基于問題的學習模式在程序設計類課程教學中的應用

摘要:“基于問題學習”(Problem-Based Learning、簡稱PBL)模式是由當前盛行的建構主義學習理論衍生出來的。本文探索了“高級語言程序設計(VC++)”課程新的教學方式，教學實踐證明PBL模式利于發揮學生學習的主動性、能動性、獨立性，增強學生的編程能力，發展與提高學生的創新意識和實踐能力。

關鍵詞:PBL模式;程序設計;自主學習

“高級語言程序設計(VC++)”課程是我校為非計算機專業理工類學生掌握和應用計算機而開設的通識性計算機基礎課程之一，是大學生入學后的第一門程序設計課程。建立程序設計思想、培養基本的程序設計能力與應用開發能力是該課程的主要目標。

傳統的程序設計類課程教學中，教學過程以語法知識為主線進行線性教學，從概念到算法，再到語法的步驟，側重于語法知識的傳授而忽視了編寫程序、調試程序能力的培養，學生始終處于被動地位。在課程教學結束時，學生往往覺得對該課程所學到的知識很茫然，有的能讀懂簡單的程序，有的連最基本的程序結構都不能掌握，在面對一個實際問題時無從下手，更談不上編寫出正確的程序。這樣的結果一方面對學生的學習積極性是很大的打擊，另一方面對學生學習與之相關的后續課程有很大的影響。由此可見，傳統的教學方法對程序設計類課程的教學并不適合，必須改變教學模式，才能達到課程教學的目的。

為此，我們在計算機教學改革過程中，對程序設計類課程教學引入了新的教學理念和方法——基于問題的學習模式，以程序設計為主線組織教學，授課重點放在程序設計方法、算法設計與實現上，以培養學生的實際編程能力為目標，講課直接從問題入手，啟發學生思考，引導學生在問題解決中構造算法進而掌握相關的概念、語法、功能及應用。這樣不僅能發揮學生的主體性，培養學生的好奇心與創造力，還能使學生學會學習，有效地解決問題。

1基于問題的學習模式

1.1基于問題的學習模式概述

基于問題的學習PBL (Problem-Based Learning)，最初于20世紀60年代，由美國的Howard Barrows教授提出，并應用在加拿大McMaster大學的醫學教育中，在近40年的發展和推廣過程中，PBL教學方法已經為醫學教育之外的許多學科教育所采用。

PBL是基于現實世界的問題、以學習者為中心的教學模式，強調把學習設置到有意義的、綜合性問題情景中，通過學習者的合作與不斷反復、改進來解決實際問題，達到學習隱含在問題背后的科學知識的目的，并形成解決問題的技能(Problem-solving Skills)、自主學習的能力(Self-directed Learning Skills)和團隊協作的技巧(Team Skills)[1-2]。

1.2PBL的三個基本要素

PBL的三個基本要素包括:問題情境、學生和教師[3]。

問題情境是課程的組織核心，也是學習的開始，問題作為學習的最初動機和挑戰，它的結構是不明確的，沒有簡單、固定、唯一的正確答案，但它能激起學生探索、尋求解決方法的欲望，構建繼續學習的需要和聯系。當學生身處可以從多個角度看待事物的環境時，問題情境可以吸引并維持學生的興趣，使他們積極地尋求解決問題的方法。期間，學生是致力于解決問題的人，他們識別問題的癥結，尋找解決問題的良好方法，并努力探求、理解問題的現實意義，成為具有自主學習能力的學習者。教師是學生解決問題時的工作伙伴，也是學生解決問題過程中的指導者，為學生積極創造出一種支持開放性探究學習的環境[4]。

1.3PBL與傳統教學模式的比較

(1) 傳統教學模式。往往有固定的內容，基本統一的教學程序，以“講授—演示”的形式給學生傳授

知識，用一些結構良好的問題編成試卷，測試學生是否掌握了知識。簡單說就是老師教，學生學。學生的被動學習使其缺乏主動性與參與性，學生為學習而學習，為考試而學習，考前死記硬背，考后很快忘記，喪失了學習的興趣，同時學生也缺乏自學能力和創新能力的培養。

(2)PBL教學模式。把學生置于混亂的、結構不良的情境中，并讓學生成為該情境的主人，讓學生自己去分析問題，學習解決該問題所需的知識，一步步的解決問題。教師把實際生活中的問題設計為教學材料，不斷激發學生去思考、探索、最終解決問題。簡單說就是學生學，老師幫。PBL教學模式可以提高學生的素質教育，包括自學能力、思維能力等方面的教育[5-6]。

2PBL在教學實踐中的應用

2.1PBL的基本操作步驟

對于PBL的過程，不同的學者提出不同的模型，我們采用了布迪(David Boud)和弗來悌(Grahamel Feletti)提出來的實施策略模型，把基于問題的學習過程分為4個環節:

(1) 給學生呈現一個問題(例如一個個案、研究論文、錄像帶等)。學生以永久小組形式組織與問題相關的已有知識和思想。

(2) 通過討論，學生以疑問的形式提出問題的不解之處，并圍繞這些疑問進行討論。

(3) 學生按照重要程度給學習要素排序，決定哪些問題由全組負責研究，哪些問題由個人負責研究，然后教給組里的其他人。

(4) 把學生重新召集起來，共同探討學習要素，把獲得的新知識運用于問題情境。隨著問題的解決，學生繼續明確需要研究的學習要素。

2.2PBL教學案例

從PBL的實施過程可以看出，PBL的關鍵在于通過提出和解決問題實現知識經驗的建構，在于設計一個問題作為學習的起點[7]。在“高級語言程序設計(VC++)”課程教學中，由教師根據教學的內容與目標來進行問題情境的設計。以下是我們采用PBL模式實施教學的一個具體案例。

本次課的教學內容是循環的使用，目的是使學生理解循環的流程，學會使用VC++中的循環語句(for，do-while和while)解決具有重復操作的實際問題。重點是循環的實現，難點為循環過程的理解，即循環的過程并不是簡單的重復過程，而是以某一終結點為目標的螺旋式過程。具體的實施步驟如下:

(1) 教師給出問題情境。兩個同學之間通過紙條傳遞信息，為防止他人明白紙條內容，約定使用英文并對其加密，加密規則為:將原文中的字母用字母表中其他的字母替換，其它字符不變。由于人工轉換太麻煩，請大家幫助這兩個同學設計加密與解密程序。

問題情境的設計依據是教學內容和教學目標，做到有的放矢。教師在創設具體問題情境時，要順應學生的認知規律，能充分利用學生已有的經驗，并考慮學生的理解程度、盲點和誤區。問題情境的表現形式可以有多種，如生活中的實際問題，趣味性的故事等。

(2) 學生分小組開展討論，提出疑問。如加密規則中字母替換的規律(加密過程和解密過程)是什么，加、解密過程如何選擇，紙條內容如何輸入，如何判斷紙條內容是不是字母，如何進行字母的轉換、如何處理多個字母，怎樣知道紙條中的內容已處理完等。

(3) 小組分工，解決以上的疑問。由小組討論問題處理的流程，確定程序的主體結構，由小組成員根據自己的具體情況選擇任務(解決以上的疑問)，利用教科書自主學習，在此過程中，小組成員之間要積極交流，互助互教，主動解決問題，完成任務。各自的任務解決方案以程序段的形式提交，并讓其他成員理解。最后各小組匯總每個成員的程序段，組合成一個完整的程序，并對該程序中的細節進行必要的修正、完善。

在(2)和(3)步驟中，教師以流動指導者身份出現，在各小組之間巡視查看學生的學習過程，掌握學生的學習進度，并適時引導學生對問題進行深入分析，鼓勵學生多交流、主動尋找解決問題的方法，但一定要注意，教師只能逐步對學生進行提示和引導，指點學生學習的方向，不能明確告訴學生具體的解決方法，要讓學生的思維一直處于活躍狀態，如在完善程序時，可以引導學生尋找修改的切入點，但不能直接指出要修改的位置，甚至幫學生修改。

(4) 總結。首先從各小組抽取一個成員進行總結，介紹解決此問題的算法及每個疑問解決的方法，并對自己的程序進行評價，提出繼續探究的方向。然后由教師總結，重點是循環部分如何實現，提醒學生

注意循環的準備、循環過程、循環終止條件的設定等，并提出新的問題有待學生探究，如在程序中如何保存紙條內容(原文和密文)，如何將紙條內容長期保存，循環還可以解決哪些實際問題等。

2.3PBL教學中的得與失

經過“高級語言程序設計(VC++)”課程的PBL教學實踐，筆者有以下一些體會。

(1) 對程序設計類課程教學中采用PBL模式，對于編程能力較弱的非計算機專業學生來講是最容易接受，在教學效益方面具有獨特的優點，也有很強的可行性。如果該課程的教學能直接在機房進行，能鍛煉學生的實踐能力，有助于提高學生實際編程能力、程序調試能力，使學生對語法和規則的理解更加深刻，課程的教學質量將會得到進一步提高。

(2)PBL教學模式能充分體現程序設計與現實生活的相關性，基本能模擬實際的工作環境，經過學習，學生能盡快建立程序設計思想。

(3) 由于采取了分組教學的方式，可以在小組間適當引入一些競爭機制，給學生增加些壓力，提高學生的心理承受能力與適應能力。

(4) 由于學生的水平存在差異，有部分水平較高學生容易產生個人英雄主義傾向，獨自一人承擔大部分工作;而部分水平較差的學生則有畏難情緒，回避一些關鍵性的、難度較大的工作。教師應當注意強調問題解決過程中團隊協作的重要性。

(5)PBL教學模式對教師的專業能力、課堂掌控能力要求較高。在開展PBL教學過程中，教師承擔著多種不斷變換的角色，要求教師有全面的專業素質。

(6) 在實施操作中遇到了一些問題有待解決，如PBL模式屬于啟發式的教學方法，運用這種教學方式教學需要大量時間，有時會影響教學進度，導致整體教學任務難以完成;傳統的評教體系對PBL教學模式很不利，影響教師工作積極性。

3結語

筆者以PBL模式在“高級語言程序設計(VC++)”課程教學上的嘗試已取得初步成果，在教學中不僅僅完成了課程的教學任務，也使學生對程序設計有了比較深刻的理解，并能對所學的知識進行比較完整的概括與總結。課程完成之后，學生已經具備了基本的程序設計能力與應用開發能力。

實踐證明，PBL作為一種新型的以學為主的教學模式，教師通過設計映射真實世界問題的學習情境，引起學生的學習興趣，結合教學實際，因勢利導，在引導學生自主學習中適時地對學習方法進行指導，不僅能讓學生學會“課程內容”，而更重要的是學會“學習”，具備在未來的工作中，科學地提出問題、探索問題、創造性地解決問題的能力。因此，PBL教學模式是一個幫助學生提高能力，能適應未來職業要求的教學模式。

參考文獻:

[1] PBLI. PROBLEM-BASED LEARNING[EB/OL]. http://www.pbli.org/pbl/pbl.htm.

[2]Peter Schwartz，Stewart Mennin， Graham Webb.Problem —based learning:case studies，experience and practice[M]. London:Kogan Page，2001(3):182.

[3] 謝仁恩，陳曙光. 淺探PBL在大學計算機基礎課程教學的應用[J]. 現代企業教育，2008(18):169-170.

[4] 韓瑋娜，常亮，閻芳. PBL教學中教師的轉變及作用[J]. 數理醫藥學雜志，2008(4):495-497.

[5] 雷勇，夏健剛. 基于PBL的電工學課程教學改革探討[J]. 高等理科教育，2008(5):76-80.

[6] 林銳利，劉芳. PBL教學與我國高校教學現實適用情況探討[J]. 黑龍江教育:高教研究與評估，2008(1/2):98-100.

[7]Diana HJM Dolmans， Willem De Grave， Ineke HAP Wolfhagen，et al. PBL:教育實踐和研究的未來挑戰[J]. 梅人朗， 編譯. 復旦教育論壇，2008(1):81-86.

The PBL Model’s Application in Course Teaching of Computer Programming

CHANG Ben-qin

(Nanxu College， Jiangsu University of Science and Technology， Zhenjiang 212004， China)

Abstract: The PBL model is derived from the current prevalence of constructivism theory. In this paper， practice in course teaching of computer programming (VC++) proved that teaching method of PBL is beneficial to raising students’ autonomous learning ability and activating their learning enthusiasm and interest and improving programming abilities.

Key words: PBL model; programming; autonomous learning

(編輯:彭遠紅)