拓展的问题驱动式教学及其在计算机网络课程中的应用

俞 璐，武欣嵘，朱 磊，乔庐峰

（陆军工程大学 通信工程学院，江苏 南京 210007）

0 引言

问题驱动式教学作为一种经典和成熟的教学方法，具有可操作性强、有效性高的特点，广泛应用于多层次、多类别的课程教学实践中。问题驱动式教学中，问题设计与提出是由教师完成的。我们在计算机网络课程多年的教学实践中发现，如果学生进行一定的课前预习，针对某些特定教学内容是能够提出有效问题的。为了提高学生的参与程度，我们提出了拓展的问题驱动式教学方法，并在教学过程中加以实践。

1 问题驱动式教学

问题驱动式教学[1-2]是一种以问题为驱动，将提出问题、分析问题、解决问题作为主要内容和手段的教学法。问题驱动以“问题”为载体，通过一系列的“问题链”来驱动学生自主学习、合作研究，学生在解决问题的过程中得到进步，实现师生互动，学生综合素质得到提高。

问题驱动式包括以下3个主要环节：①教师提出问题环节。该环节是成功实施问题驱动教学法的基础，要求教师在对课程内容和学生情况足够了解的基础上，提出具有启发性的科学问题供学生思考和讨论。②学生分析和解决问题环节。该环节以学生的活动为主，教师适时给予调控和引导。③总结问题环节。主要对学生提出的解决问题的方法和思路进行比较和总结。

在问题驱动式教学中，最关键的一环就是教师提出问题。科学合理、有针对性的问题是教学实施获得成功的基础。教师设计的问题要有明确的针对性，紧紧围绕教学目标；问题要有清晰的层次性，由浅入深，由易到难；问题还要面向全体学生，做到人人能参与、个个有收获。

2 拓展的问题驱动式教学

2.1 拓展的问题驱动式的特点

拓展的问题驱动式最大的特点在于学生参与问题设计这一关键环节，通过预习提出问题，课前提交给教师，经教师精选和补充设计，用于课堂讨论。

学生提出的问题可以是预习过程中自己不理解、希望得到教师解答的；可以是预习过程中发现某种技术存在不足，却不知道如何改进的；或者是自己有了些初步想法但是不能确定，需要和同学们讨论的；也可以自己思考过后已经找到答案，希望和同学们分享思考过程的。当然，这些问题不一定都适合在课堂上作为问题驱动式教学中的问题，因此需要教师的精心筛选和提炼。

2.2 拓展的问题驱动式的优势

（1）以提出问题为目的的预习通常比普通的预习过程具有更明确的目标，因而更具有针对性，具有更好的预习效果。

（2）鼓励学生自己提出问题，是培养学生积极思考习惯和质疑思维的有效手段。明代学者陈献章对此有著名的阐述，“学起于思，思源于疑；小疑则小进，大疑则大进”。

（3）教师可以通过学生提出的问题更加了解学生对内容的理解，这有助于教师最终设计或者选择出最佳的科学问题。

（4）学生参与问题设计进一步提高了学生的参与程度。参与程度的提高不仅仅体现在问题设计环节，而是贯穿整个教学实施过程。因为讨论的题目可能是自己或者同学设计的，在分析和解决问题环节、总结问题环节，学生会给予更高的关注和更大的投入，使得教学效果更加明显。

2.3 拓展的问题驱动式教学的实施要点

拓展的问题驱动式可以获得学生更高的参与度和更好的实施效果，同时也对教师、学生提出了更高的要求。

对于教师而言：①要精选教学内容，不是所有的内容都适合学生自己提出问题，学生也不是总是有时间进行预习。要根据授课内容和授课对象的情况，适当适量地精心选择适合预习并提出问题的内容。②对学生问题的筛选要有技巧，有时不仅仅是对问题内容本身的筛选，也要关注到学生的积极性和参与程度。多个问题都可以选用时，不妨选用积极性更需要鼓励的同学的问题。③最好让提出问题的几个学生主持问题总结环节，最大限度地提高他们的积极性和参与度，以期获得最佳的授课效果。

对于学生而言，首先要有时间进行预习，其次要具备基本的理解能力和质疑思维，因为能提出问题本身就要求对课程内容有一定的理解。

3 拓展的问题驱动式在计算机网络课程教学中的可行性分析

尽管问题驱动式教学适用范围很广，但并非对每一门课程都适合。计算机网络课程具有理论指导实践、软件结合硬件的特点，这使得问题驱动式教学在计算机网络课程教学中有着较为广泛的应用[2-6]。

拓展的问题驱动式对于课程的选择更具有明确的倾向性，课程性质、授课内容一定要适合学生自己发现问题。①计算机网络课程对先修课程要求并不高，各章、各知识点内容相对独立，即使个别学生基础较差，也有可能在预习过程中积极思考，提出有效问题。②计算机网络原理性内容较多，具有清晰的脉络，很多知识点本身就具有由简单到复杂的特性，有助于学生提出具有明确渐进性和层次性的问题。③计算机网络课程实践环节较多，借助先进的模拟仿真工具，例如Packet Tracer，可以完成协议分析、配置组网和故障诊断等实验项目。在实验过程中学生不可避免地会遇到问题，这些问题直接可以作为有效问题进行讨论。④计算机网络课程贴近应用，学生在日常应用中就可以很方便地发现问题，而来源于现实应用的问题通常会激起工科学生更大的兴趣，进而锻炼和提升学生理论指导实践的能力。

4 拓展的问题驱动式教学案例：可靠数据传输

可靠数据传输原理脉络清晰，由浅入深，层次性强，没有抽象的理论和繁琐的推导，对基础知识几乎没有要求，因此被选作拓展的问题驱动式教学案例之一。

4.1 学生预习过程中提出的几个典型问题

问题1：停止等待协议里，接收方在收到重复分组以后丢弃的同时又发送了一个ACK，这会不会导致发送方收到重复的ACK？

问题2：接问题1，如果发送方收到重复的ACK，怎样知道是针对同一个DATA还是不同DATA的确认？

问题3：如果分组没有按序到达，交替使用0/1编号会不会出现什么问题？

问题4：Go-back-N协议为什么要采用累计确认？发送一个ACK占多少资源？

问题5：选择重传协议发送和接收窗口设置为多大合适？

问题6：Go-back-N协议是否可以视为选择重传协议在接收窗口为1时的特例？

问题7：选择重传协议比Go-back-N协议的信道利用率高吗？

4.2 教师对问题的提炼和梳理

学生提出的问题能够较为准确地反映出学生对于内容的理解程度，帮助教师了解学生的关注和困惑，从而设计出合理有效的问题。然而，学生提出的问题描述未必完全准确和清晰，而且经常关注于某些个点，忽略彼此之间的联系。教师应该做的正是把这些孤立的、甚至有失偏颇的问题筛选梳理成具有主线的问题链，供课堂上讨论。

对于学生提出的上述问题，教师进行如下选择和梳理：

（1）问题1和问题2提得不错，合并起来可以引出确认迟到/提前超时现象，可以解释为什么需要给ACK编号。

（2）问题3有些深度，直接讨论学生应该很难讨论出答案，可分解为3个小问题，请学生讨论3种情况下的协议工作过程。

（3）问题4转换成一个确认丢失情况下协议工作过程的问题，引出累计确认的优点。

（4）问题5没有原理内容，不具有讨论价值，直接在课堂上给出答案即可。

（5）问题6和问题7合并在一个“三种协议的比较”问题中。

仅仅靠学生提出的问题，显然没有形成授课过程的主线，教师需要添加一些交代背景、承上启下和分析比较的问题，形成环环相扣的问题链。

4.3 教学实践中的问题链

问题1：如果传输过程中发现错误怎么办？（提问）

答案：发送方重传。

问题2：如何让发送方知道分组在传输过程中出现了差错？（提问）

答案：接收方差错检测，如果错了就发回NAK，如果对了就发回ACK。

问题3：发送方一直收不到NAK或者ACK怎么办？（提问）

答案：启动超时计时器。

问题4：NAK是不是必须有？（讨论）

答案：可以没有。

问题5：确认分组丢失了会怎么样？（讨论）

答案：会出现重复数据，也是一种错误。

问题6：如何解决重复数据问题？（讨论）

答案：给数据加序号。

问题7：ACK要不要编号？（讨论）

子问题7.1 接收方在收到重复分组以后丢弃的同时又发送了一个ACK，这会不会导致发送方收到重复的ACK？

答案：如果第一个ACK不是丢失了，而是迟到了，那么就会导致发送方收到重复的ACK。

子问题7.2如果发送方收到重复的ACK，怎样知道是针对同一个DATA还是不同DATA的确认？

答案：给ACK编号。

问题8：停止等待协议需要几个bit来编号？（讨论）

答案：1bit，因为发送一个分组就停止等待，只要保证每发送一个新的数据分组，其发送序号与上次发送的分组序号不同就可以了。

问题9：如果分组没有按序到达，交替使用0/1编号会不会出现什么问题？该如何解决？

答案：采用更长的编码可以解决以上问题，不过要占用更多的bit。

转化为如下3个子问题，请学生回答出现图示（图1）的情况会出现什么问题。（讨论）

图1 课堂图示

问题10：停止等待协议的信道利用率如何计算？（讲解）

问题11：停止等待协议信道利用率低，该如何改进？（提问）

答案：不要发了一个就停止等待，可以连续地发很多。

讲解：引出Go-back-N协议，并讲解发送窗口、按序接收分组、累积确认等工作要点。

问题12：累积确认即使确认丢失也可能不必重传，为什么？（讨论）

答案：因为如果丢失了对分组n的确认，但收到了分组n+1的确认，那就不用重新发送分组n。

问题13：Go-back-N协议有什么缺点？该如何改进？（讨论）

答案：一个分组的差错导致大量分组重传，浪费资源。改进思路是收到的不按序分组可以暂时保留。

讲解：引出选择重传协议，并讲解接收窗口、逐一确认等工作要点。

问题14：停止等待协议和Go-back-N协议的关系？（提问）

答案：停止等待协议是Go-back-N协议在N=1时的特例。

问题15：从实现的复杂性、传输可靠性、信道利用率、确认方式、缓存占用等方面比较Go-back-N协议和选择重传协议。（讨论）

4.4 教学实施效果

从教学实施效果看，因为要自己提出问题，大部分学生在预习阶段就较为认真，对教学内容有了一定的理解，提出的问题具有借鉴性。在问题设计环节，因为教师更加清楚学生的理解程度以及关注点，经教师梳理和提炼的问题合理有效，更符合学生的学习和理解能力。在分析和解决问题环节，学生参与非常积极，一个原因是经过了预习对内容有了初步的理解，讨论问题更加胸有成竹；另一个原因是感觉解决了其他同学提出的问题，因而产生成就感。教学实施过程中，问题是根据课堂进度依次提出的，因此总结问题环节也是依次进行的。对于学生自己提出的问题，总结环节交给提出问题的学生来完成，主要总结是否已经把问题讨论清楚，各个组的答案是否合理，哪个组或者哪些同学表现积极等，学生的参与度很高。综上所述，拓展的问题驱动式教学在可靠数据传输部分的教学过程中取得了良好的实施效果。

5 结语

计算机网络课程多年的教学实践表明，拓展的问题驱动式教学有助于教师设计出更符合学生理解和认知的题目，可有效提高学生在教学各环节的参与热情，同时帮助培养学生积极思考的习惯和质疑思维，具有一定的推广价值。然而，如何合理选择知识点、如何有效提炼和梳理学生提出的问题等内容有待深入研究，总结出行之有效的指导原则，进一步提高拓展的问题驱动式教学方法的实施效果。