基于問題學習和BOPPPS模式下醫學院校計算機網絡課程實驗教學探索*

徐 琦 邢 丹

(濟寧醫學院醫學信息工程學院 日照 276826)

1 引言

教育部出臺的《關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見》和《關于狠抓新時代全國高等教育本科教育工作會議精神落實的通知》明確指出各高校要全面梳理各門課程教學內容, 淘汰“水課”、打造“金課”, 合理提升學業挑戰度、增加課程難度、拓展課程深度，切實提高課程教學質量[1]。計算機網絡是一門理論性和實踐性較強的課程，是醫學信息工程專業的主干課程，也是考研科目之一。計算機網絡作為計算機技術與通信技術密切結合的交叉學科，知識范圍廣、原理抽象、有較多的名詞概念和數據傳輸推導過程，實踐門檻較高，對實驗室環境有一定要求。醫學院校計算機網絡課程教學普遍存在重理論、輕實踐，教學內容與實際應用脫離，缺乏與理論教學配套的實驗教材，教學模式不適應課程特點，教學評價方式單一化等問題。學生對網絡理論學習感到抽象、空洞，難以理解和把握，難以在實際中有效使用理論知識[2]。為貫徹國家對高等本科院校的課程要求，提升課堂教學質量和人才培養效果，針對計算機網絡課程普遍存在的問題，本文對計算機網絡實驗課堂教學中如何融入基于問題的學習法(Problem-Based Learning, PBL)和BOPPPS教學模式進行闡述。

2 “金課”標準下的實驗教學思考

2.1 概述

“金課”應體現“兩性一度”，即高階性、創新性和挑戰度。要求課程能有機融合知識、能力和素質，培養學生解決復雜問題的綜合能力和高階思維；在目標、內容、過程和評價方式上具備先進性和互動性，達到具有探究性和個性化的學習結果[3]。基于此，為打造計算機網絡實驗教學“金課”，從教學內容、教學模式和教學評價3方面對計算機網絡實驗教學進行探索。

2.2 教學內容問題情境化

2.2.1 教學內容定位 課程教學內容不以教師要教什么為目標，而應定位于學生需要學什么。首先，計算機網絡課程實驗教學內容應從產業與教育融合的視角出發，進行以能力培養輸出為導向的內容優化。其次，要與理論知識相呼應，根據原理設計實踐內容，通過實驗理解和應用理論知識，進而發展、完善既有認知結構，與職業需求相適應，為更深入的創新性、探究性學習提供可能。還要根據實驗室建設狀況，充分利用設備資源，最大限度地開發設計合適的實驗內容。

2.2.2 課程培養目標 醫學信息工程專業主要面向醫學信息化人才的社會需求，培養醫學與工程學交叉融合的應用型專門人才。作為主干專業課程之一的計算機網絡課程，其培養目標除了要求掌握基本計算機網絡原理知識，還應強化在醫療領域的網絡規劃、分析、設計、實施、運行與維護及安全管理的工程技能培養。

2.2.3 課程設計 結合網絡人才社會需求、網絡原理知識以及實驗室具體硬件環境，課程組將實驗內容進行優化，以項目教學法為指導，將傳統課程體系中的知識內容轉化為若干個項目，共提煉出基礎訓練、交換機、路由器、服務器配置、網絡數據包監聽與分析、進階項目訓練等篇章，包含驗證性、設計性和綜合性實驗等26個實驗項目。每個項目都通過PBL創設問題情境。PBL以現代建構主義學習理論為指導，在一種有意義的問題情境中，通過合作解決真實性問題，學習隱含于問題背后的理論知識，提高實踐能力，培養工程設計思維，形成自主學習的能力以便進行創新性研究。目前課程組已經編寫并正式出版計算機網絡配套實驗教材《實戰計算機網絡》第2版以滿足日常教學使用。每個實驗項目的問題情境設置均基于現實應用場景，通過精選內容和精細設計達到教學目標的精準實現。

2.3 教學模式有效性

2.3.1 “金課” “金課”課堂包括高階課堂、對話課堂、開放課堂，具有知行合一和學思結合的特點，充分體現“以學習者為中心”理念，強調學習過程中學生的主動性、實踐性和創新性。因此打造“金課”要實現教學方法從“怎么教”到“怎么學”的轉變。

2.3.2 BOPPPS教學模式 以建構主義和交際法為理論依據，以有效教學設計著稱，是一個強調學生參與和反饋的閉環教學過程模型，是北美國家諸多名校比較推崇的教學過程模型[4]。BOPPPS教學模式由導入(bridge-in)、學習目標 (objective)、前測 (pre-assessment)、參與式學習(participatory learning)、后測 (post-assessment)及總結(summary)6個基本環節組成[5]。其典型特點是以學生為中心，突出教學互動和學生全方位參與，實現以教師為中心的傳統課堂教學向以學生為中心的互動參與式教學的轉變[6]。這與計算機網絡實驗課堂教學互動性強、操作性強、延展性強的需求相吻合，與“金課”強調知識、能力和思想境界對人才成長發展的重要性理念相符，是適用于計算機網絡實驗課堂教學的有效工具。

2.4 教學評價多元性

教學評價改革應由“教得怎么樣”向“學得怎么樣”視角轉變。在計算機網絡實驗教學活動的具體開展過程中，通常將學生4～8人分為一組，形成學習共同體。注重營造小組競爭、團隊合作的氛圍，突出學生參與式學習的主體地位，以促進學生的思維碰撞和探討深思。因此教學評價更要突出過程性評價和多元化評價。不僅是考量最終實驗結果、具體問題的解決情況，還要考慮小組分工、組內貢獻及自我評價。尊重學生個體差異性，注重學生個性化發展。通過多元化評價體系激勵學生主動學習、創新探究、深化團隊意識、培養協作能力、轉化高階思維。

3 PBL與BOPPPS融合的教學設計

3.1 概述

PBL教學法強調以問題為學習起點，以問題情境為載體實現學習任務和目標[7]。BOPPPS模式強調教學設計和實施過程。兩種模式均具有共同要求和目標，強調教師的設計引導及學生的主體參與[8]。基于“金課”建設內涵與導向，結合實際需求將兩種教學模式有效結合，以激發學生學習原生動力與興趣，提升課堂品質，養成學生多元能力。以計算機網絡實驗內容為例，提出兩種模式融合下課程的具體內容、方法路徑、注意事項和策略等，為全面打造實驗課堂“金課”提供方法引導。

3.2 實驗項目概述

3.2.1 實驗教學內容 計算機網絡課程作為醫學信息工程專業核心課程，一共70個學時，其中20個實驗學時。實驗教學在本院網絡工程實訓基地進行，該基地是由網絡設備及解決方案供應商負責組建的網絡工程實驗室。在實驗課程初始階段，向學生呈現一個公司真實案例中的某醫院拓撲結構圖，見圖1。然后依據醫院具體實際需求分析，提出相應真實情景問題，通過“化整為零”將知識點拆解，引導學生逐一解決問題并學習掌握拓撲圖中每個重點部署的原理、技術應用與知識轉化。

圖1 某醫院拓撲結構

3.2.2 實驗教學設計 虛擬局域網(Virtual Local Area Network，VLAN)在一個物理網段內按照需求進行靈活的邏輯劃分，不受主機物理位置限制。相同VLAN內的主機可以互相直接訪問，不同VLAN主機之間互相訪問必須經由路由設備進行轉發。劃分VLAN是交換機的重要配置操作，可以有效進行數據隔離，提高安全性能。以劃分VLAN知識點為例進行PBL與BOPPPS融合的教學設計，見表1。

表1 PBL和BOPPPS融合的實驗教學設計方案

3.3 導入(B)

為醫院網絡系統劃分VLAN是提高安全性的重要措施。許多醫院并未利用交換機的VLAN劃分功能，可能造成安全隱患。為激發學生學習積極性和成就感，基于PBL問題導向設計的教學策略，首先給出一個聯系實際的問題：假如你是醫院的網絡管理員，為保障數據安全，如何實現醫院門診部和住院部計算機的相互隔離？早期布線規劃中，網絡中有1臺交換機，即同時連接門診部和住院部的計算機。現要在交換機上做適當配置以實現門診部和住院部的數據隔離。為解決這一實際問題，學生需要學習VLAN相關內容及實際操作方法。具有真實性、可行性、應用性和挑戰性的具體問題情境能夠極大地激發學生實踐熱情，活躍課堂氛圍。

3.4 學習目標(O)

在這一環節，需要教師給出明確的學習目標，即學習結束后學生能夠有什么收獲，達到什么水平。學習目標的制定應當和教學內容相契合，使學生能夠“跳一跳，夠得到”。結合項目問題情境，即要在交換機上實現門診部和住院部的數據隔離，學生展開分析討論，回顧理論課上學習的VLAN概念及工作原理，進而意識到需要利用VLAN解決問題。這一部分內容的學習目標包括3個方面：一是知識目標。理解局域網和VLAN的原理與應用；掌握2層交換機VLAN的劃分方法和配置命令；掌握驗證VLAN劃分方法。二是能力目標。培養學生靈活運用理論知識解決實際問題的工程設計思想和高階思維能力。三是情感目標。培養學生自主自律、團隊合作、積極解決問題的精神品質。

3.5 先測(P)

這一環節主要是測評學生的專業基礎和能力，即前導知識的掌握情況，進而作為調整授課內容深度與進度的依據。一般可以采用課堂提問、師生討論、隨堂測驗、實驗報告等形式達到預測評的目的。配置交換機虛擬局域網需要熟悉交換機的基本配置，因此先要測試學生是否已經熟練掌握所學交換機命令行各種操作模式及各模式間的切換，見圖2。可以設計幾個預評價問題了解學生基礎，如交換機的“命令行模式有哪幾種”“各模式如何進入和退出”“如何查看交換機端口配置”“利用交換機如何構建局域網”等。

圖2 交換機命令行操作模式

3.6 參與式學習(P)

參與式學習是BOPPPS教學模型中最重要的環節。強調在教學過程中“教師主導、學生主體”的雙主理念，即教師發揮組織和引導作用，而學生是具體實驗操作的探究者和執行者。在教師講授VLAN的工作原理、同一交換機上VLAN的劃分方法和驗證VLAN劃分方法后，學生結合具體項目問題情境進行參與式學習探究。學生需要充分發揮主觀能動性，按照團隊分組，進行合理分工、討論方案步驟、排解問題疑惑，直至完成實驗預設結果，見圖3。以學生為主體的參與式學習過程中存在的問題包括學生不適應主動學習方式、自主學習能力有待提高、團隊合作參與度較低、疑難問題排查雜亂無章、產生畏難情緒等。因此作為引導者的教師要巡回式觀察每組學生的操作，注意調動課堂討論氛圍、整體把控時間，引導學生自主討論、解決問題，適度予以指導，進行師生情感對話以及實驗報告的科學書寫指導。引導和幫助學生由被動學習向主動學習轉變。本次實驗的預設結果是同為VLAN10的PC1和PC2可以互相通信，同為VLAN20的PC3和PC4可以互相通信，而跨VLAN的各PC之間不能通信。如果操作不合理可能導致實驗結果和預設結果不一致，在學生自查無果的情況下需要教師引導其探討實驗現象并從設備連線、交換機配置、測試機配置等角度排查問題根源，激勵學生不斷發現、解決問題。

圖3 同一交換機上VLAN的配置項目拓撲結構

3.7 后測(P)

教師通過后測環節檢驗學生學習效果，掌握學生對實驗內容的理解應用和內化程度。不僅要考察學生基本實驗知識和技能以及實驗報告撰寫能力，更要注重考查實驗素養和能力養成情況，重視能力和情感目標的實現[9]。具體形式包括隨機提問、課堂測試、小組匯報等。小組匯報內容包括學習小組實驗過程、實驗結果、實驗過程中遇到的問題及應對情況、團隊分工合作情況、心得感悟等。引導學生舉一反三，活學活用，例如提出實際情境中的問題：假設某企業有兩個主要部門，財務部和技術部，網絡中有1臺交換機同時連接財務部和技術部的計算機。為保障數據安全需要隔離兩個部門的計算機，現要在交換機上做適當配置以實現這一目標。學生通過思考自主設計方案與實施步驟，培養其創新能力和工程設計高階思維。通過不斷創設問題情境，穿插入課堂教學各個環節中，時刻激發學生求知欲、探索欲和理論聯系實際的應用操作能力。同時在這一環節要注意收集多元評價信息，通過小組評比、組內評價、教師評價等形式對學習團隊和個體做出有效評價。重點依據實驗結果、團隊整體表現、成員在實驗過程中的貢獻度等多維指標落實精細化每名學生的評價。教師要細心觀察課堂情況，做到心中有數。

3.8 總結(S)

總結環節是對整個課堂涉及內容的理論梳理和重點提煉。可以通過知識串講、概念圖或者思維導圖等形式將問題背后的知識脈絡呈現給學生，將實踐內容與知識點緊密結合，引導學生及時查漏補缺，鞏固和深化對網絡原理的理解和應用。對于學生掌握較薄弱的內容和知識點，教師可以有的放矢地安排課后復習和練習題[10]。除了總結相關內容外還可以進一步延伸，例如提出一個基于實際情境的問題待學生課后思考：如果門診部和住院部的電腦零散地連接在若干個不同交換機上，該如何進行虛擬局域網的配置劃分以實現數據隔離？從而為之后實驗課“跨交換機實現VLAN通信”的學習做好鋪墊。

3.9 教學效果

對標“金課”要求，計算機網絡實驗教學實施過程充分體現了“以學習者為中心”的理念，考慮了醫學院校專業背景下教學內容的適切性、問題情境創設的合理性、教學模式的科學性和有效性、教學評價的多元性和精準化。近年來PBL和BOPPPS融合的“從問題出發，再回到解決問題上來”這樣以學生為主體的教學模式在實驗教學中不斷得到運用，從課堂表現來看，學生對計算機網絡課程學習興趣明顯增強，參與性更高；從課程成績分析，教學效果有效提高，專業素養得以提升。從近兩年教學評議數據來看，評價選項“教學方法靈活，能合理將新的教育教學方法融入到教學中”平均分為4.84(滿分為5)，“通過教師教學，能增加專業興趣，提升專業理論與技能”平均分為9.74(滿分為10)，“通過教師教學，用所學知識解決一定實際問題的能力有所提升”平均分為4.85(滿分為5)。學生反饋在自主、開放、綜合的計算機網絡實驗學習中獲得的多元能力鍛煉對后續專業課程的學習、參與學科競賽和項目研發具有重要促進作用。在今后教學實踐中，還需更加注重教師在課程中的推動作用，督促學生提高課堂效率，結合適當的獎勵措施以調動學生積極性和參與度。

4 結語

PBL和BOPPPS融合的教學模式實踐對打造有教學難度、有教學深度、有教學廣度、有教學溫度的計算機網絡“金課”具有積極促進作用，為培養具有深入分析醫療領域網絡架構和實際需求處理能力的應用型專業技術人才提供保障。打造課程“金課”，立足“以生為本”進行教學設計，切實發揮學生的學習內驅力和主觀能動性，將理論與實際結合，提高學生工程設計能力與高階思維，同時注重培養學生的團隊協作意識和科學精神。針對具體實施過程中遇到的問題，適時調研社會需求和收集學生反饋，促進課程內容調整和教學方法完善。不論是計算機網絡課程還是其他工程實踐類課程，都應結合課程本身特點和學科特色，在長期實踐中不斷摸索合適的教學模式，改善教學成效。