拓展的問題驅動式教學及其在計算機網絡課程中的應用

俞 璐，武欣嶸，朱 磊，喬廬峰

（陸軍工程大學 通信工程學院，江蘇 南京 210007）

0 引言

問題驅動式教學作為一種經典和成熟的教學方法，具有可操作性強、有效性高的特點，廣泛應用于多層次、多類別的課程教學實踐中。問題驅動式教學中，問題設計與提出是由教師完成的。我們在計算機網絡課程多年的教學實踐中發現，如果學生進行一定的課前預習，針對某些特定教學內容是能夠提出有效問題的。為了提高學生的參與程度，我們提出了拓展的問題驅動式教學方法，并在教學過程中加以實踐。

1 問題驅動式教學

問題驅動式教學[1-2]是一種以問題為驅動，將提出問題、分析問題、解決問題作為主要內容和手段的教學法。問題驅動以“問題”為載體，通過一系列的“問題鏈”來驅動學生自主學習、合作研究，學生在解決問題的過程中得到進步，實現師生互動，學生綜合素質得到提高。

問題驅動式包括以下3個主要環節：①教師提出問題環節。該環節是成功實施問題驅動教學法的基礎，要求教師在對課程內容和學生情況足夠了解的基礎上，提出具有啟發性的科學問題供學生思考和討論。②學生分析和解決問題環節。該環節以學生的活動為主，教師適時給予調控和引導。③總結問題環節。主要對學生提出的解決問題的方法和思路進行比較和總結。

在問題驅動式教學中，最關鍵的一環就是教師提出問題。科學合理、有針對性的問題是教學實施獲得成功的基礎。教師設計的問題要有明確的針對性，緊緊圍繞教學目標；問題要有清晰的層次性，由淺入深，由易到難；問題還要面向全體學生，做到人人能參與、個個有收獲。

2 拓展的問題驅動式教學

2.1 拓展的問題驅動式的特點

拓展的問題驅動式最大的特點在于學生參與問題設計這一關鍵環節，通過預習提出問題，課前提交給教師，經教師精選和補充設計，用于課堂討論。

學生提出的問題可以是預習過程中自己不理解、希望得到教師解答的；可以是預習過程中發現某種技術存在不足，卻不知道如何改進的；或者是自己有了些初步想法但是不能確定，需要和同學們討論的；也可以自己思考過后已經找到答案，希望和同學們分享思考過程的。當然，這些問題不一定都適合在課堂上作為問題驅動式教學中的問題，因此需要教師的精心篩選和提煉。

2.2 拓展的問題驅動式的優勢

（1）以提出問題為目的的預習通常比普通的預習過程具有更明確的目標，因而更具有針對性，具有更好的預習效果。

（2）鼓勵學生自己提出問題，是培養學生積極思考習慣和質疑思維的有效手段。明代學者陳獻章對此有著名的闡述，“學起于思，思源于疑；小疑則小進，大疑則大進”。

（3）教師可以通過學生提出的問題更加了解學生對內容的理解，這有助于教師最終設計或者選擇出最佳的科學問題。

（4）學生參與問題設計進一步提高了學生的參與程度。參與程度的提高不僅僅體現在問題設計環節，而是貫穿整個教學實施過程。因為討論的題目可能是自己或者同學設計的，在分析和解決問題環節、總結問題環節，學生會給予更高的關注和更大的投入，使得教學效果更加明顯。

2.3 拓展的問題驅動式教學的實施要點

拓展的問題驅動式可以獲得學生更高的參與度和更好的實施效果，同時也對教師、學生提出了更高的要求。

對于教師而言：①要精選教學內容，不是所有的內容都適合學生自己提出問題，學生也不是總是有時間進行預習。要根據授課內容和授課對象的情況，適當適量地精心選擇適合預習并提出問題的內容。②對學生問題的篩選要有技巧，有時不僅僅是對問題內容本身的篩選，也要關注到學生的積極性和參與程度。多個問題都可以選用時，不妨選用積極性更需要鼓勵的同學的問題。③最好讓提出問題的幾個學生主持問題總結環節，最大限度地提高他們的積極性和參與度，以期獲得最佳的授課效果。

對于學生而言，首先要有時間進行預習，其次要具備基本的理解能力和質疑思維，因為能提出問題本身就要求對課程內容有一定的理解。

3 拓展的問題驅動式在計算機網絡課程教學中的可行性分析

盡管問題驅動式教學適用范圍很廣，但并非對每一門課程都適合。計算機網絡課程具有理論指導實踐、軟件結合硬件的特點，這使得問題驅動式教學在計算機網絡課程教學中有著較為廣泛的應用[2-6]。

拓展的問題驅動式對于課程的選擇更具有明確的傾向性，課程性質、授課內容一定要適合學生自己發現問題。①計算機網絡課程對先修課程要求并不高，各章、各知識點內容相對獨立，即使個別學生基礎較差，也有可能在預習過程中積極思考，提出有效問題。②計算機網絡原理性內容較多，具有清晰的脈絡，很多知識點本身就具有由簡單到復雜的特性，有助于學生提出具有明確漸進性和層次性的問題。③計算機網絡課程實踐環節較多，借助先進的模擬仿真工具，例如Packet Tracer，可以完成協議分析、配置組網和故障診斷等實驗項目。在實驗過程中學生不可避免地會遇到問題，這些問題直接可以作為有效問題進行討論。④計算機網絡課程貼近應用，學生在日常應用中就可以很方便地發現問題，而來源于現實應用的問題通常會激起工科學生更大的興趣，進而鍛煉和提升學生理論指導實踐的能力。

4 拓展的問題驅動式教學案例：可靠數據傳輸

可靠數據傳輸原理脈絡清晰，由淺入深，層次性強，沒有抽象的理論和繁瑣的推導，對基礎知識幾乎沒有要求，因此被選作拓展的問題驅動式教學案例之一。

4.1 學生預習過程中提出的幾個典型問題

問題1：停止等待協議里，接收方在收到重復分組以后丟棄的同時又發送了一個ACK，這會不會導致發送方收到重復的ACK？

問題2：接問題1，如果發送方收到重復的ACK，怎樣知道是針對同一個DATA還是不同DATA的確認？

問題3：如果分組沒有按序到達，交替使用0/1編號會不會出現什么問題？

問題4：Go-back-N協議為什么要采用累計確認？發送一個ACK占多少資源？

問題5：選擇重傳協議發送和接收窗口設置為多大合適？

問題6：Go-back-N協議是否可以視為選擇重傳協議在接收窗口為1時的特例？

問題7：選擇重傳協議比Go-back-N協議的信道利用率高嗎？

4.2 教師對問題的提煉和梳理

學生提出的問題能夠較為準確地反映出學生對于內容的理解程度，幫助教師了解學生的關注和困惑，從而設計出合理有效的問題。然而，學生提出的問題描述未必完全準確和清晰，而且經常關注于某些個點，忽略彼此之間的聯系。教師應該做的正是把這些孤立的、甚至有失偏頗的問題篩選梳理成具有主線的問題鏈，供課堂上討論。

對于學生提出的上述問題，教師進行如下選擇和梳理：

（1）問題1和問題2提得不錯，合并起來可以引出確認遲到/提前超時現象，可以解釋為什么需要給ACK編號。

（2）問題3有些深度，直接討論學生應該很難討論出答案，可分解為3個小問題，請學生討論3種情況下的協議工作過程。

（3）問題4轉換成一個確認丟失情況下協議工作過程的問題，引出累計確認的優點。

（4）問題5沒有原理內容，不具有討論價值，直接在課堂上給出答案即可。

（5）問題6和問題7合并在一個“三種協議的比較”問題中。

僅僅靠學生提出的問題，顯然沒有形成授課過程的主線，教師需要添加一些交代背景、承上啟下和分析比較的問題，形成環環相扣的問題鏈。

4.3 教學實踐中的問題鏈

問題1：如果傳輸過程中發現錯誤怎么辦？（提問）

答案：發送方重傳。

問題2：如何讓發送方知道分組在傳輸過程中出現了差錯？（提問）

答案：接收方差錯檢測，如果錯了就發回NAK，如果對了就發回ACK。

問題3：發送方一直收不到NAK或者ACK怎么辦？（提問）

答案：啟動超時計時器。

問題4：NAK是不是必須有？（討論）

答案：可以沒有。

問題5：確認分組丟失了會怎么樣？（討論）

答案：會出現重復數據，也是一種錯誤。

問題6：如何解決重復數據問題？（討論）

答案：給數據加序號。

問題7：ACK要不要編號？（討論）

子問題7.1 接收方在收到重復分組以后丟棄的同時又發送了一個ACK，這會不會導致發送方收到重復的ACK？

答案：如果第一個ACK不是丟失了，而是遲到了，那么就會導致發送方收到重復的ACK。

子問題7.2如果發送方收到重復的ACK，怎樣知道是針對同一個DATA還是不同DATA的確認？

答案：給ACK編號。

問題8：停止等待協議需要幾個bit來編號？（討論）

答案：1bit，因為發送一個分組就停止等待，只要保證每發送一個新的數據分組，其發送序號與上次發送的分組序號不同就可以了。

問題9：如果分組沒有按序到達，交替使用0/1編號會不會出現什么問題？該如何解決？

答案：采用更長的編碼可以解決以上問題，不過要占用更多的bit。

轉化為如下3個子問題，請學生回答出現圖示（圖1）的情況會出現什么問題。（討論）

圖1 課堂圖示

問題10：停止等待協議的信道利用率如何計算？（講解）

問題11：停止等待協議信道利用率低，該如何改進？（提問）

答案：不要發了一個就停止等待，可以連續地發很多。

講解：引出Go-back-N協議，并講解發送窗口、按序接收分組、累積確認等工作要點。

問題12：累積確認即使確認丟失也可能不必重傳，為什么？（討論）

答案：因為如果丟失了對分組n的確認，但收到了分組n+1的確認，那就不用重新發送分組n。

問題13：Go-back-N協議有什么缺點？該如何改進？（討論）

答案：一個分組的差錯導致大量分組重傳，浪費資源。改進思路是收到的不按序分組可以暫時保留。

講解：引出選擇重傳協議，并講解接收窗口、逐一確認等工作要點。

問題14：停止等待協議和Go-back-N協議的關系？（提問）

答案：停止等待協議是Go-back-N協議在N=1時的特例。

問題15：從實現的復雜性、傳輸可靠性、信道利用率、確認方式、緩存占用等方面比較Go-back-N協議和選擇重傳協議。（討論）

4.4 教學實施效果

從教學實施效果看，因為要自己提出問題，大部分學生在預習階段就較為認真，對教學內容有了一定的理解，提出的問題具有借鑒性。在問題設計環節，因為教師更加清楚學生的理解程度以及關注點，經教師梳理和提煉的問題合理有效，更符合學生的學習和理解能力。在分析和解決問題環節，學生參與非常積極，一個原因是經過了預習對內容有了初步的理解，討論問題更加胸有成竹；另一個原因是感覺解決了其他同學提出的問題，因而產生成就感。教學實施過程中，問題是根據課堂進度依次提出的，因此總結問題環節也是依次進行的。對于學生自己提出的問題，總結環節交給提出問題的學生來完成，主要總結是否已經把問題討論清楚，各個組的答案是否合理，哪個組或者哪些同學表現積極等，學生的參與度很高。綜上所述，拓展的問題驅動式教學在可靠數據傳輸部分的教學過程中取得了良好的實施效果。

5 結語

計算機網絡課程多年的教學實踐表明，拓展的問題驅動式教學有助于教師設計出更符合學生理解和認知的題目，可有效提高學生在教學各環節的參與熱情，同時幫助培養學生積極思考的習慣和質疑思維，具有一定的推廣價值。然而，如何合理選擇知識點、如何有效提煉和梳理學生提出的問題等內容有待深入研究，總結出行之有效的指導原則，進一步提高拓展的問題驅動式教學方法的實施效果。