以啟發式、引導式的教學方法有條理、有道理地講清楚。例如對于局域網這一章,難點在于局域網的介質訪問控制方式和網絡設備的工作原理,教師可以按照集線器網橋交換機這些設備的工作原理為線索將這一章的內容有條理的銜接起來。首先介紹總線拓撲結構(詳細講解介質訪問控制方式、以太網的CSMA/CD、沖突,簡要介紹令牌環、令牌總線原理),將總線拓撲結構集中在一點,引出了集線器,但是在一個沖突域、廣播域中。為了減少沖突,將網絡分段,引出了網橋(詳細介紹端口/MAC映射表的建立與維護、生成樹)和多端口的網橋――交換機(詳細講解交換機的并發交換結構,解決了沖突域問題),但是仍然存在廣播域的問題。為了進一步控制廣播風暴,引出在交換機上劃分VLAN。這樣,理論知識和網絡設備的功能結合在了一起,循序漸進,重點突出,使學生迅速而有條理的掌握了核心的知識點。在網絡層講解路由器的工作原理后,分析路由器可以隔離廣播風暴,但應用在VLAN中有缺陷,再結合三層的路由功能和二層的交換功能引出三層交換機,在此基礎上簡要介紹四層及更高層的網絡設備。
5 加強實驗環節
筆者在教學中加大了實驗的力度,考慮到學生的接受能力、課時限制和實驗條件,將實驗分為基礎性和拓展性實驗。
基礎性實驗包括網線的制作與網絡硬件連接、數據鏈路層協議PPP、生成樹協議STP、虛擬局域網VLAN及VLAN間的路由、路由信息協議RIP、開放最短路徑優先協議OSPF、訪問控制列表ACL、FTP服務器配置等,基本涵蓋了計算機網絡的核心內容,要求每個學生必須完成,課時量為18課時左右。對每一個實驗都有明確的要求,完成實驗報告,使學生知道每一個實驗應達到什么要求。在實驗中遇到怎樣的問題,應如何解決,這些都要在實驗報告中得到體現。
拓展性實驗包括幀中繼(FR)、網絡地址轉換(NAT)、交換機端口安全技術(端口的認證、隔離、綁定)、網絡管理、網絡故障排錯等,課時量也為18課時左右。這部分內容由教師指定實驗題目,要求學生組成研究小組(每組3~4個同學),利用網絡和圖書館查閱資料,自行學習相關理論并設計實驗方案,最后完成實驗技術報告。這種學習方法極大地調動了學生積極性,提高了學生獨立分析問題、解決問題的能力。由于教學計劃中的實驗課時只能滿足基礎性實驗,拓展性實驗以開放性實驗的方式展開,安排在雙休日和晚上供感興趣的學生選修。很多學生在完成了基礎性實驗之后,體會到了學習網絡知識的樂趣和動手的快樂,繼續選修了開放性實驗。
6 其他方式
教學過程中,在有條件的情況下還可以選擇多種學習方式補充課堂教學的不足,這些方式可以有效地彌補“空洞無味”的課堂教學,促進學生學習的興趣。
1) 將各種傳輸介質、網卡、交換機、路由器等網絡設備搬到課堂上,或直接帶領學生參觀學校校園網的網絡中心以及網絡實驗室,對照實物現場進行講解。
2) 聯系本地的通信運營商,帶領學生參觀機房,請一線的技術人員為學生們介紹網絡的實踐技術和發展趨勢。
3)安排專題講座,介紹一些計算機網絡方面的資格認證考試,如國家人事部和信息產業部的計算機技術與軟件專業技術資格(水平)考試的網絡工程師、H3C認證、思科認證等,這種方式對那些愛好網絡技術的學生未來的發展起了很好的引導作用。
4) 舉辦網絡知識競賽。
7 結束語
計算機網絡的發展日新月異,教師在教學過程中要努力探索新途徑激發學生的學習熱情,而那些照本宣科、滿堂灌的方式只會嚴重打擊學生的學習興趣,應該引導學生自覺主動學習。現階段計算機網絡課程的教學中仍然存在著教學模式不合理、實驗教學環節薄弱、學與用之間的矛盾等問題,如何搞好計算機網絡課程的教學,提高教學質量,為社會培養出既具有扎實的理論基礎,又有較高的分析、設計、開發和管理的應用性網絡人才,是一個需要不斷研究的課題。
參考文獻:
[1] 吳功宜.計算機網絡[M].2版.北京:清華大學出版社,2007.
[2] 蔣中云.非計算機專業“計算機網絡”課程教學方法的探討[J]. 計算機教育, 2009(24):81-83.
網絡選修課需要學生進行網絡自主學習,如何在網絡選修課的學習過程中實施學習監控,使學生能夠有效開展學習,是網絡選修課在實施中必須面對的問題。本文首先闡述了網絡學習監控的內涵,然后提出了網絡學習監控的基本策略和實施方法,最后對網絡學習監控實施中的關鍵問題進行了探討。
【關鍵詞】 網絡學習監控;監控策略;自主學習;網絡選修課
【中圖分類號】 G434 【文獻標識碼】 B 【文章編號】 1009—458x(2012)06—0064—04
選修課主要指在高校學習某一專業的學生可以有選擇地修習的課程。為了緩解優質師資資源不足的問題,豐富學生可選課程的數量,提高可選課程的質量,目前有部分普通高校在組織選修課時,提出了網絡選修課的課程類別,也有學校稱之為“網絡學習類”公共選修課。傳統教學中,教師可以通過課堂面授觀察和控制學生的學習,而網絡選修課是典型的網絡自主學習,需要由學生自己控制學習活動,如果學生的自我控制能力或自學能力較弱,其學習效果就不好。因此,如何在網絡選修課學習過程中實施學習監控,使學生能夠有效地進行自主學習,保證學習質量,是網絡選修課在實施過程中必須面對的問題。
一、網絡學習監控概述
1. 網絡學習監控的涵義
(1)網絡自主學習
網絡自主學習是一種自我控制學習。一般認為,自主學習是指自覺、獨立、主動的學習,包括三個方面:“一是對自己學習活動進行事先計劃和安排;二是對自己實際學習活動進行監察、評價和反饋;三是對自己學習活動進行調節、修正和控制”。[1]網絡自主學習作為一種以計算機網絡為主的自主學習,具有以下特征:學習活動主要基于計算機網絡;以網絡課程為中心進行教育信息傳播;學生自我控制;學習具有靈活性,可隨時隨地開展;學習個人化、個別化。[2]
(2)網絡學習監控
網絡學習監控是指為了確保學生學習成功,提高學習效果和質量,對學生網絡學習活動進行計劃、檢查、評價、反饋、控制和協調的一系列過程。[3]有研究認為[2],人類的學習活動是非常復雜的系統行為,包括學習主體、學習環境、學習目標、學習方式等多方面構成要素,這些要素之間是緊密聯系且互相影響的。從這些研究結果可以看到,如果能夠對學習主體以及其它構成要素進行積極調節和合理控制,使各要素相互和諧地共同對學習活動進行推動,將對實現學習目標、取得最佳學習效果具有重要促進作用。
(3)學習監控的分類
一般認為[3][6],學習監控,根據施加監控的主體與對象是否一致,可分為自我監控和外部監控兩種。自我監控取決于內部動機,指對自己的學習活動進行自我計劃、自我檢查、自我評價、自我反饋、自我控制和自我協調的一系列過程。[3]外部監控是指借助有效的外部體系,依靠教師、同伴和監控系統等的參與,通過外部力量對學習活動進行約束和調節的一系列過程。自我監控是決定學習質量的主要因素,外部監控是保證學習質量的有力手段。隨著學生自我控制能力和自主學習水平的逐漸提高,外部監控將逐步向自我監控轉變,漸漸減少直至消失。下面提到的學習監控,如無特殊說明,指的是外部監控。
2. 網絡學習監控缺失的成因分析
據調查[4],在被問到是否愿意接受一定程度的網絡學習監控來確保學習質量時,大部分學生都表示愿意,這說明在缺少約束力的網絡學習環境下,學生對借助外部力量加強自我約束的態度是積極的。但是,目前的網絡學習監控很缺乏,據筆者分析,主要有以下兩方面的原因。
學校對網絡學習缺少配套的管理規定和實施細則,具體表現在:對教師網上教學工作的開展沒有獎懲和管理機制,導致教師不愿意花太多的精力和時間去關注學生的學習;對學生的網上學習活動沒有約束和控制機制,導致學生的學習積極性不高,感受不到教師和同學的關注,學習隨意性大,在學習過程中缺少幫助,容易產生孤立感。
(2)網絡教學平臺監控功能不足
很多網絡教學平臺在學習監控方面的功能很少,有些平臺僅有記錄學生學習時間和作業提示等監控手段。比如上海金融學院的課程中心網絡教學平臺就只有簡單的監控學生有無瀏覽網頁或者某個欄目的功能,對學生的學習進度、登錄次數、瀏覽時間、發帖數量等都沒有相應的監控。
二、網絡學習監控的基本策略
1. 注重學生的特點和實際需要
網絡學習監控策略的制定要根據具體情況進行具體分析,而不是固定不變的。針對不同的學生,應采取不同的監控策略,做到有的放矢。學生特征分析是學習監控實施的重要依據。學生特征分析包括對學生的計算機操作技能、上網條件、學科背景、學習時間等的分析。
以上海金融學院為例,在計算機操作技能方面,學生在入學前對電腦一般都有一定的了解,大一新生在一年級時都有必修公共基礎課“計算機基礎(一)”和“計算機基礎(二)”,所以學生具備一定的計算機基礎知識和簡單的編程技能。在上網條件方面,學校和宿舍上網比較便利,部分學生擁有私人電腦,所以大多數學生具備開展網絡學習的基本物質條件。學校的各個專業帶有比較明顯的金融特色,金融專業與信息技術的關系越來越緊密,所以學生對信息化學習方式有比較強的偏好。在學習時間方面,全日制高校的學生沒有家庭負擔和工作壓力,所以學習時間比較充裕,可以把學習時間作為監控因素之一。
2. 注重建立交互機制
網絡教學的最大特征就是具有交互性[5]。只有通過交互,教師才能了解學生的學習情況,找到學生學習中存在的問題并給予幫助,學生之間才能形成良性的競爭關系,從而更好地促進學生的學習。
根據交互對象的不同,學習監控可分為自我監控、教師監控、同伴監控、系統監控等。自我監控對學生自身的素質提出了很高的要求。一些調查表明,相對于西方國家的學生,我國學生整體上呈現“缺乏獨立性、缺乏自主意識、自我控制能力較低”[3]的特征,普遍比較喜歡傳統教學中的面授,而對網絡自主學習缺乏信心。由此可見,在目前的網絡自主學習中,完全由學生“自主”是行不通的。教師監控在學習監控中的作用是需要研究的重要內容。從問卷調查網站“問卷星”的“關于網絡教育教學情況的調查問卷”的調查結果看到,當學生在學習中遇到困難時,最想尋求的幫助對象是教師,所以教師在網絡學習監控中的作用舉足輕重。網絡自主學習的主角是學生,發揮學生的作用實施監控,讓學生之間互相監督即同伴監控是非常有意義的。如果所有的監控數據都需要人工完成,工作量無疑是巨大的,也無法體現信息技術的先進性,為了減輕人工監控的負擔和壓力,系統監控的作用就很大了。
3. 注重建立反饋機制
反饋就是把學習監控的結果告訴學生。實施學習監控的目的,就是為了把獲得的學生學習情況以某種形式告訴學生即反饋給學生,從而使學生及時了解自己的學習情況,并對自己的學習步驟、進度和方法等進行及時調整。反饋要做到及時、多樣和全面。
反饋要及時,反饋推遲得越久,效果就越不明顯;反饋要多樣,即反饋的內容和形式要多樣,使學生可以根據自己的需求和興趣獲取不同內容和形式的反饋信息;反饋要全面,即反饋的內容應該包括所有的監控數據。給學生的反饋應該盡量積極、正面。
4. 注重建立激勵和督促機制
在傳統課堂教學中,學生可以在平時的學習過程中接受來自教師或同學的贊揚、認同或批評、督促,可以知道自己在班級中表現的優劣。在網絡教學中要把這種無形卻很有力量的監控延續下去,就需要建立激勵和督促機制。
激勵作為一種有效的調控手段,其目的在于讓學生及時了解其在網絡學習中表現的好壞。通常,在網絡學習中,學生很難知道其他同學的學習進度或學習成績等情況。如果把優秀學生的學習情況適當公開,可以對優秀學生起到表揚、激勵的作用,對暫時落后的學生起到督促、提醒的作用。在網絡自主學習中,學生很容易偏離正常的學習軌道,必要的督促不可缺少,應及時指出學生不符合學習要求的每一次行為。
三、網絡學習監控的實施方法
在網絡選修課的開展過程中,可以從網絡教學管理制度和網絡教學平臺建設兩個方面著手實施網絡學習監控。在制度方面,學校制定的網絡教學管理制度應該根據學習監控的基本策略,設計和開展教學交互活動,規定教師的工作職責;在平臺建設方面,網絡教學平臺應該具備學習監控的功能。
1. 教學交互活動的設計
交互是網絡教學的最大特點,教學交互活動的設計對于網絡學習監控至關重要。綜合不同的交互對象,網絡教學交互活動一般包含以下幾個方面:
(1)答疑
學生在學習過程中遇到問題發帖提問,往往希望立刻得到答復,所以答疑需要保證一定的實時性。在制定網絡教學管理制度時,可以規定每門課程的固定答疑時間,比如規定教師在每周固定時間內,在答疑版塊進行實時答疑,及時回答學生通過網絡提出的問題。除實時答疑外,也要有非實時答疑。非實時答疑可以有一定的滯后性,但要規定最晚回答時間。
(2)論壇
在論壇上,教師與學生、學生與學生可以就某些問題進行交流和探討。為避免學生發帖內容與課程內容毫無關系,可以建議教師牽頭發帖,布置案例或討論的主題,引導學生圍繞這個案例或主題展開討論。對于學生發表的帖子,教師應經常予以關注,必要的時候加以指導和提示。
(3)作業
作業不僅是教師檢查學生學習情況的手段,也是學習監控的反饋形式。對于客觀題比較多的課程,建議采用題庫的形式,由系統對學生作業進行自動評分。在制定網絡教學管理制度時,應該明確規定教師每周需要布置的作業次數,每學期手工批改作業的次數和作業批改時限等。此外,教師布置的作業應有適當的難度,并適合網上提交。
(4)在線測試
在線測試包括單元測試和綜合測試。單元測試通常放在每節或者每章后面,主要考察學生對某個或某幾個知識點的掌握情況。教師在進行課程設計時,可在每個學習單元后設計相應的測試題,學生學習完一個學習單元后通過單元測試來檢查學習效果。綜合測試通常放在課程學習階段性結束或者結束時,目的在于考核學生的最終成績。可以要求教師設計一定數量的模擬試卷,方便學生自我考察。
(5)小組協作學習
小組組長可以發起討論的主題,由小組成員跟帖討論,然后由小組組長匯集所有帖子,形成討論報告遞交老師。在此過程中,為了達到小組學習目標,學生之間必然進行討論和交流,所以小組協作學習是一種比較有效的同伴監控形式。
2. 教師工作職責的明確
教師是網絡學習監控的關鍵角色,對教師的工作職責應予以明確規定。教師的工作職責可包括:
(1)組織開展網上交互活動
教師應對交互活動的開展進行有效組織和積極引導。交互活動如果沒有教師的參與,可能流于形式或內容空洞。為了提高教師網上教學的積極性,對教師開展網上交互活動的工作量應該進行量化,明確規定工作量的計算方式。
(2)組織面授輔導
網絡自主學習與面授教學并不排斥,根據選修課的特點,可以要求教師在學期開始和學期結束時各安排一次面授輔導。第一次輔導的主要作用是“導學”,幫助學生了解本課程的學習方法、學習要求、考核辦法等。第二次輔導的主要作用是“考前答疑”,對考試的相關事項進行解釋說明。
(3)激勵和督促學生
對學生進行激勵和督促是教師的一項重要職責,教師適時給予學生響應、解答、鼓勵甚至提醒,會提高學生的學習動機和學習樂趣。在網上教學的整個過程中,教師對學生應該積極引導,對學生取得的進步予以肯定,對學生存在的問題予以糾正。
3. 學習監控系統的功能模塊設計
學習監控系統的功能模塊可分為學習時間監控模塊、學習進度監控模塊、學習交互監控模塊和學習反饋模塊。
(1)學習時間監控模塊
學習時間監控模塊的主要功能是統計學生的網上學習時間,包括登錄次數、在線學習時間等。登錄次數統計包括登錄總數,某個時間段的登錄次數,登錄的時間分布表等。網絡選修課要求學生注重平時學習,所以系統最好能夠統計出某個時間段的登錄次數或者學生登錄的時間分布表。在線學習時間是記錄學生登錄系統選擇學習內容后,從開始學習到退出該內容學習的時間。在線學習時間應該有一定的長度,低于某個時間長度可以認為該次學習無效。學習時間監控可以幫助教師了解學生的學習興趣、學習態度和學習習慣,為建設網絡課程提供參考依據,為教學互動活動安排提供時間參考。
(2)學習進度監控模塊
學習進度監控就是以教學設計的模塊或學時為單位來監控學生學習過程。在課堂教學中,學習進度通常由教師掌握;在網絡自主學習中,學習進度應該由學生自己控制。但是在學生自主學習能力較為欠缺的情況下,學習進度監控模塊可以幫助學生有效控制學習進度。不同的課程應該有不同的學習進度監控策略。有些課程要求學生學習時必須按照課程的知識體系循序漸進地安排學習內容,這樣的課程在學習進度控制上可以設置成學生必須滿足學習時間的要求并通過單元測試才能進入下一個單元的學習。有些課程可以允許學生自由選擇學習順序,這樣的課程通常可以在每個學習單元后設置一個單元測試,學生只有測試通過后才能離開該單元的學習。此外,學習進度監控模塊應該提供教師查詢某個學生學習進度的功能。
(3)學習交互監控模塊
學習交互監控模塊主要針對不同的交互活動進行數據統計。在答疑、論壇方面,統計的數據可以包括每個學生的發帖次數、每帖字數、瀏覽問題的次數以及提供解決方案的次數等,最好具備成績換算功能,即按照教師預先定義的換算原則,比如一條帖子算一分,把相關數據轉換成分數。另外,系統最好有自動過濾灌水帖的功能。在作業和測試方面,記錄的具體信息可以包括作業、測試的成績和時間等。最后,系統應能把學生參與討論、答疑、作業、測試等的成績作加權統計,計算出平時成績。
(4)學習反饋模塊
學習反饋模塊要把學習監控結果以某種形式告訴學生,使學生及時了解自己的學習情況,隨時調整學習進度或改變學習方法,達到提高學習質量的目的。此外,學習反饋模塊還應具有激勵和督促的功能。系統可以開放一些信息,比如,學生之間可以互相察看所選課程和作業,或根據學生的學習情況建立排行榜,為保證學生的隱私,排行榜可以設置成只顯示前幾名學生的情況,每位學生只可查看自己的排名等。學生的學習情況,可以以通知的形式定期提醒學生,如,“你的學習進度太慢了,本月你所花時間為XXX。請加快進度!”“離最后作業提交期限還有xx天”“你有XX天沒有參加討論了”,等等。
四、網絡學習監控實施的關鍵問題
1. 如何發揮教師在網絡學習監控中的作用
目前,在網絡自主學習過程中,教師作為重要的監控力量,并沒有發揮其應有的作用。究其原因,教師監控的工作量是巨大的,且這些工作量往往是隱性的,并不被學校所承認,導致很多教師不愿意去實施網絡學習監控。解決的途徑有以下幾點:
第一,學校在制定的網絡教學管理制度中,應該明確規定教師進行網絡學習監控的工作量、計算和考核方法,以及經費報酬等事項。
第二,提高學習監控系統功能模塊的智能化,使之部分代替教師在網絡學習監控中的任務。
第三,把教師的部分學習監控任務交給助教。在有研究生的本科院校,可以挑選研究生來完成這個任務;在沒有研究生的本科院校,可以把一部分工作交給高年級學生或者成績優秀的學生來完成。當然,為了保證質量,教師需要做好定期檢查和考核助教的工作。