拓展的問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)及其在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中的應(yīng)用

俞 璐，武欣嶸，朱 磊，喬廬峰

（陸軍工程大學(xué) 通信工程學(xué)院，江蘇 南京 210007）

0 引言

問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)作為一種經(jīng)典和成熟的教學(xué)方法，具有可操作性強(qiáng)、有效性高的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于多層次、多類別的課程教學(xué)實(shí)踐中。問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)中，問題設(shè)計(jì)與提出是由教師完成的。我們?cè)谟?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程多年的教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，如果學(xué)生進(jìn)行一定的課前預(yù)習(xí)，針對(duì)某些特定教學(xué)內(nèi)容是能夠提出有效問題的。為了提高學(xué)生的參與程度，我們提出了拓展的問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法，并在教學(xué)過程中加以實(shí)踐。

1 問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)

問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)[1-2]是一種以問題為驅(qū)動(dòng)，將提出問題、分析問題、解決問題作為主要內(nèi)容和手段的教學(xué)法。問題驅(qū)動(dòng)以“問題”為載體，通過一系列的“問題鏈”來驅(qū)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作研究，學(xué)生在解決問題的過程中得到進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)師生互動(dòng)，學(xué)生綜合素質(zhì)得到提高。

問題驅(qū)動(dòng)式包括以下3個(gè)主要環(huán)節(jié)：①教師提出問題環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)是成功實(shí)施問題驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的基礎(chǔ)，要求教師在對(duì)課程內(nèi)容和學(xué)生情況足夠了解的基礎(chǔ)上，提出具有啟發(fā)性的科學(xué)問題供學(xué)生思考和討論。②學(xué)生分析和解決問題環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)以學(xué)生的活動(dòng)為主，教師適時(shí)給予調(diào)控和引導(dǎo)。③總結(jié)問題環(huán)節(jié)。主要對(duì)學(xué)生提出的解決問題的方法和思路進(jìn)行比較和總結(jié)。

在問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)中，最關(guān)鍵的一環(huán)就是教師提出問題。科學(xué)合理、有針對(duì)性的問題是教學(xué)實(shí)施獲得成功的基礎(chǔ)。教師設(shè)計(jì)的問題要有明確的針對(duì)性，緊緊圍繞教學(xué)目標(biāo)；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(xué)生，做到人人能參與、個(gè)個(gè)有收獲。

2 拓展的問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)

2.1 拓展的問題驅(qū)動(dòng)式的特點(diǎn)

拓展的問題驅(qū)動(dòng)式最大的特點(diǎn)在于學(xué)生參與問題設(shè)計(jì)這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過預(yù)習(xí)提出問題，課前提交給教師，經(jīng)教師精選和補(bǔ)充設(shè)計(jì)，用于課堂討論。

學(xué)生提出的問題可以是預(yù)習(xí)過程中自己不理解、希望得到教師解答的；可以是預(yù)習(xí)過程中發(fā)現(xiàn)某種技術(shù)存在不足，卻不知道如何改進(jìn)的；或者是自己有了些初步想法但是不能確定，需要和同學(xué)們討論的；也可以自己思考過后已經(jīng)找到答案，希望和同學(xué)們分享思考過程的。當(dāng)然，這些問題不一定都適合在課堂上作為問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)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(qū)動(dòng)式的優(yōu)勢(shì)

（1）以提出問題為目的的預(yù)習(xí)通常比普通的預(yù)習(xí)過程具有更明確的目標(biāo)，因而更具有針對(duì)性，具有更好的預(yù)習(xí)效果。

（2）鼓勵(lì)學(xué)生自己提出問題，是培養(yǎng)學(xué)生積極思考習(xí)慣和質(zhì)疑思維的有效手段。明代學(xué)者陳獻(xiàn)章對(duì)此有著名的闡述，“學(xué)起于思，思源于疑；小疑則小進(jìn)，大疑則大進(jìn)”。

（3）教師可以通過學(xué)生提出的問題更加了解學(xué)生對(duì)內(nèi)容的理解，這有助于教師最終設(shè)計(jì)或者選擇出最佳的科學(xué)問題。

（4）學(xué)生參與問題設(shè)計(jì)進(jìn)一步提高了學(xué)生的參與程度。參與程度的提高不僅僅體現(xiàn)在問題設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，而是貫穿整個(gè)教學(xué)實(shí)施過程。因?yàn)橛懻摰念}目可能是自己或者同學(xué)設(shè)計(jì)的，在分析和解決問題環(huán)節(jié)、總結(jié)問題環(huán)節(jié)，學(xué)生會(huì)給予更高的關(guān)注和更大的投入，使得教學(xué)效果更加明顯。

2.3 拓展的問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)的實(shí)施要點(diǎn)

拓展的問題驅(qū)動(dòng)式可以獲得學(xué)生更高的參與度和更好的實(shí)施效果，同時(shí)也對(duì)教師、學(xué)生提出了更高的要求。

對(duì)于教師而言：①要精選教學(xué)內(nèi)容，不是所有的內(nèi)容都適合學(xué)生自己提出問題，學(xué)生也不是總是有時(shí)間進(jìn)行預(yù)習(xí)。要根據(jù)授課內(nèi)容和授課對(duì)象的情況，適當(dāng)適量地精心選擇適合預(yù)習(xí)并提出問題的內(nèi)容。②對(duì)學(xué)生問題的篩選要有技巧，有時(shí)不僅僅是對(duì)問題內(nèi)容本身的篩選，也要關(guān)注到學(xué)生的積極性和參與程度。多個(gè)問題都可以選用時(shí)，不妨選用積極性更需要鼓勵(lì)的同學(xué)的問題。③最好讓提出問題的幾個(gè)學(xué)生主持問題總結(jié)環(huán)節(jié)，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(duì)于學(xué)生而言，首先要有時(shí)間進(jìn)行預(yù)習(xí)，其次要具備基本的理解能力和質(zhì)疑思維，因?yàn)槟芴岢鰡栴}本身就要求對(duì)課程內(nèi)容有一定的理解。

3 拓展的問題驅(qū)動(dòng)式在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中的可行性分析

盡管問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)適用范圍很廣，但并非對(duì)每一門課程都適合。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程具有理論指導(dǎo)實(shí)踐、軟件結(jié)合硬件的特點(diǎn)，這使得問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中有著較為廣泛的應(yīng)用[2-6]。

拓展的問題驅(qū)動(dòng)式對(duì)于課程的選擇更具有明確的傾向性，課程性質(zhì)、授課內(nèi)容一定要適合學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題。①計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程對(duì)先修課程要求并不高，各章、各知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，即使個(gè)別學(xué)生基礎(chǔ)較差，也有可能在預(yù)習(xí)過程中積極思考，提出有效問題。②計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理性內(nèi)容較多，具有清晰的脈絡(luò)，很多知識(shí)點(diǎn)本身就具有由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的特性，有助于學(xué)生提出具有明確漸進(jìn)性和層次性的問題。③計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)較多，借助先進(jìn)的模擬仿真工具，例如Packet Tracer，可以完成協(xié)議分析、配置組網(wǎng)和故障診斷等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生不可避免地會(huì)遇到問題，這些問題直接可以作為有效問題進(jìn)行討論。④計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程貼近應(yīng)用，學(xué)生在日常應(yīng)用中就可以很方便地發(fā)現(xiàn)問題，而來源于現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的問題通常會(huì)激起工科學(xué)生更大的興趣，進(jìn)而鍛煉和提升學(xué)生理論指導(dǎo)實(shí)踐的能力。

4 拓展的問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)案例：可靠數(shù)據(jù)傳輸

可靠數(shù)據(jù)傳輸原理脈絡(luò)清晰，由淺入深，層次性強(qiáng)，沒有抽象的理論和繁瑣的推導(dǎo)，對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)幾乎沒有要求，因此被選作拓展的問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)案例之一。

4.1 學(xué)生預(yù)習(xí)過程中提出的幾個(gè)典型問題

問題1：停止等待協(xié)議里，接收方在收到重復(fù)分組以后丟棄的同時(shí)又發(fā)送了一個(gè)ACK，這會(huì)不會(huì)導(dǎo)致發(fā)送方收到重復(fù)的ACK？

問題2：接問題1，如果發(fā)送方收到重復(fù)的ACK，怎樣知道是針對(duì)同一個(gè)DATA還是不同DATA的確認(rèn)？

問題3：如果分組沒有按序到達(dá)，交替使用0/1編號(hào)會(huì)不會(huì)出現(xiàn)什么問題？

問題4：Go-back-N協(xié)議為什么要采用累計(jì)確認(rèn)？發(fā)送一個(gè)ACK占多少資源？

問題5：選擇重傳協(xié)議發(fā)送和接收窗口設(shè)置為多大合適？

問題6：Go-back-N協(xié)議是否可以視為選擇重傳協(xié)議在接收窗口為1時(shí)的特例？

問題7：選擇重傳協(xié)議比Go-back-N協(xié)議的信道利用率高嗎？

4.2 教師對(duì)問題的提煉和梳理

學(xué)生提出的問題能夠較為準(zhǔn)確地反映出學(xué)生對(duì)于內(nèi)容的理解程度，幫助教師了解學(xué)生的關(guān)注和困惑，從而設(shè)計(jì)出合理有效的問題。然而，學(xué)生提出的問題描述未必完全準(zhǔn)確和清晰，而且經(jīng)常關(guān)注于某些個(gè)點(diǎn)，忽略彼此之間的聯(lián)系。教師應(yīng)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(duì)于學(xué)生提出的上述問題，教師進(jìn)行如下選擇和梳理：

（1）問題1和問題2提得不錯(cuò)，合并起來可以引出確認(rèn)遲到/提前超時(shí)現(xiàn)象，可以解釋為什么需要給ACK編號(hào)。

（2）問題3有些深度，直接討論學(xué)生應(yīng)該很難討論出答案，可分解為3個(gè)小問題，請(qǐng)學(xué)生討論3種情況下的協(xié)議工作過程。

（3）問題4轉(zhuǎn)換成一個(gè)確認(rèn)丟失情況下協(xié)議工作過程的問題，引出累計(jì)確認(rèn)的優(yōu)點(diǎn)。

（4）問題5沒有原理內(nèi)容，不具有討論價(jià)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(gè)“三種協(xié)議的比較”問題中。

僅僅靠學(xué)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(huán)環(huán)相扣的問題鏈。

4.3 教學(xué)實(shí)踐中的問題鏈

問題1：如果傳輸過程中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤怎么辦？（提問）

答案：發(fā)送方重傳。

問題2：如何讓發(fā)送方知道分組在傳輸過程中出現(xiàn)了差錯(cuò)？（提問）

答案：接收方差錯(cuò)檢測(cè)，如果錯(cuò)了就發(fā)回NAK，如果對(duì)了就發(fā)回ACK。

問題3：發(fā)送方一直收不到NAK或者ACK怎么辦？（提問）

答案：?jiǎn)?dòng)超時(shí)計(jì)時(shí)器。

問題4：NAK是不是必須有？（討論）

答案：可以沒有。

問題5：確認(rèn)分組丟失了會(huì)怎么樣？（討論）

答案：會(huì)出現(xiàn)重復(fù)數(shù)據(jù)，也是一種錯(cuò)誤。

問題6：如何解決重復(fù)數(shù)據(jù)問題？（討論）

答案：給數(shù)據(jù)加序號(hào)。

問題7：ACK要不要編號(hào)？（討論）

子問題7.1 接收方在收到重復(fù)分組以后丟棄的同時(shí)又發(fā)送了一個(gè)ACK，這會(huì)不會(huì)導(dǎo)致發(fā)送方收到重復(fù)的ACK？

答案：如果第一個(gè)ACK不是丟失了，而是遲到了，那么就會(huì)導(dǎo)致發(fā)送方收到重復(fù)的ACK。

子問題7.2如果發(fā)送方收到重復(fù)的ACK，怎樣知道是針對(duì)同一個(gè)DATA還是不同DATA的確認(rèn)？

答案：給ACK編號(hào)。

問題8：停止等待協(xié)議需要幾個(gè)bit來編號(hào)？（討論）

答案：1bit，因?yàn)榘l(fā)送一個(gè)分組就停止等待，只要保證每發(fā)送一個(gè)新的數(shù)據(jù)分組，其發(fā)送序號(hào)與上次發(fā)送的分組序號(hào)不同就可以了。

問題9：如果分組沒有按序到達(dá)，交替使用0/1編號(hào)會(huì)不會(huì)出現(xiàn)什么問題？該如何解決？

答案：采用更長(zhǎng)的編碼可以解決以上問題，不過要占用更多的bit。

轉(zhuǎn)化為如下3個(gè)子問題，請(qǐng)學(xué)生回答出現(xiàn)圖示（圖1）的情況會(huì)出現(xiàn)什么問題。（討論）

圖1 課堂圖示

問題10：停止等待協(xié)議的信道利用率如何計(jì)算？（講解）

問題11：停止等待協(xié)議信道利用率低，該如何改進(jìn)？（提問）

答案：不要發(fā)了一個(gè)就停止等待，可以連續(xù)地發(fā)很多。

講解：引出Go-back-N協(xié)議，并講解發(fā)送窗口、按序接收分組、累積確認(rèn)等工作要點(diǎn)。

問題12：累積確認(rèn)即使確認(rèn)丟失也可能不必重傳，為什么？（討論）

答案：因?yàn)槿绻麃G失了對(duì)分組n的確認(rèn)，但收到了分組n+1的確認(rèn)，那就不用重新發(fā)送分組n。

問題13：Go-back-N協(xié)議有什么缺點(diǎn)？該如何改進(jìn)？（討論）

答案：一個(gè)分組的差錯(cuò)導(dǎo)致大量分組重傳，浪費(fèi)資源。改進(jìn)思路是收到的不按序分組可以暫時(shí)保留。

講解：引出選擇重傳協(xié)議，并講解接收窗口、逐一確認(rèn)等工作要點(diǎn)。

問題14：停止等待協(xié)議和Go-back-N協(xié)議的關(guān)系？（提問）

答案：停止等待協(xié)議是Go-back-N協(xié)議在N=1時(shí)的特例。

問題15：從實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性、傳輸可靠性、信道利用率、確認(rèn)方式、緩存占用等方面比較Go-back-N協(xié)議和選擇重傳協(xié)議。（討論）

4.4 教學(xué)實(shí)施效果

從教學(xué)實(shí)施效果看，因?yàn)橐约禾岢鰡栴}，大部分學(xué)生在預(yù)習(xí)階段就較為認(rèn)真，對(duì)教學(xué)內(nèi)容有了一定的理解，提出的問題具有借鑒性。在問題設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，因?yàn)榻處煾忧宄W(xué)生的理解程度以及關(guān)注點(diǎn)，經(jīng)教師梳理和提煉的問題合理有效，更符合學(xué)生的學(xué)習(xí)和理解能力。在分析和解決問題環(huán)節(jié)，學(xué)生參與非常積極，一個(gè)原因是經(jīng)過了預(yù)習(xí)對(duì)內(nèi)容有了初步的理解，討論問題更加胸有成竹；另一個(gè)原因是感覺解決了其他同學(xué)提出的問題，因而產(chǎn)生成就感。教學(xué)實(shí)施過程中，問題是根據(jù)課堂進(jìn)度依次提出的，因此總結(jié)問題環(huán)節(jié)也是依次進(jìn)行的。對(duì)于學(xué)生自己提出的問題，總結(jié)環(huán)節(jié)交給提出問題的學(xué)生來完成，主要總結(jié)是否已經(jīng)把問題討論清楚，各個(gè)組的答案是否合理，哪個(gè)組或者哪些同學(xué)表現(xiàn)積極等，學(xué)生的參與度很高。綜上所述，拓展的問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)在可靠數(shù)據(jù)傳輸部分的教學(xué)過程中取得了良好的實(shí)施效果。

5 結(jié)語

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程多年的教學(xué)實(shí)踐表明，拓展的問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)有助于教師設(shè)計(jì)出更符合學(xué)生理解和認(rèn)知的題目，可有效提高學(xué)生在教學(xué)各環(huán)節(jié)的參與熱情，同時(shí)幫助培養(yǎng)學(xué)生積極思考的習(xí)慣和質(zhì)疑思維，具有一定的推廣價(jià)值。然而，如何合理選擇知識(shí)點(diǎn)、如何有效提煉和梳理學(xué)生提出的問題等內(nèi)容有待深入研究，總結(jié)出行之有效的指導(dǎo)原則，進(jìn)一步提高拓展的問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法的實(shí)施效果。