技能大賽導向下的PBL教學法在中職程序設計課程中的應用

□馮 皓 劉奇超

自2014年舉行首屆全國職業院校技能大賽中職組“物聯網技術應用與維護”賽項以來，越來越多的中職學校開始重視此賽項，不僅積極備賽參賽，而且開展了很多賽項資源轉化、以賽促教的研究工作；在2019年，“物聯網技術應用專業”正式獲批成為中職增補專業之一，很多中職學校都在第一時間申報設立此專業。中職學校之所以熱衷于參與物聯網競賽，是因為賽項中“萬物相聯”的新技術和新裝備，可以擴展學生的職業技能，也可以提升傳統課程體系的內涵；學生在參與物聯網工程項目實訓的過程中，同步掌握物聯網程序設計技能，可以更加深入地理解物聯網軟硬件的運行原理，也可以更廣泛地適應其它工作要求。本文嘗試引入PBL教學法，利用在中職物聯網技能競賽項目的培訓經驗，在“C#動態網頁制作”課程中，對程序設計課程的教學過程和教學內容進行改進，讓學生在分析問題和解決問題的過程中更好地掌握程序設計技能。

一、程序設計課程現狀

程序設計課程是計算機相關專業的核心課程，講授程序設計的語法、算法和項目開發等專業技術，但是在中職實際的教學效果很不理想，主要存在以下三個方面的問題：一是程序設計使用的語言脫離實際應用，很多學校仍在使用C、VB語言開展面向過程的編程，開發效率低，難度大，程序與學生的生活體驗、相關課程體系以及企業的人才需求嚴重脫節；二是教師的程序設計技能不高，項目開發經驗不足，只能照本宣科，死記硬背，導致教學內容枯燥，無法引起學生的學習興趣，也不能因材施教，無法滿足學生多樣化的學習要求；三是使用的教材學術水平過高，知識體系龐雜，算法過于抽象，很多教材甚至直接照搬大專、本科的教材，超出了中職學生的理解能力和操作水平，不能有效地培養中職學生的編程思維。這些因素導致了程序設計課程總體質量不高，教師不愿教，學生不愿學，教學流于形式。

二、中職物聯網賽項程序設計題型的特點

中職“物聯網技術應用與維護”賽項中程序設計題目考察的范圍包括C#、JAVA和單片機編程三個方面，這些是當前很多企業開發項目必備的技術，功能強大，應用領域廣，很多最新、最流行也最復雜的程序都是使用它們編寫完成的，是中職計算機相關專業學生應當掌握的關鍵技術。

當然比賽題目充分照顧了中職學生的知識基礎和技能水平，主要以“填空”的形式考查學生應知應會的初級知識，而不會考察復雜項目和算法的編寫。其主要特點是：學生要理解程序的功能要求和處理流程，合理設計美觀的程序界面，補充必要的基礎邏輯語句，正確調用類資源，完成具有實用價值的應用程序。所以在日常訓練中，將比賽真題與教學內容相結合，選定有限的知識點，設計與工作和生活高度仿真的教學案例，可以幫助學生更好地掌握編程技能，適應面向對象的編程形式，養成良好的習慣，并在積累經驗和培養興趣的過程中適應更高難度的編程任務。這是競賽培訓中編程訓練成功的關鍵，也是改進常規教學的重要依據；在訓練過程中積累了豐富的實訓素材，很多都可以在合理優化之后，用于課堂教學。

三、PBL教學法及教學設計

在中職程序設計課程中，PBL教學法(Problem-Based Learning，問題驅動教學法)是教師根據教學目標，整合并簡化常見的應用案例，引導學生在解決問題的過程中理解語法、鍛煉編程思維、掌握編程技能的教學方法。學習活動與問題相結合，有利于引導和維持學習興趣[1]，規范學生的編程習慣，確保代碼規范，結構清晰、易讀[2]。案例要經過必要的簡化，去掉學生難以理解或無法實現的功能，適應學生的知識基礎。問題情境不僅取材于物聯網大賽的項目和設備，還借鑒了常見的軟件案例、經典的數學公式、基本的生活經驗和典型的工作技巧等，方便學生建立自然語言和編程語言的聯系。這些問題情境的編程算法要能夠突出重難點，只面向于最簡單邏輯問題的解決，這也是模塊化編程理念的體現——一個模塊只用來處理一個最簡單的問題。

問題驅動教學法與傳統的任務驅動教學法或項目驅動教學法相比最大優勢在于：問題情境的邏輯結構簡單，重難點突出，學生可以更快地編寫程序并進行驗證，教學反饋更加及時，便于學生在不斷地試錯過程中提高自己；程序的模塊化設計理念，可以將相關算法封裝成模塊，用于處理相應的問題，模塊積累的越多，越有助于處理復雜的任務和項目。將程序設計的教材與物聯網競賽項目的問題情景結合，利用PBL教學法，可以設計如下教學流程。

(一)教師創設簡單的問題情景，引入知識點。問題情景應與學生的知識基礎和實際體驗相關，如網絡購物情景中的金額計算、在線論壇的控件使用、通項公式的計算規律等；簡單的問題情境應當減少無關因素的影響，突出重難點在解決實際問題中的用法；教師要注意引導學生逐步掌握自然語言與程序語言相互轉換的方法，例如通過奇偶數判斷問題學習模運算。

(二)教師創設多個難度逐步提升、綜合性逐步加強的問題情景，引導學生不斷探究和試錯，分析邏輯關系，理解程序語法，發現編程規律，鍛煉編程思維，逐漸掌握規范、靈活、高效的編程方法。針對中職學生學習能力普遍較弱的問題，應當加強同一知識點在不同情境下靈活應用的訓練，讓學生自主發現規律，學會自主選擇各種測試數據測試程序的對錯，提高編程的準確性；通過綜合利用已知知識點設立問題情景，讓學生發現差別，靈活應對各類問題要求；要避免大量知識填鴨式的教學，無規律或無實際應用情景的教學只會打擊學生的積極性，造成厭學情緒；問題情景要注重變通性和綜合性，例如在問題“14歲以下和60歲以上的人可以免票”中，“和”字看起來像與運算，但實際編程要使用或運算，這是自然語言與機器語言在邏輯表述上存在差別的典型例子。

(三)教師提供充足的時間給學生練習。程序的編寫不能一蹴而就，更不能死記硬背，要充分調動學生的積極性與自主性,讓學生在相互合作的過程中激發靈感、深入思考、舉一反三,在輕松的編程活動中牢固掌握必備的編程算法,使不同學習能力的學生都能在此教學環節中得到提高,達到課堂所學知識在本節課就能消化掌握的目的[3]。期間教師要跟蹤學生的學習進度和差異，因材施教：對學習較好的學生，可以引導他們自學相關知識，擴展視野，并完成教師布置的個性化題目，例如學會整型變量以后可以自學浮點型變量在嘗試計算打折問題；對學習比較困難的學生，則通過互助學習和個別輔導，掌握最基本的知識技能，確保全班的教學質量，教師還要鼓勵這樣的學生根據自身興趣在課下額外努力突破自我，掌握更多知識。教師可以簡化一些復雜的經典算法，讓學生在研究、困擾、頓悟之后，領略算法優化的魅力，例如問題“找出3個數中的最大值”，學生要跳出if語句選擇嵌套使用的思維慣性，理解簡化的“冒泡”算法。

(四)利用問題的關聯性和趣味性引導學生在自我挑戰中積極提升。學生要能夠根據知識或問題的邏輯關系自主探究掌握新知識或解決新問題，自我管理學習過程。如教師先指導學生編寫完成“柵欄加密法”，再鼓勵學生編寫其解密算法，學生須要綜合運用已知的所有知識，精準提煉數組下標的組合規律，充分調動計算、推理、編程等多方面的技能，付出大量努力之后才能獲得成功的喜悅；同時教師要針對每個學生的算法，暴露其程序的bug，培養學生邏輯思維的嚴密性和條理性。

(五)教學的容量應根據中職的授課計劃和中職學生的能力水平適當壓縮。學生應會的知識點包括：整型、布爾型、字符串型變量，加減乘除模運算，與或非運算，if語句，for語句，一維數組，函數和類。學生只有掌握了這些知識點及其算法，才算具備比較扎實的基礎，能夠適應其它更多的編程語言。

(六)引入物聯網項目中成熟的軟硬件技術，改進傳統編程課的內容。物聯網實訓平臺中大量的軟硬件資源可以非常方便的調用或使用，獲取環境信息，并控制設備運行，更加可視化地呈現程序設計效果。如使用條碼槍掃描商品條碼查詢商品信息，程序功能與超市購物經驗相結合，學生不僅全面學習了控件的相關屬性和條碼槍的技術原理，還會更加深刻地理解物聯網技術的特點，在參加競賽培訓的時候能夠做到駕輕就熟。

四、結語

本項目選擇“C#動態網頁制作”作為物聯網競賽編程訓練模式向常規課堂轉化的抓手，是基于本校計算機網絡專業課程體系的特點確定的，可以與靜態網頁、數據庫、服務器等課程構建比較完整的課程體系，通過實際的教學驗證，取得了較好的效果，豐富了實訓資源，提高了學生和任課教師的綜合技能。教學效果的提升，又反向支持了競賽選手選拔和培訓工作，真正實現教學和競賽的共同提高。