以计算思维为导向的课堂教学设计初探

大连

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摘要：通过对课堂教学设计应遵循的原则和相关内容的介绍，以计算思维为导向，提出在进行课堂教学设计时要注意解

决的几个问题：分析课堂教学设计的重要性，以高校精英教育为主要目的，学生的素质教育为终极目标；注重以学生为主的教学目标设计；注重多元化课堂教学系统设计；注意利用各种教学条件、教学资源，进行和谐的教学情景设计；以师生互动来活跃课堂教学效果教学设计；改革高校课程考核方式的教学设计。

关键词：计算思维；精英教育；课堂教学设计中图分类号：G642.41 文献标志码：A文章编号：1674-9324（2013）48-0161-03

课堂教学设计在高校教学中非常重要，主要是通过分

算思维能力的核心要素，即计算环境、问题求解、学习实践。

析教学问题、确定教学目标，建立教学问题的解决方案、试如何明确地将计算思维融入到教学过程中，以提高学生运行解决方案、评价试行结果和对方案进行修改的过程。它以用计算机知识对问题进行抽象、形式化描述的能力和进行优化教学效果为目的，侧重于问题求解中方案的寻求和决

问题求解的能力，对新形势下高校计算机基础教学改革是策过程，是一种以系统方法为基础的“问题———

解决”式的一个必须面对和挑战的课题。教育部高等学校计算机基础操作方法。因此，课堂教学设计是教师为达到教学目标而对课程教学指导委员会的陈国良院士，对在大学计算机基础课堂教学过程与行为所进行的系统规划，主要解决“教什课程中实施计算思维，给出了教学方法的原则建议：以计算么”和“怎么教”两个问题。课堂教学是高等院校教学过程中学科基本问题为导向，以经典案例为基础，通过实验了解和最日常性的工作，提高教学质量是一个永恒的话题。通常，应用编程的基本原理，通过习题课强化学科基础概念的理大多数教师通过多年课堂教学实践活动，本应该使教学能解，着力提高学生的计算思维能力。学习计算机基础课程，力得到增强，授课水平得到大幅跃升。实际上并非如此，有不仅要使大学生了解什么是计算机，计算机能够做什么、如相当一部分教员都没有实现真正意义上的教学质量提升，何做，还要知道计算机学科领域解决问题的基本思维方法。而是忙于日常的课堂教学，缺乏对教学的研究，仅仅进行简因此，计算机基础教学是培养大学生计算思维能力的重要单的课堂教学重复。最直接的就是缺乏课堂教学设计，满足过程，不仅要培养大学生对计算环境的认识，还要培养大学于习惯做法，撰写教案、讲稿。往往没有系统整体地考虑过生掌握计算环境下的问题求解方法，更要具备终身自主学如何实施整体课程教学、优化课程教学。课堂教学设计是教习实践的能力，展现计算机学科独有的思维方式，为未来具学过程的重要环节之一。课堂教学设计环节是教师授课能有创造性地解决专业领域问题夯实基础。

力的主要体现，也是教师表现自身教学风格和特色的重要二、课堂教学境界分析

手段。实施课堂教学设计时，要对教学目的、教学方法、教学实际上，现代教学理论中所阐述的一般性教学规律与模式、授课过程中教与学的活动、以及教学手段与媒体的最原则，理论上都可以用来指导教师的课堂教学设计。笔者认优化选择等做出全面构思和合理安排，才能达到提高教学为关于教学的境界可以分为三个层次。

质量的目标。教学过程需要科学化，这是对高等院校老师授1.第一层境界。主要以知识记忆为重要目标，课堂教学课的要求。只有对课堂教学进行研究和改进，才能提高教学设计围绕让学生对专业应该掌握的知识以记忆为主的基本质量，才能使学生花费最少的时间、精力，获得最多的收获。能力。重点看基本事实、方法的记忆水平，目的是让学生获因此，强调教师培养和提高自身的课堂教学设计能力，对高得尽可能多的知识量以及尽可能高的掌握的准确性。

校教师来说非常重要，也是提高教学质量的途径之一。

2.第二层境界。主要以理解为主要目的。课堂教学设计一、计算思维

的是以理解为主的基本能力，让学生能够运用所学知识，比2006年3月，美国的卡内基·梅隆大学周以真（Jeannette较正确、敏捷、灵活、顺利地解决常规性、通用性问题，甚至M.Wing）教授，在计算机期刊《CommunicationsoftheACM》首能够解决比较难的综合性问题。

次提出了计算思维（ComputationalThinking）的定义，即计算3.第三层境界。主要以探究为主要目的。不追求唯一答思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设案，培养以更深层次的探究和评判为主的基本能力，引导对计，以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列解决问题的过程进行反思，即检验所授知识理论的正确性、思维活动。典型的计算思维包括一系列广泛的计算机科学合理性及其优、缺点。培养学生思维的批判性、深刻性、全面的思维方法，如递归、抽象和分解、保护、冗余、容错、纠错和性、独创性等。

恢复、预置、存储、并行、循环、死锁、推理，利用启发式推理三、课堂教学设计的主要根据及内容来寻求解答，在不确定情况下的规划、学习和调度等。因此，1.教学设计的根据。教学大纲或课程标准规定是课堂教无论由人或者由机器执行，计算思维都是建立在计算过程学设计的主要根据，由此决定了要学生的学习内容和学习的能力和限制之上。通过计算思维的广义定义，可以看出计成果。学习目标是课堂教学设计的出发点，对课堂教学的顺算思维的本质（Essence）是抽象（Abstraction）和自动化（Au-畅运行具有主导与控制作用。教学目标定位从教学内容来tomation）。其目的是培养学生像具有阅读、写作和算术技能看主要有三方面，即基础知识，基本理论和基本技能。比如，一样拥有计算思维技能，养成习惯，能自觉地应用于日常的在信息安全教学中，教学内容主要是围绕信息在存储、处学习、生活与未来的工作中。教育部高校计算机基础课程教理、传输、显示等过程中保证其“保密性、完整性、可使用性、学指导委员会对大学计算机基础教学提出了四个方面的能可控性和可靠性”，本课程的所有基础知识、基本理论和基力培养目标：一是对计算机的认知能力；二是应用计算机解本技能都是围绕这个目标内容来设计和实施的。此外，从素决问题的能力；三是基于网络的学习能力；四是依托信息技质教育的方向努力，也要重视非学科知识的目标，如态度方术的共处能力。这四个方面能力的培养，正好说明了培养计法、社会生活、职业规划等的目标设计。这些非专业学科知

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.com.cn. All Rights Reserved.2013年11月教育教学论坛Nov.2013第48期EDUCATIONTEACHINGFORUMNO.48识目标实际上是可以融合在专业知识目标中进行教育的。学生问。通过把教学活动过程进行全面合理的设计，就可以

比如，可以论述一些关于专业的社会需求，就业的前景，对让师生最大程度地共同参与，就有可能实现教学过程的科国家、社会的重要性等。实现从传统的应试教育向素质教育学化和最优化，达到最佳的教学效果。设计好师生互动环的转变。

节，要给予学生发问的机会和时间。首先要明确师生的互2.课堂授课结构设计。课堂授课结构设计是对授课过程动，明确哪些互动是以教师为主的，哪些互动是以学生为主的谋篇布局，是用整体的眼光对一次授课的知识点、时间、的，互动的目的是什么。要有合理的时空分配，做到重点突师生交互活动等环节进行整体规划。系统论说明了系统结出、抓住关键。要合理安排各教学环节的时间顺序与各环节构决定系统功能。课堂教学设计强调的是整体架构。通过建的过渡与衔接，以形成相对科学的教学流程。学习国外的启立整体架构，形成有层次、有逻辑、有互动的课堂教学结构。发式教学时，应提出问题引导学生去积极、有效地思考和讨课堂结构就像是修建楼宇、桥梁的钢骨架构，教学内容就像论，鼓励学生积极回答。做好启发式教学，事先必须做好精填充材料，构造出一个美轮美奂的建筑。

心、精巧的设计，充分准备提问的问题，注意克服课堂提问、授课教学的结构布局中，最先要考虑的是教学内容的讨论等课堂活动的随意性、盲目性，重点要放在培养学生的结构。对教学内容的阐述要求简洁流畅、层次清晰、略详适思维能力上。最后，要指导学生做课堂笔记，特别是对课堂当、前后贯穿。其次要考虑时空的结构。有研究表明，学生在笔记的整理，培养学生经常复习的习惯。

课堂听课的注意力呈马鞍型注意力分布规律。也就是说，最5.考核方法的多样化。高校要与国际接轨，考核机制也开始听教师上课注意力相对比较集中，中间阶段时出现分应该对传统的期末考试决定一切有所改变。参照美国高校心状态，最后注意力又开始回归，类似于U字形。有教师进行灵活的考核机制，高校的考核也可以多样化，如考核的次数了总结，最初讲授的内容记忆深刻，最后讲授的内容记忆次可以为多次；可以把笔试、口试、课堂提问、参与讨论、随堂之，中间讲授的内容记忆最差。究其原因是，对中间内容来测验等相结合作为参考；考核的内容以知识和记忆为主，以说，前面内容对后面内容有干扰作用，后面内容对前面部分考核学生的应用能力、思维和创新能力等为辅；布置适合的也会有一定的干扰作用。因此教师应在课堂教学设计中选课后作业，好的作业能极大的提升教学效果和学生的能力。好“黄金时段”，使授课过程张弛有度，节奏合理，教学内容在考核中，应提高随堂测验和课后作业在总成绩中的比重，与学习兴趣有机结合。

可以占40％或者比例更高；提倡使用课程综合报告的形式3.教学媒体资源整合。传统的课堂教学媒体主要有：教作为课程的考核成绩的一部分。这样，才能让学生的学习由材、挂图、黑板、模型教具等。伴随着信息化社会的发展，现被动学习变为主动学习，确保学生在学习基础知识的同时，代技术教学手段的普及，在大学的专业教学中普遍使用PPT培养和提高其各方面的能力。目前，有很多高校的目标是实作为教学手段，它有着信息量大、效率高、节省写字画图时施精英教育，在教学过程中的课堂教学设计，就应树立以学间等优点。同时，投影仪、录像、录音、动画等教学媒体的使生为主的教学理念，培养学生基本素质为目标，使学生在接用越来越普遍。所以，依据教学内容使用合适的教学媒体，受大学教育教学的过程中，综合素质得到不断的提升。我国是课堂教学设计中的主要内容之一，教师可以恰当利用这高校应该根据自身的实际情况，借鉴当今国外高校所实施些学习资源作为信息中介实现教学目标。教学资源整合就的课堂教学策略的同时，须运用适当的评价、监督机制来保是选用适当的教学手段和媒体资源，使得所设计的课堂教障科学化的教学的实施过程。

学内容能够有效地实施。教学媒体资源整合主要涉及三个既然计算思维与人们的日常科学活动如此密切相关，方面：一方面是传统的文本纸介资源，包括教材、参考书、报理所当然地应当成为人类生活与工作中不可或缺的一种生刊、杂志等；第二个方面是现代的媒体资源，包括网络、光存能力。计算思维无处不在，当其真正融入人类活动的整体盘、影像、实物展示等；第三个方面是自然和社会资源，也就时，它作为一个问题解决的有效工具，人人都应掌握，处处是社会生活中的相关素材和自然现象等。首先，教材是课程都会被使用。自然，它应当有效地融入我们每一堂课之中。标准的有形体现，对教师和学生来说都是重要的教与学的计算思维能力的培养，首先需要的是观念的转变。这是一个依据。教材中涉及大量的基本知识和基本理论，现存的很多较为长期的，需要我们不断探索与实践的过程。“以学生为教学案例素材、实验操作展示、精辟的理论论断、深刻的学本”的教育观念体现了社会发展的新要求，体现基础教育性科思想方法，对教学都有着非常重要的启示和帮助。教师应质的变化，是教学设计的根本指导思想。“授之以鱼，不如授该根据教学实际目标对教材内容进行适度的增添、删减、顺之以渔”。高校教学的主要目的不仅仅是让学生学到知识或序调整和知识拓展。其次，利用现代化教学手段，通过以计理论，而更是要让学生有兴趣地、主动地去探索知识的形成算机技术制作多媒体教学资源，辅助课堂教学，效果会事半过程。因此，课堂教学设计就是要尽可能全面地向学生展示功倍。最后，在课堂教学中多用生活中的实例证明理论的正知识的形成过程和理论依据。只有如此，掌握知识理论、提确性，帮助学生感性理解，对教学会有促进作用。总之，这三高学习能力、培养学生学习主动性，才能真正地落到实处。个方面有机地融合，会取得很好地教学效果。

“教育千古事，得失寸心知。”所谓课堂教学设计的目的，就4.注意课堂教学过程的多样化。根据学生接受知识的情是要实现以学生为本，做到贴近学生学习的实际，把教学真况，随时对课堂教学形式进行动态调整，从而实现教学大纲正作为一门科学、一门艺术来看待。“科学求真、艺术求美”，中的课堂教学目标。教师讲授课程时，课堂教学过程的多样大学计算机基础课堂教学设计的最终目的是把知识的科学化是非常重要的，比如恰当运用实例、图表、比喻、幽默等。性与教学的艺术性做到有机地融合，实现二者完美统一的教师应做到条理清晰、简明规范、形象生动、富有激情，设法最高境界。提高课堂教学的有效性，是教师永远追求的目活跃课堂气氛，特别是充分灵活利用肢体语言。另外，要运标。

用学科语言培养学生科学素养。提前设计课堂提问、讨论等参考文献：

加强课堂师生的沟通、交流互动；严谨、科学的课堂提问、讨[1]毕义明.加强课程教学设计，促进教学质量提升[J].实验技术与论等活动，可以诱发学生的学习兴趣，使学生更加积极、专管理，2010，27（12）：24-26.注地思考，趋于良性的学习状态。反之，学生则满头雾水、无[2]王甲海，印鉴.人工智能教学与计算思维培养[J].计算机教育，所适从，茫然不知所措。课堂提问，可以是教师问，也可以让

2010，（19）：68-70.

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.com.cn. All Rights Reserved.2013年11月教育教学论坛Nov.2013第48期EDUCATIONTEACHINGFORUMNO.48本科生《网络防御技术》课程的实验设计方案初探徐慧，邵雄凯，叶志伟，江南（湖北工业大学计算机学院，湖北

武汉

430068）

摘要：本文针对我校《网络防御技术》课程的实践环节，分析其具体实施中存在的主要问题，阐述本科生《网络防御技术》

课程在实践方面的主要培养目标———统一网络安全管理能力，并提出项目驱动式实验设计方案，一定程度上为本科生进行网络安全类实验亟需的数据来源与安全规则库提供有力的保障。

关键词：《网络防御技术》课程；实验设计；统一网络安全管理能力；项目驱动式方案中图分类号：G642.41文献标志码：A文章编号：1674-9324（2013）48-0163-02

《网络防御技术》课程是网络管理与安全方向重要的专

一网络安全管理能力为目标，提出项目驱动式设计方案。

业课程。在本课程的教学过程中，特别是实践环节，我们发三、项目驱动式实验设计方案现了最初课程建设过程中考虑不完善的一些地方，如何根鉴于我校是一所地方工科院校，我们在设计《网络防御据我校的实际情况优化本课程的实验设计已经成为一个迫技术》课程实验时，特别强调本科生在解决网络安全隐患与切需要解决的问题。本文围绕我校《网络防御技术》课程的威胁方面的实践能力，以培养网络安全方向的专业人才，因实验设计方案展开探讨。

此，我们注重科研项目对课程实践环节的支持。面向培养学一、课程目标生统一网络安全管理能力这一目标，我们提出项目驱动式目前，各类网络安全产品得到广泛的应用，并能够在特实验设计方案。依赖于科研项目的驱动，在设计《网络防定方面发挥一定的作用，但这些产品一般功能分散，彼此之御技术》课程实验时，一定程度上为本科生进行网络安全间仍缺乏有效的协同管理机制，无法满足网络安全管理员类实验亟需的数据来源与安全规则库提供有力的保障。以最直接的需求，即统一网络安全管理。《网络防御技术》课程分布式拒绝服务（DistributedDenialofService，DDoS）攻击为的设置旨在帮助学生全面掌握网络攻击的手段和方法以及例，我们使用麻省理工学院林肯实验室（MITLincolnLabora-网络防御的基本原理，解决统一网络安全管理中的实际问tory）的2000DARPAIntrusionDetectionScenarioSpecificDa-题。具体而言，本课程侧重理论和技术分析，首先详细地介taSets[4]，这些数据集模拟的一种DDOS攻击可以分为以下五绍现有的主要攻击手段和方法，主要包括信息收集、漏洞扫个步骤：步骤1：攻击者从一个远程站点通过IPsweep攻击描、口令攻击、缓冲区溢出攻击、恶意代码、Web应用程序攻AFB；步骤2：攻击者通过探测实时IP以查找运行在Solaris主击、嗅探、假消息攻击、拒绝服务攻击等多种攻击技术，并给机上的sadminddaemon；步骤3：攻击者利用sadmind漏洞入侵出一定的实例分析，进而以此为基础，对网络防御中常用的这些主机；步骤4：攻击者在AFB的三台主机上安装trojan技术和方法进行系统的分析，主要包括密码技术、身份认证mstreamDDOS软件；步骤5：攻击者实施DDOS攻击。通过重技术、访问控制机制、防火墙技术、入侵检测技术、虚拟专用

放这些数据集，为开展以培养学生统一网络安全管理能力网（VirtualPrivateNetwork，VPN）、蜜罐技术等[1，2]

。

为目标的《网络防御技术》课程实验提供模拟的攻击数据与二、以培养学生统一网络安全管理能力为目标的课程相应的安全规则库作为其重要支撑。更进一步，在具体实施实验

《网络防御技术》课程实验时，我们特别强调实验过程的规我们认为，本科生《网络防御技术》课程在实践方面的范化管理，并在实验报告中有相应的体现，加强实验报告的主要培养目标在于统一网络安全管理能力。基于我校大型精简性和灵活性。

仪器共享平台，通过使用大型仪器设备预约服务，利用已有1.实验的准备阶段。指导学生做好《网络防御技术》课程的网络安全实验设备，同时结合实验指导书，帮助学生从攻实验规划，完成实验报告的第一部分，具体项目由学生自主与防两个角度综合理解和掌握网络安全技术[3]。《网络防御选择简要说明，主要包括实验目的、实验原理、实验内容、实技术》课程的实践环节在设计实验时，应帮助学生掌握各种验环境、实验设计等报告项目。

网络安全防御策略基本原理，进而引导学生从统一网络安2.实验的实施阶段。指导学生按照实验规划开展《网络全管理的角度加深对网络攻击的手段和方法以及网络防御防御技术》课程实验，记录详细过程和重要的实验结果。一的基本原理的认识，培养学生统一网络安全管理的实践能方面，若遇到问题，鼓励学生首先考虑自己思考解决方案，力。为了培养学生的统一网络安全管理能力，《网络防御技并将遇到的问题与解决方案记录下来。另一方面，如在实验术》课程的实验设计首先应帮助学生掌握常用网络安全防过程中，对原有规划有所改进，还需要学生对改进方案的设御策略的基本原理，主要包括以下实验内容：密码技术；身计与实施做好记录。最终，由学生依据实验过程和实验结果份认证技术；访问控制机制；Linux操作系统中的包过滤防火完成实验报告的第二部分。

墙iptables；开源入侵检测系统Snort；虚拟专用网VPN；蜜罐技3.实验的小结阶段。这一阶段是在实验设计中比较容易术；反病毒软件与云查杀；网络安全审计；信息安全风险评忽略的。对于《网络防御技术》课程实验而言，实验过程具有估。我们设计《网络防御技术》课程实验时，在学生掌握各种一定的开放性与创新性，希望学生能对实验结果展开分析，常用网络安全防御策略基本原理的基础上，以培养学生统

并记录自己对所做实验的心得体会，完成实验报告的第三[3]陈国良，董荣胜.计算思维与大学计算机基础教育[J].中国大学作者简介：赵铭伟（1972-），女，吉林人，高级工程师，工教学，2011，（1）；7-11.学博士学位，主要从事计算机基础教学研究；朱鸣华[4]朱鸣华，赵铭伟，赵晶，林鸿飞.计算机基础教学中计算思维能（1956-），女，陕西人，教授，工学学士学位，主要从事计算机力培养的探讨[J].中国大学教学，2012，（3）：33-35.

[5]陶季邑.美国高校保证本科课程教学质量的方法及其启示[J].青基础教学研究；杨微（1955-），女，辽宁省，副教授，主要从事海师专学报（教育科学），2008，（1）：19-21.

计算机基础教学研究。

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