計算機網(wǎng)絡(luò)課程中的基于問題教學(xué)模式

顏學(xué)雄　曹宇　張連成

摘 要：分析計算機網(wǎng)絡(luò)課程理論教學(xué)中導(dǎo)致學(xué)生興趣不高的主要原因和可行對策，提出基于問題教學(xué)模式的基本思路，具體介紹課程組在計算機網(wǎng)絡(luò)課程理論教學(xué)中的實踐過程。

關(guān)鍵詞：計算機網(wǎng)絡(luò)；基于問題教學(xué)模式；理論教學(xué)；問題樹

0 引 言

計算機網(wǎng)絡(luò)課程是網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的核心課程，一般分為實踐教學(xué)和理論教學(xué)兩部分。對于實踐教學(xué)部分，學(xué)生的興趣度和參與度都比較高，效果也比較好；而理論教學(xué)部分由于知識點多、理論性強且比較抽象，部分學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣逐步降低，教學(xué)效果不理想[1-3]。

一些教師在進行計算機網(wǎng)絡(luò)課程的理論教學(xué)時，采用傳統(tǒng)的“滿堂灌”教學(xué)模式，主要方式就是教師講、學(xué)生聽，然后復(fù)習(xí)考試。計算機網(wǎng)絡(luò)課程的理論知識豐富、內(nèi)容抽象，如果采用“滿堂灌”教學(xué)模式，學(xué)生就不明白這些理論要用來干什么，因而缺乏學(xué)習(xí)的主動性和參與感，逐漸失去學(xué)習(xí)的興趣，最終影響教學(xué)效果。換言之，對于計算機網(wǎng)絡(luò)課程的理論教學(xué)，一旦使學(xué)生失去了教學(xué)活動的中心地位，就會影響到教學(xué)效果。因此，關(guān)鍵問題在于提升學(xué)生在教學(xué)過程中的參與感、主動性。

基于問題教學(xué)模式（Problem—Based Learning，PBL）[4-6]的核心思想就是讓學(xué)生直面真實場景下的具體問題，在教師的指導(dǎo)下，通過解決具體問題來學(xué)習(xí)問題背后的科學(xué)知識。基于問題教學(xué)模式是以學(xué)生為中心的新型教學(xué)模式，在這種模式下，學(xué)生的參與度高，思維能力也相應(yīng)提高，因此，也容易提高理論教學(xué)的教學(xué)效果。

值得注意的是，雖然不少高校教師采用基于問題教學(xué)模式開展理論教學(xué)，但是依然存在諸多不足，這使得基于問題教學(xué)模式的優(yōu)勢沒有很好地發(fā)揮出來，影響理論教學(xué)效果的提升。

1 問題分析和對策思考

計算機網(wǎng)絡(luò)課程是一門理論性、實踐性和實用性都非常強的課程，學(xué)生對這門課程的期望值比較高。高校在開設(shè)計算機網(wǎng)絡(luò)課程時，一般采用理論教學(xué)和實踐教學(xué)兩部分相結(jié)合，而且理論教學(xué)一般占用更多比重（70%以上課時）。

相對于實踐教學(xué)部分，理論教學(xué)部分的內(nèi)容豐富且抽象、知識點繁多且缺乏有效關(guān)聯(lián)性，學(xué)生不易理解和掌握，這使得部分學(xué)生慢慢失去了學(xué)習(xí)的主動性，很難達到預(yù)期的學(xué)習(xí)效果。通過調(diào)查的情況來看，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高，存在的主要原因和可行的對策如下。

（1）理論知識抽象難懂，學(xué)生不知道知識如何應(yīng)用。對于網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的學(xué)生而言，不僅要求了解計算機網(wǎng)絡(luò)的一些具體應(yīng)用，而且要求掌握其運行原理，因此在理論講解部分會涉及到很多抽象理論，如通信協(xié)議原理等。計算機網(wǎng)絡(luò)的理論知識點繁多，學(xué)生如果在學(xué)習(xí)過程中看不見、摸不著這些知識點的具體應(yīng)用，就會缺失對知識應(yīng)用的體驗感，時間一長自然就失去了耐心、沒了興趣。要解決這個問題，就要讓學(xué)生參與問題的解決，在解決問題的過程中重現(xiàn)知識獲取的過程。

（2）教學(xué)內(nèi)容缺乏有效關(guān)聯(lián)性，學(xué)生對理論知識缺乏整體把握。計算機網(wǎng)絡(luò)課程理論教學(xué)一般采用分層講解，雖然在分層之初教師會講解分層模型和分層基本原因（即簡化問題），但是缺乏對各層之間知識的關(guān)聯(lián)性分析。如此一來，由于學(xué)生在課程學(xué)習(xí)結(jié)束后缺乏對課程知識的整體把握，容易出現(xiàn)知識碎片化現(xiàn)象。要解決這個問題，就要從計算機網(wǎng)絡(luò)的基本問題入手，然后分析各層知識如何通過解決基本問題中的子問題、各層子問題來服務(wù)于計算機網(wǎng)絡(luò)的基本問題。

（3）學(xué)生跟不上老師的思路，教與學(xué)不同步。傳統(tǒng)“滿堂灌”的教學(xué)模式主要是老師講、學(xué)生聽，由于教師和學(xué)生對于知識的理解及熟練程度不一樣，學(xué)生往往跟不上老師的思路，而且這樣的教學(xué)模式很難有效訓(xùn)練學(xué)生的思維能力。教師和學(xué)生沒有一起解決問題，缺乏共同目標(biāo)，思維不同步。要解決這個問題，首先是要設(shè)計科學(xué)的問題，教師和學(xué)生要一起思考，一起去解決，以學(xué)生獨立思考為主，老師引導(dǎo)提示為輔。

為解決在計算機網(wǎng)絡(luò)課程理論教學(xué)中學(xué)生興趣不高的問題，很多教師都進行了有益的嘗試，如應(yīng)用啟發(fā)式[3]、基于問題教學(xué)模式[4-5]等。相對而言，基于問題教學(xué)模式采用比較多。

基于問題教學(xué)模式[6]就是將教材中的知識點以問題的方式呈現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生在尋求、探索解決問題的思維活動中掌握知識、發(fā)展智力、培養(yǎng)技能，進而培養(yǎng)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力。

以基于問題教學(xué)模式組織教學(xué)活動時，一般包括問題引入、問題分析、問題基本解決思路及解決方法、解決方法的評價和改進等環(huán)節(jié)，其中的核心環(huán)節(jié)就是科學(xué)問題的歸納和設(shè)計。目前，部分教師在采用基于問題教學(xué)模式實施計算機網(wǎng)絡(luò)課程的理論教學(xué)時，存在問題的設(shè)計不夠科學(xué)、問題之間的關(guān)聯(lián)性不強、為問題而設(shè)問的現(xiàn)象，這些不足使得基于問題教學(xué)模式的優(yōu)勢沒有很好地發(fā)揮出來，影響理論教學(xué)效果的提升。

本文聚焦計算機網(wǎng)絡(luò)課程理論教學(xué)中的問題設(shè)計，主要解決問題設(shè)計的科學(xué)性和關(guān)聯(lián)性。問題的科學(xué)性是指引入的問題都來源于計算機網(wǎng)絡(luò)中的真實科學(xué)問題，問題的關(guān)聯(lián)性是指一個科學(xué)問題的解決可能需要分解成與之關(guān)聯(lián)的多個子問題，多個子問題的解決方案構(gòu)成此科學(xué)問題的解決方案。

2 基于問題教學(xué)模式的課程實踐

以基于問題教學(xué)模式組織教學(xué)活動時，主要環(huán)節(jié)包括問題引入、問題分析、問題解決思路及方法、方法的評價和改進等。

2.1 問題引入和分析階段

問題引入就是要提出一個學(xué)生和教師共同面對的科學(xué)問題，問題分析就是分析問題的基本層面、包含的子問題、基本解決思路和原則。

問題引入和分析階段有兩個基本目標(biāo)：一是訓(xùn)練學(xué)生的思維習(xí)慣，即碰到新問題時怎樣處理，如科學(xué)問題如何分解為若干子問題，子問題的解決方法如何服務(wù)于科學(xué)問題；二是將理論知識通過問題關(guān)聯(lián)起來，使學(xué)生明白理論知識該如何應(yīng)用。

這個基本問題包括兩個子問題：第一個子問題就是如何實現(xiàn)計算機之間的互聯(lián)互通問題；第二個子問題就是如何在互聯(lián)互通的基礎(chǔ)上實現(xiàn)用戶的資源共享和信息交互目標(biāo)。問題的引入從學(xué)生熟悉的各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開始，如網(wǎng)絡(luò)搜索與瀏覽、網(wǎng)游、微信、QQ、電子郵件、微博、電子商務(wù)等，然后總結(jié)出計算機網(wǎng)絡(luò)課程的科學(xué)問題，即如何讓世界上的計算機互聯(lián)互通起來，以方便用戶實現(xiàn)資源共享和信息交互。

根據(jù)解決問題的基本思路，遵循由難到易的原則，對于第一個子問題，即計算機之間的互聯(lián)互通問題（簡稱為建網(wǎng)問題），又分解如下4個子問題：①用什么連接計算機（傳輸介質(zhì)問題）；②相鄰計算機之間如何傳輸數(shù)據(jù)（相鄰傳輸問題）；③非相鄰計算機之間如何傳輸數(shù)據(jù)（非相鄰傳輸問題）；④如何保障傳輸數(shù)據(jù)的可靠性（數(shù)據(jù)的可靠性問題）。對于第二個子問題，即用戶用網(wǎng)的問題，又分解如下兩個問題：①現(xiàn)有哪些網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用（應(yīng)用層協(xié)議問題）；②如何開發(fā)新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用（網(wǎng)絡(luò)編程問題）。

通過問題分解，構(gòu)建計算機網(wǎng)絡(luò)課程理論教學(xué)的問題樹，如圖1所示。

2.2 問題解決思路及方法階段

鏈路層協(xié)議是相鄰傳輸問題中的子問題，即點對點信道中相鄰計算機傳輸數(shù)據(jù)問題。

這個問題的前提是傳輸介質(zhì)問題已經(jīng)解決，相鄰計算機之間能夠傳輸1比特的數(shù)據(jù)。在這個基礎(chǔ)上，如何解決相鄰計算機間的數(shù)據(jù)傳輸問題呢？最簡單的情況就是一個主機無限制地發(fā)送數(shù)據(jù)，另一個主機不停接收數(shù)據(jù)且中間不會出錯，這就構(gòu)成了鏈路層協(xié)議的第一個協(xié)議，即理想傳輸協(xié)議，這個協(xié)議沒有難點，學(xué)生也很好理解。

在理想傳輸協(xié)議之上添加實際場景的限制條件，第一個實際限制條件就是接收者能力有限，這樣就需要在理想傳輸協(xié)議的基礎(chǔ)上添加流量控制機制（即需要接收者反饋才能夠發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)），這就構(gòu)成了第二個協(xié)議，即單工停等協(xié)議。在單工停等協(xié)議之上再添加實際場景的一個限制條件，即信道有可能出錯，需要添加出錯處理機制，這就構(gòu)成了第三個協(xié)議，即有噪聲的單工停等協(xié)議。在第三個協(xié)議之上再添加實際場景的兩個限制條件，一個是支持?jǐn)?shù)據(jù)雙向傳輸，另一個是提高傳輸效率（最簡單的情況就是使用窗口為1的滑動窗口），這就成了第四個協(xié)議，即窗口值為1的滑動窗口協(xié)議。在第四個協(xié)議的基礎(chǔ)上進一步提高數(shù)據(jù)傳輸效率，也就是擴大滑動窗口的值（管道技術(shù)）；同時，根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)出錯后的重傳策略選擇不同，就形成了回退N幀協(xié)議和選擇性重傳協(xié)議。

通過在具體場景中提煉具體問題讓學(xué)生了解協(xié)議應(yīng)用的場合，這樣便于學(xué)生理解和掌握所學(xué)知識，同時對訓(xùn)練學(xué)生的思維能力也非常有益。

3 效果評估和總結(jié)

自2012年以來，課程組面向網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)本科學(xué)生一直采用基于問題教學(xué)模式組織計算機網(wǎng)絡(luò)課程的理論教學(xué)，從學(xué)生反饋的信息來看，主要有以下幾個方面的效果。

（1）基于問題教學(xué)模式有利于學(xué)生了解知識的應(yīng)用場景，更容易理解抽象的知識點和運用知識解決類似問題。

（2）根據(jù)理論教學(xué)的問題樹，學(xué)生更容易把握課程的總體內(nèi)容，方便學(xué)生自己梳理相關(guān)知識點并總結(jié)知識點的相互關(guān)系。

（3）按照引入問題、分析問題、解決問題、改進方法的基本講解方式，教師和學(xué)生一起面對問題、解決問題，有利于學(xué)生重現(xiàn)知識的獲取過程，培養(yǎng)學(xué)生良好的思維習(xí)慣。

當(dāng)然，在基于問題教學(xué)模式組織教學(xué)過程中也存在一些問題，如教材和課程講義不匹配、打亂教材本身的內(nèi)容組織模式、不利于學(xué)生課后的復(fù)習(xí)和作業(yè)等。為解決這個問題，課程組正在籌劃撰寫適合基于問題教學(xué)模式的相關(guān)教材和實驗指導(dǎo)書。

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（見習(xí)編輯：景貴英）