基于PBL教學法的統計學習課程教學改革與實踐

陳 娟，陳文宇，文 泉

（電子科技大學計算機科學與工程學院，四川成都 611731）

0 引言

為促進工科高校計算機專業創新型人才培養方案不斷完善，契合新工科背景下一流專業和一流課程建設的迫切需求，針對統計學習課程實施基于問題式學習（Problem-Based Learning，PBL）的教學改革探索與實踐，致力于培養學生的創新能力和實踐能力。

PBL 教學法在醫學、英語、化學、物理等多個學科領域均取得了成功的應用經驗。由此可見，其核心理念在不同教學領域中具有普適性。PBL 教學法注重項目實踐與理論學習的緊密結合。在計算機專業的課程體系和人才培養中，PBL 教學法能充分調動學生的主體意識和學習熱情，以問題為導向構建情景式學習氛圍。

在連續兩年開設的統計學習課程中，分別實施了以教材為導向的傳統教學法和以問題為導向的PBL 教學改革，通過期末成績比較發現，后者學生平均分和90 分以上占比均顯著提高。電子科技大學的統計學習課程首次應用PBL 教學法實施課程教學改革與實踐，取得的教學成果和經驗對其他計算機類課程教學具有借鑒意義。

1 傳統教學法的弊端

傳統教學法以教材為導向，由教師向學生系統、全面地講授理論和技術知識，有助于培養學生建立扎實、完整的知識體系結構。然而在傳統教學法的實施過程中，學生只能被動接受知識，不能充分發揮主觀能動性、主體認知能力和創新精神。傳統教學模式下，學生在統計學習課程實踐編程環節表現欠佳，不能靈活實現回歸模型、多層感知機、集成方法在算法編程方面的教學目標。傳統教學模式難以兼顧學生的個性化學習需求，制約了其科研創新素養的培養和實踐動手能力的訓練。此外，學生在課程知識點融合、方法與技術的關聯銜接、課題目標的實施規劃方面均存在明顯不足，無法充分發揮團隊協作精神。

2 PBL教學法的優勢

PBL 教學法強調以問題為導向，教師通過設置有實際意義的開放式問題情境引導學生進行自主學習，以小組協作為載體，鼓勵學生進行探究和嘗試，培養學生的創新精神和終身學習能力。PBL 教學法要求學生能夠掌握解決問題的基礎知識和方法，與傳統教學法所講授的知識體系形成優勢互補。因此，在統計學習課程的教學改革中，采用PBL 教學法彌補傳統教學法的不足，有助于形成雙向交流互動的教學課堂。

3 課程改革具體舉措

3.1 PBL教學法課程內容設計

統計學習課程主要包括統計學習概述、回歸模型、感知機、支持向量機、多層感知機、集成方法、含參模型、不含參模型8 章內容，共40 個學時。教師進行知識點的提煉和拆解，按照PBL 教學法的問題設置，將該課程劃分為18 個模塊，每個模塊2 個學時，理論授課共計36 個學時。基于PBL 教學法的統計學習課程教學內容設計具體如表1 所示，共包含18 個課程模塊及對應的PBL 問題，其中編程實現類問題占72.22%，數學推導類問題占16.67%，對比分析類問題占11.11%，綜合訓練了學生的編程能力、數學推導能力和分析總結能力。為促進師生交流和學生之間的團隊協作，統計學習課程安排了4 個學時用于口頭報告和展板展示兩次集體交流活動。

在每個課程模塊，教師首先提出需要學生解決的核心問題，然后圍繞該問題進行相關知識架構的講授，并引導學生進行知識點的資料收集和擴充學習，安排學生團隊進行任務分解和分工合作，借助課程QQ 群進行答疑指導和進度檢查。學生根據每個課程模塊核心問題的要求，制定詳細的學習計劃，嚴格按照計劃日程完成相關算法設計、編程實現、資料整理、理論分析和數學推導。

Table 1 Teaching content design of statistical learning course表1 統計學習課程教學內容設計

3.2 PBL教學主要環節

統計學習課程實施的PBL 教學環節主要包括問題設置、小組分工、進度檢查、成果匯報、反饋調整，具體內容如下。

（1）問題設置。教師根據課程模塊內容設置統計學習課程的PBL 問題，共計18個（如表1所示）。

（2）小組分工。每個課程模塊的核心問題由緊密相關的若干個子問題組成。教師根據子問題的規模引導學生選擇隊友人數，實現人力資源的合理配置以及團隊的高效溝通協作。完成組隊后，每個學生團隊獨立完成課程模塊的核心任務，教師通過課程QQ 群在重難點問題上及時給予支持和引導。該階段注重培養學生的人際交往和溝通協調能力。

（3）進度檢查。教師要求學生制作PPT，融入文本、圖表、動畫等多種元素，展示每個PBL 問題求解階段取得的進展、遇到的問題。在求解方法的演示和匯報方面，教師要求學生針對模型選擇、算法設計流程、參數選擇、程序模塊實現、評價指標計算、運算結果對比分析進行詳細講解。該階段注重培養學生的工程能力和科研能力。

（4）成果匯報。教師鼓勵學生優化成果的呈現形式，例如制作標準化統計曲線、規范數據表格、可視化實驗結果等。要求學生充分結合PPT 和即興板書，清晰闡述求解PBL 問題的過程和結果。該階段注重培養學生的表達能力和邏輯思維能力。

（5）反饋調整。教師通過課堂研探討、問答交流、課后作業評閱、課程QQ 群答疑等方式及時發現學生的共性問題、認知誤區和學習盲點，合理分析不同層次學生的學習能力差異，適度提供PBL 問題的求解思路。該階段注重培養學生的溝通和交流能力，以及激發學生的探索和創新精神。

4 教學成效

統計學習課程考評要素包括平時作業（20%）、課程報告（20%）、期末考試（60%），其中期末考試采用開卷的形式。在連續2 年開設統計學習課程的研探討小班中進行傳統教學法和PBL 教學法的對比試驗。2019 學年秋季學期的統計學習課程實施以教材為導向的傳統教學法，共計44人。2020 學年秋季學期的統計學習課程實施基于PBL 教學法的課程改革，以問題為導向并引導學生自主學習和團隊協作，共計35 人。兩種教學方法的期末成績分別如表2和表3 所示。實施傳統教學法的學生期末成績平均分為83.47 分，90 分以上占比為4.55%。實施PBL 教學法的學生期末成績平均分為87.05 分，90 分以上占比為40.00%。實施PBL 教學法的學生期末成績平均分比傳統教學法提高了3.58 分，90 分以上占比提高了35.45%，提示PBL 教學法行之有效。

Table 2 Class final grade of students with traditional teaching method表2 實施傳統教學法的學生期末成績

Table 3 Class final grade of students with PBL teaching method表3 實施PBL教學法的學生期末成績

5 結語

為推動高校計算機專業創新型人才培養，本文提出基于PBL 教學法的統計學習課程教學改革方案，準確定位學生的能力培養目標，通過問題設置、小組分工、進度檢查、成果匯報、反饋調整等教學環節，綜合培養學生的自主學習能力和創新探索精神，建立創新型人才知識結構和能力培養體系。通過連續兩年的教學改革實踐，PBL 教學法取得了良好成效。該課程在教學實踐中收獲的經驗可以推廣到計算機專業其他課程的教學改革中，以助力于培養更多創新型人才。