计算机网络实验的多层级探究式学习模式研究

引言

探究式学习是在发现式学习和有意义学习的基础上提出的一种以学生自主探究为主的学习方式，是指学生围绕一定的问题、文本或材料，在教师的帮助或支持下，自主建构答案、意义、理解或信息的活动过程。探究式学习能促进学生思维能力的发展，使学生在学习过程中能探索性地发现问题，有效地获得知识与技能，并培养分析问题、解决问题的能力。探究式学习的核心目标是改变学生的学习方式，使学生在情感、态度和价值观等方面得到发展，强调对学生探索精神和创新能力的培养，可以构建教师和学生通力合作的互动式学习模式。基于探究式学习的课堂教学方式是以建构主义的知识观、学习观为理论基础的，韦钰在大量实践与总结的基础上提出了基于儿童科学教学的六步实施法。目前探究式教学己在中小学教学中有较普遍的应用，由于教学是以促进学习的方式影响学习者的一系列行为，探究式学习在高等教育中对培养学生的学习能力、实践能力、创新能力有显著的意义。本文根据工程技术领域知识建构、技术积累和能力培养的一般规律，提出一种以实验教学和项目式教学为主导的多层级探究式学习模式，并在《计算机网络》课程中进行了实践，取得了较好的教学效果。

1高等教育探究式学习模式分析

首先，以高等工程教育为例，探究式学习有利于培养大学生的科学精神、专业能力和工程素养，可以针对具体的专业和领域、不同的教学对象和教学目标进行相应的调整和设计，比如:陈苏豫、李科等人尝试了基于探究性学习教学法在计算机组成原理课程中的应用，付向东等人探索了探究式学习在VB. NET程序设计教学中的应用。由于实践环节是公共知识向个人知识转化的有效途径，因此本文提出以实验和项目的方式进行探究式学习，对以工程实践能力培养为主的高等工程教育来说是有效的一种探究式学习方式。

另一方面，为了对探究式学习的效果和程度进行评估，Heather Ban chi和Randy Bell提出了4种不同层次的探究式学习:证明性探究、结构性探究、引导式探究和开放式探究。这种对不同层次探究的定义描述，从第1层逐步过渡到第4层的探究，学生参与的成分越来越大、学生学习的自主性也逐渐增强。渐进式的探究学习比较符合工程技术领域知识建构、技术积累和ป能力培养的一般规律，可以指导高等工程教育探究式学习模式的构建。

2《计算机网络》课程探究式学习模式设计

《计算机网络》课程作为高等院校信息技术类专业的一门重要专业基础课，传授互联网络的组网原ล理、网络信息的传输技术、网络应用的工程问题等内容，培养网络计算思维和网络工程能力。课程内容一般以协议原理为主并兼顾组网应用，并培养一定的网络应用开发能力，因此该课程的实用性、实践性和应用性很强。与大部分工程技术类的课程类似，从学生专业技术能力和工程素养的培养出《计算机网络》课程的教学目标可以归纳为3个学习层级。其中，第1个学习层级为功能操作层级，让学生认知主流的网♚络产品与服务、掌握常用的网络设备与软件，属于基础学习;第2个学习层级为技术探索层级，让学生掌握主要的网络功能与特性、探索重要的协议特征与机制，属于提高学习;第3个学习层级为原理研究层级，让学生分析核心的网络原理与算法、研究典型的网络协议与服务，研究其实现方法，属于深度学习。这3个学习层级针对研究生、本科生和专科生，或者信息技术和其他工程技术类的学生，应该有不同的要求，可以区别对待。

但基于传统单向灌输知识的学习模式，从本质上无法实现3个层次的有效学习，事实上这3个层级的学习与Randy Bell探究式级别分层可以相对应，以实现分层级的探究式学习。 基于《计算机网络》课程的实用性和实践性强的特点，本文以信息技术类本科专业学生为教学对象，确立其多层级探究式学习的核心思想为让学生用自己动手实验探究的方法进行学习和应用，即课程学习的目标在授之与鱼的同时还要授之与渔，通过积极引入实验的方法、培养实践的精神，努力锻炼学生用实验的方法动手研究和解决问题的能力。

3多层级探究式学习实施案例

本文中《计算机网络》课程教学采用James F. Kurose和Keith W. Ross所著的《Computer Networking Top}own Approach Featuring the Internet》一书作为教材，采用自顶向下的结构学习计算机网络的层次协议，以Internet及其应用为背景开展多层级探究式学习，采用问题导向、项目驱动的方式，将教师讲授、课程实验、团队学习和自主学习相结合，通过教师的引导充分发挥学生在教学中的主动地位和积极作用。

3.1第1层级功能操作学习

第1层级的功能操作学习解决有什么样的网络服务和网络设备可供使用?，只要提供一定的实验环境条件并设计相应的问题情景，对信息技术类专业的本科学生来说相对比较容易。主要采用基于实验与理论结合的探究方式，一方面让学生部署WEB服务器、Email服务器、FTP服务器等软件以构建网络服务，一方面让学生自己动手进行基本的路由器和交换机配置实现网络组网，让学生了解主流网络产品与服务、掌握常用网络设备与软件。该层级的重点在于提供真实网络的功能体验，锻炼学生动手实践的能力。

3. 2第2层级技术探索学习

第2层级的技术探究学习解决网络协议、服务和设备具体特征是怎么样的?，该层级的探究学习设计对信息技术类本科学生的能力培养较为关键。通过将课堂搬到实验∞室，打破讲台、课桌、实验台的界限，深入浅出、精讲多练，通过协议分析的探究实验进行理论和实验融合教学，加强实验方法和实验精神的培养，让学生掌握主要的网络功能与特性、探索重要的协议特征与机制，分别设计应用层、传输层、网络层和链路层的实验探究点，着重进行网络层次协议的分析，让学生能够真正理解网络协议、真真切切的感知数据传输，进而为网络协议的研究和网络应用的开发奠定基础。

在该层级还设计了单元级的团队探究学习，通过设立探索性的问题情景，提出挑战问题或让学生自己提出问题，以36人的学生团队为单位开展技术调研、文献阅读和实验分析等活动，每个团队学习项目历时1周左右，然后进行分团队的成果汇报和学生互评、教师点评。

3. 3第3层级原理研究学习

第3层级原理研究层级解决协议和服务为什么要这么设计以及如何实现?需要对所学知识和技术进行综合性、创新性应用，可以作为部分能力较强的本科生的拓展性深度学习。 通过结合创新性开放实验的方式，组织学有余力的学生选择一个该层级的综合性项目进行团队探究学习，项目一般历时1个月左右。项目的一种方式是研究QQ、迅雷、在线音乐等学生熟悉的网络应用进行协议分析，另一种可选的方式是让学生是用JAVA或C++编程语言以开发多线程WEB服务器为例进行Socket网络应用开发。每个项目均由学生自行组队，自行提出研究选题和项目目标、工作计划，并收集资料、组织实施、分析测试和汇报验收，可以有效地锻炼学生对核心网络原理与算法的分析与实现能力、典型网络协议与服务的设计与开发能力。

自2009年起，在宁波大学信息科学与工程学院选取了3个本科专业，在近5年中对16个班级中实施了本文所述的课程改革，取得了良好的效果。

❣4结束语

本文的工作初步验证了基于实验为主的多层级探究式学习模式，《计算机网络》课程的改革实现了由教师教为中心向学生学为中心的转变，教师在课程教学中不再是单纯的知识和技术的传授者，更是课堂研讨或实验探究的组织者、学习过程的引导者、个性化学习的辅导者，最终促成学生有效的学习，并在帮助学生学习的过程中帮助学生建立学习的能力，在教学上具有一定的推广应用价值。