PBL教學法在《軟件技術基礎》課程教學中的應用

劉 洋，廖琪梅，常小紅，張國鵬，盧虹冰

PBL教學法在《軟件技術基礎》課程教學中的應用

劉 洋，廖琪梅，常小紅，張國鵬，盧虹冰

目的：解決《軟件技術基礎》課程知識點抽象造成的學生難學、教師難講的問題，探討問題式學習（problembased learning，PBL）教學法在《軟件技術基礎》課程教學中應用的可行性。方法：在分析PBL教學法特點的基礎上，結合實例分析該教學法在《軟件技術基礎》教學中的應用。結果：將PBL教學法應用到《軟件技術基礎》課程的教學實踐過程中，可提高學生的積極性，鍛煉學生的算法設計和編程能力，培養(yǎng)學生的協(xié)作精神與創(chuàng)新意識。結論：PBL教學法在《軟件技術基礎》教學中的實施必將大幅提高教學效果和質量。

PBL教學法；軟件技術基礎；教學

0 引言

《軟件技術基礎》是為生物醫(yī)學工程專業(yè)學生開設的一門必修專業(yè)基礎課。從知識結構上看，該課程上承《C語言程序設計》，下啟《信號處理》、《醫(yī)學圖像處理》等專業(yè)課，是生物醫(yī)學工程專業(yè)本科生的主干核心課程。該課程以數據結構為主線，要求學生不僅要建立軟件工程和并發(fā)程序設計思想，還要從領會算法的基本思路入手，學會數據的各種存儲方式和算法實現以及工程上一些實際問題的解決方法和策略?？梢哉f，該課程涉及的概念多、結構多、算法多，知識的理解相對抽象，具有很強的理論性和實踐性，學生學起來相對費力[1]。當前，《軟件技術基礎》課程主要以傳統(tǒng)的課堂教學模式講授，與該課程注重應用及實踐能力的特點相矛盾。因此，學生對數據結構及相關技術的認識往往停留在理論階段，缺乏思考、動手及自主學習能力。

問題式學習（problem-based learning，PBL）是一種以問題為導向、以學生為主體的教學方法。PBL強調把學習置于復雜的有意義的問題情境中，這樣可充分發(fā)揮學生在學習中的主動性，有助于培養(yǎng)學生主動學習和解決問題的能力[2]。該教學方法由美國的神經病學Barrows教授[3]引入到醫(yī)學領域，旨在讓學生綜合應用所學知識，結合患者的癥狀、表象、檢查數據和病歷等信息，對患者進行診斷和治療。目前，PBL教學法已逐漸應用于各門課程的教學實踐中。PBL教學模式要求教師從課程特點出發(fā)制定教學方案，以提高學生學習主動性及鍛煉學生動手能力為目的，這必將大幅提高教學質量[4]，將從根本上解決目前《軟件技術基礎》課程重理論、輕實踐的問題。本文將在分析PBL教學法特點的基礎上，對其在《軟件技術基礎》教學中的應用進行以下探討。

1 PBL教學法的特點

PBL教學法，以問題為中心、以學生為主體，改變了傳統(tǒng)的以教師為主體的“填鴨式”教學模式。該教學法以培養(yǎng)學生的自主學習能力為目標，發(fā)揮問題在學習過程中的關鍵作用，利用實際問題調動學生的主動性和積極性。PBL教學方法主要包括提出問題、設立目標、解決問題、總結與交流等過程，旨在提高學生全面思考、分析和處理問題的能力。

與傳統(tǒng)的教學方法不同，在PBL教學法中，教師和學生的角色發(fā)生了互換，教師由傳授者變?yōu)橐龑д吆妥稍冋?，而學生則由被動接受知識變?yōu)橹鲃臃治?、思考和探索問題，從而成為整個學習過程中的主導者。PBL教學法強調學生是學習的主體，以學生的主動學習為主，將學習過程設置于復雜的、有意義的問題情境中。在這種情境中，學生通過自主探究和團隊協(xié)作來解決問題，從而學習到隱含在問題背后的科學知識。因此，PBL教學法不僅培養(yǎng)了學生發(fā)現問題、解決問題的能力，還培養(yǎng)了學生利用信息資源、自主學習和團隊協(xié)作的能力。雖然傳統(tǒng)教學法和PBL教學法的共同點都是讓學生獲取知識，但PBL教學法可以更好地培養(yǎng)學生的思維方法和獲取知識的能力[5]。

2 PBL教學法在《軟件技術基礎》課程教學中的實施

2.1 加強前導課程學習

在《軟件技術基礎》課程的數據結構部分頻繁使用指針和結構體來解決問題，而這些知識在前導課程《C語言程序設計》中，也是重點和難點內容。因此，在前導課程中，應為這些知識分配更多的理論和實訓課時，讓學生熟練掌握指針和結構體的基礎知識，并可熟練進行編程，從而為《軟件技術基礎》課程提供知識儲備。

2.2 前期準備

PBL教學模式對教師和學生都提出了更高的要求，教師不再是機械式的施教，而是需要深入教材，組建知識點之間的邏輯關系，針對難點和要點提出問題，并根據學生的情況確定教學目標[6]。而學生則需要在教學目標的指引下進行充分的課前預習、查閱相關資料、對教學內容大致了解，以便在課堂上快速理解學習內容。

2.3 在《軟件技術基礎》課程中融入PBL教學法

2.3.1 聯(lián)系實際，提出問題

在PBL教學模式中，提出問題是至關重要的，問題的好壞直接影響后續(xù)的授課效果。教師應依據教學要求、教學目標以及學生的理解能力設計問題，問題應結合生活中的實際問題，最好與學生的生活或專業(yè)密切相關，這樣才能調動學生的學習積極性，激發(fā)學生的學習興趣。同時，教師應給出在實踐過程中學生需達到的目標、解決問題時所要涉及的元素及使用到的方法技巧、重點難點等。整個教學過程應以學生獨立自主學習及團隊合作討論為前提，以所用軟件技術基礎教材為基礎，以教師設計的問題為中心，充分發(fā)揮學生的主動性和積極性，引導學生分析、研究，進而解決問題。

例如，在講授棧和隊列這一章節(jié)時，應強調它們都是操作受限的線性結構，并結合現實中的例子加深學生的理解，并導入問題。如在講棧時，考慮到軍校的特點，引入手槍的例子，先壓入彈夾的子彈只能最后從槍管里射出，而后壓入的子彈則先射出，這種數據結構遵從“先進后出”的原則，同時還可引入瀏覽器的例子，瀏覽器的“后退”鍵就是棧的一個實例。而在講授隊列時，可采用排隊上公交車的例子，先到的人先上車，后到的人則在隊伍后面等待，這種數據結構遵從“先進先出”的原則。通過舉例引入，使學生對概念有了初步的認識和理解后，教師引出“迷宮求解”的問題，并安排學生完成求解算法的學習。通過問題一步步的引導，學生不僅對知識點的概念有了深入理解，同時對其實際應用也有了較好的認識。

2.3.2 分析問題，設立目標

教師可根據學生基礎強弱程度進行分組，以小組為單位完成任務。選擇一位基礎較好的學生任組長，負責本小組學生的組織、協(xié)調和任務分工安排等。學生以組為單位對提出的問題進行討論，研究分析問題并制訂解決方案，確定與問題相關的資源及獲取這些資源的方法等，進而對教師提出的問題進一步細化。

針對迷宮求解問題，學生首先要分析求解算法中應采用哪種數據結構，然后要分析如何標記當前所在位置、如何判斷所選道路是否為通路、如何判斷死胡同、如何選擇最短路徑走出迷宮等系列問題。

2.3.3 協(xié)作學習，解決問題

在分析問題的基礎上，各組制訂具體執(zhí)行方案并進行任務分工，教師則對各組提出的方案進行最終審核，考察方案的完整性和可執(zhí)行性，給出具體建議。在執(zhí)行階段，小組成員需各自完成自己的任務，分工協(xié)作，充分發(fā)揮團隊的力量，共同完成任務和解決問題。

解決問題是學生發(fā)揮主觀能動性、自主探究的過程。在解決問題的過程中，學生通過積極思考和實踐，可以發(fā)現新的問題，然后通過不斷的“發(fā)現問題—解決問題”，對所學的知識有更加深入的理解。在這一過程中，教師應逐步退出，將主動權交給學生，當學生遇到無法解決的問題向教師求助時，教師應積極主動地給予引導和幫助。

在解決問題時，學生會選擇合適的編程語言，并對數據結構進行定義。鑒于前期剛學習過C語言程序設計，鼓勵學生用C語言進行編程，同時對使用Delphi、Matlab等編程工具的同學進行針對性指導。在學生選擇棧作為數據結構來解決迷宮問題時，鼓勵學生針對順序棧和鏈棧進行分析，選擇合適的結構解決問題。解決問題的思路和手段是多樣的，教師應當引導學生開拓思路，在得到“殊途同歸”結果的同時，建立“百花齊放”的解決方法。

2.3.4 展示成果，總結交流

“展示成果，總結交流”階段是整個PBL教學模式中最重要的一個階段，也是學生知識升華的一個階段。在完成編程任務后，每組選派代表將“迷宮求解”的算法進行上機演示，并陳述設計思路、設計算法時遇到的困難和問題以及這些問題的解決方案。成果展示可提升學生的自信心，培養(yǎng)學生的表達能力。

在各個小組都完成展示后，小組之間進行互評，討論優(yōu)缺點及改進方法，使同學之間可以取長補短，加深對問題的理解，開闊解決問題的思路。在此基礎上，教師應對所有內容進行總結，主要包括梳理知識點、回顧主要內容、算法中的方法和技巧、如何選擇和獲取相關資料、如何編程實現等，從而進一步加深學生對知識的理解。同時，根據各小組任務完成情況進行打分，計入平時成績，教師應注重對學生進行鼓勵，調動學生的積極性，激勵學生在下一次任務中取得更好的成績。

2.4 后期總結

在完成既定的教學任務后，教師應啟發(fā)學生進一步思考，如：如何改進算法以達到最優(yōu)的時間和空間復雜度，解決問題的方法對自己的學習有哪些啟示等，并以書面形式提交給教師。教師在分析、總結學生心得體會的基礎上，發(fā)現并改進教學中存在的問題，不斷完善教學計劃和設計。

3 結語

將PBL教學法應用到《軟件技術基礎》課程的教學實踐過程中，不僅提高了學生的積極性，鍛煉了學生的算法設計和編程能力，而且還培養(yǎng)了學生的協(xié)作精神與創(chuàng)新意識，提高了學生發(fā)現問題和解決問題的能力。

作為一種主動式、知識探究型的教學模式，PBL教學法彌補了傳統(tǒng)被動式、知識傳授教學模式的不足，其以問題為中心、以學生為主體、以教師為引導的小組討論式教學模式，可有效提高學生的學習積極性和自學能力。通過設計問題，鼓勵學生通過自學和集體討論、相互協(xié)作來分析、解決問題，從而學習、鞏固相關知識，進而培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力。在PBL教學法實施過程中，要求教師具有良好的自身素質和教學技巧，要具備提出問題、解決問題的能力以及良好的組織和管理能力?？偠灾?，PBL教學法在《軟件技術基礎》教學中的實施必將大幅提高教學效果和質量。

[1]趙艷明.基于PBL的數據結構教學研究與改革探討[J].教育發(fā)展與研究，2010（23）：188-190.

[2]Farmer E A.Faculty development for problem-based learning[J].Eur J Dent Educ，2004，8（2）：59-66．

[3]Barrows H S.Problem-based learning in medicine and beyond：a brief overview[J].New Dir Teach Learn，1996，68：3-11.

[4]劉儒德.基于問題學習對教學改革的啟示[J].教育研究，2002（2）：73-77.

[5]Martin T，Rivale S D，Diller K R.Comparison of student learning in challenge-based and traditional instruction in biomedical engineering[J].Ann Biomed Eng，2007，35（8）：1 312-1 323.

[6]陳曉霞.數據結構教學中的案例巧用[J].計算機教育，2010（24）：61-63.

（收稿：2014-06-10 修回：2014-10-11）

Application of PBL teaching method in Fundamentals of Software Technology

LIU Yang,LIAO Qi-mei,CHANG Xiao-hong,ZHANG Guo-peng,LU Hong-bing
(School of Biomedical Engineering,the Fourth Military Medical University,Xi'an 710032,China)

ObjectiveTo introduce problem-based learning (PBL)into the teaching of Fundamentals of Software Technology.MethodsThe characteristics of PBL were analyzed,and its application to the teaching of Fundamentals of Software Technology was explored with some examples.ResultsPBL might enhance the student in learning motivation, algorithm design,programming,cooperation and innovation.ConclusionPBL teaching method promotes the teaching quality and efficiency of Fundamentals of Software Technology.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（3）：142-144]

PBL teaching method;fundamentals of software technology;teaching

R318；C961

A

1003-8868（2015）03-0142-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.03.142

軍隊青年項目（13QNP126）

劉 洋（1981—），男，博士，講師，主要從事醫(yī)學圖像處理方面的研究工作，E-mail：yliu@fmmu.edu.cn。

710032西安，第四軍醫(yī)大學生物醫(yī)學工程學院（劉 洋，廖琪梅，常小紅，張國鵬，盧虹冰）

盧虹冰，E-mail：luhb@fmmu.edu.cn