PBL教學(xué)法在大數(shù)據(jù)課程教學(xué)中的應(yīng)用研究＊

劉媛媛，楊曉敏

(運(yùn)城學(xué)院數(shù)學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院，山西 運(yùn)城 044000)

0 引言

信息化時代，隨著數(shù)據(jù)量的不斷攀升，大數(shù)據(jù)技術(shù)推動了信息科學(xué)技術(shù)的又一次飛躍，加上云計算和人工智能等新型技術(shù)的加成，大數(shù)據(jù)技術(shù)已經(jīng)成為了激發(fā)生產(chǎn)力的新內(nèi)核[1-2]?；诖?，大數(shù)據(jù)相關(guān)專業(yè)的建設(shè)和改革迎來了新的機(jī)遇，大數(shù)據(jù)類課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)素養(yǎng)、數(shù)據(jù)意識、數(shù)據(jù)思維及數(shù)據(jù)分析能力[3]。

大數(shù)據(jù)類課程具有很強(qiáng)的行業(yè)背景和實(shí)踐應(yīng)用意義，基于問題情境的PBL 教學(xué)法非常適用。因此，本文在大數(shù)據(jù)課程的教學(xué)過程中引入了PBL 教學(xué)模式，分別針對問題情境、教師、學(xué)生這三大要素進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計，設(shè)計了與實(shí)際應(yīng)用密切結(jié)合的案例，將教師的角色由“信息提供者”調(diào)整為“引導(dǎo)者”，而學(xué)生成為了教學(xué)過程的中心，并基于PBL 教學(xué)模式梳理了實(shí)施流程，調(diào)整了考核方案，極大的提升了學(xué)生的積極性和自主學(xué)習(xí)的能力[4]。

1 PBL教學(xué)模式簡介

PBL（Problem-Based Learning）是一種以問題為導(dǎo)向的教學(xué)模式[5]，該教學(xué)模式焦距于問題、教師和學(xué)生三大基本要素。其中問題是整個教學(xué)方法的中心，通常由教師將真實(shí)情境中的各種復(fù)雜案例進(jìn)行引入；學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，通過分組的方式進(jìn)行問題的分析和討論，并在此過程中逐漸明確思路，確認(rèn)項目實(shí)施方案；教師是教學(xué)過程的主導(dǎo)者和輔助者，應(yīng)密切關(guān)注學(xué)生的討論狀態(tài)，并適時提供引導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生閃光點(diǎn)予以肯定，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的動力和熱情。

在大數(shù)據(jù)課程教學(xué)中融入PBL 教學(xué)法，通過把契合相關(guān)知識點(diǎn)、符合真實(shí)情境的實(shí)際應(yīng)用問題引入教學(xué)，來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并且在小組討論的過程中更容易發(fā)現(xiàn)自身的優(yōu)勢和知識上的缺陷，為后續(xù)的學(xué)習(xí)提供更加明確的指導(dǎo)。

2 PBL教學(xué)模式下大數(shù)據(jù)課程方案設(shè)計

融入PBL 的教學(xué)方案包含問題、學(xué)生、教師三大要素，本文針對這三大要素分別進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，明確每個模塊的任務(wù)，采用線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)方式將這三大要素結(jié)合在一起，共同完成教學(xué)方案的實(shí)施[6]。

2.1 PBL教學(xué)中問題情境的設(shè)計

PBL 教學(xué)模式中，問題情境為整個教學(xué)過程的核心，本文針大數(shù)據(jù)課程教學(xué)的需求，基于實(shí)際生活中的案例，設(shè)計了貼合教學(xué)知識點(diǎn)的實(shí)踐項目，針對每一個重要知識點(diǎn)都設(shè)計了相應(yīng)的案例，從數(shù)據(jù)探索、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)模型到模型結(jié)果分析等各個環(huán)節(jié)都與實(shí)際案例相結(jié)合，一改傳統(tǒng)教學(xué)方式下的純理論講解，讓學(xué)生在分組討論和實(shí)踐中獲得了更好的鍛煉。以算法部分為例，其案例設(shè)計如表1所示。

表1 算法部分案例設(shè)計

2.2 PBL模式下教師角色的定位

在PBL 教學(xué)模式下，教師除了講解主要知識點(diǎn)，更主要的職責(zé)在于對學(xué)生提供指導(dǎo)和評價。首先，教師需要在題目引入時對學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，介紹案例背景，引起學(xué)生興趣。其次，在學(xué)生討論過程中，教師需提供指導(dǎo)，幫助學(xué)生制定切實(shí)可行的項目方案，確認(rèn)學(xué)生數(shù)據(jù)處理方案是否可行，模型選取是否合適，小組分工是否明確等。最后，學(xué)生提交代碼后，需根據(jù)考核方案給出合理的評價。在此過程中，教師需要把握指導(dǎo)的尺度，在首次指導(dǎo)時，可以盡可能詳盡，幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的習(xí)慣，后續(xù)實(shí)驗中應(yīng)逐步減少指導(dǎo)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生自主解決問題的能力。

因此，在整個PBL 教學(xué)過程中教師的角色定位應(yīng)該是不斷變化的，比如，在學(xué)生討論過程中，教師充當(dāng)?shù)慕巧珵轳雎犝吆陀^察者，但當(dāng)學(xué)生的討論出現(xiàn)問題時，教師應(yīng)該適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)和協(xié)調(diào)，并密切關(guān)注學(xué)生在討論過程中的表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的閃光點(diǎn)，予以及時的鼓勵，從而調(diào)動起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。PBL 教學(xué)模式中教師的角色定位如圖1所示。

圖1 PBL教學(xué)模式中教師的角色定位

2.3 PBL教學(xué)模式下學(xué)生的學(xué)習(xí)模式

PBL模式下，學(xué)生的角色發(fā)生了改變，由傳統(tǒng)模式下的“被動接受者”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃犹剿髡摺?。課程改革中，以與學(xué)生的生活密切聯(lián)系的問題情境作為引入，更能調(diào)動學(xué)生的積極性，學(xué)生在興趣的驅(qū)使下搜集資料、討論方案，在討論的過程中通常會暴露知識的盲點(diǎn)，在此過程中，教師加以引導(dǎo)，學(xué)生對于知識點(diǎn)的理解無疑會更加深刻。

在整個教學(xué)過程中，通過由易至難的案例設(shè)計，讓學(xué)生逐漸完成更加復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析任務(wù)，逐步提升分析問題、解決問題的能力，并在分工合作的環(huán)境下意識到團(tuán)隊的重要性，在提高動手能力的同時提高了協(xié)作能力，在遇到困難的情況下由一開始的教師引導(dǎo)逐步過渡到自主探索，自主學(xué)習(xí)，自己去發(fā)現(xiàn)和轉(zhuǎn)換復(fù)雜的信息，從而構(gòu)建出自己的理論框架和思維方式。因此，PBL作為一種“主動學(xué)習(xí)”的方式，其效果和成效要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的被動學(xué)習(xí)。

3 PBL模式下大數(shù)據(jù)課程方案實(shí)施

3.1 PBL模式下大數(shù)據(jù)課程方案實(shí)施流程

本次融入PBL 的大數(shù)據(jù)課程改革基于一定的應(yīng)用情境引出知識點(diǎn)，并采用經(jīng)典案例進(jìn)行講解，更有利于學(xué)生掌握。在教學(xué)過程中，組織學(xué)生以小組為單位，基于問題情境進(jìn)行討論，完成案例分析任務(wù)，具體實(shí)施步驟如下。

⑴教師設(shè)計多個與實(shí)際生產(chǎn)生活相關(guān)的項目，創(chuàng)設(shè)問題情境，并在該情境中囊括相應(yīng)理論課程的知識點(diǎn)；

⑵課前，教師將項目下發(fā)，學(xué)生組織學(xué)習(xí)小組，提前準(zhǔn)備資料，此時可以輔以慕課資源進(jìn)行知識面擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)線上線下的混合式教學(xué)；

⑶課上，教師有針對性地講解主要知識點(diǎn)并介紹案例背景，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；

⑷小組成員針對案例進(jìn)行討論，確定技術(shù)方案，選擇模型，完成案例分析任務(wù)，在此過程中教師負(fù)責(zé)引導(dǎo)學(xué)生，并給予學(xué)生適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)和評價；

⑸學(xué)生以組為單位完成實(shí)踐任務(wù)，形成分析報告，并進(jìn)行答辯，闡述數(shù)據(jù)處理方法，建模過程，并對模型進(jìn)行評估，教師評價方案是否合理，指出學(xué)生亮點(diǎn)并給出改進(jìn)意見。

在此過程中，教師由傳統(tǒng)教學(xué)中的主導(dǎo)者成為輔助者，而學(xué)生成為整個教學(xué)過程的中心，通過自主學(xué)習(xí)和團(tuán)隊協(xié)作完成案例的數(shù)據(jù)探索、數(shù)據(jù)處理、建模訓(xùn)練、模型評估和報告編寫等整個過程，而教師則根據(jù)學(xué)生的總體表現(xiàn)給出綜合評價，整個教學(xué)模式實(shí)施過程計如圖2所示。

圖2 PBL教學(xué)模式實(shí)施流程圖

3.2 PBL模式下大數(shù)據(jù)課程評價體系

在大數(shù)據(jù)技術(shù)課程考核中，由于引入PBL 教學(xué)模式，原有的教學(xué)評價方式也將進(jìn)行相應(yīng)的修改。與傳統(tǒng)的靜態(tài)評價方式不同，PBL 教育模式的評價為一個動態(tài)的過程，即將整個課程看成是一個包含有若干個部分的整體，每一部分都是相互關(guān)聯(lián)的，每個項目的階段評價都是一個過渡性的評價。

為了更加科學(xué)合理的對學(xué)生進(jìn)行評價，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)課程實(shí)踐性強(qiáng)的特征，構(gòu)建了多元化的考核方式。首先，課程的考核方案由50%的平時成績和50%的課程期末報告組成，調(diào)整了平時成績的比例，使其達(dá)到了50%，更加注重學(xué)生在整個學(xué)期每一階段的動態(tài)表現(xiàn)。其中平時成績又由20%的平時表現(xiàn)，40%的作業(yè)和40%實(shí)驗組成，其中平時表現(xiàn)包括課堂考勤、課堂提問及分組討論中的個人表現(xiàn)等，作業(yè)為課程的階段性作業(yè)，由學(xué)生個人完成，而實(shí)驗和期末課程的報告則按小組提交。整個考核方案更加注重學(xué)生在整個學(xué)期的動態(tài)表現(xiàn)，既關(guān)注了學(xué)生的個人能力，又關(guān)注到了小組成員之間的分工合作，能夠更加全面的對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況做出評價，從而更好的提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

實(shí)施PBL 教學(xué)法后，教學(xué)實(shí)踐的結(jié)果表明，學(xué)生的平均成績從81.6 分提高到了83.7 分，同時學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣得到了提高，學(xué)生的計算機(jī)專業(yè)素養(yǎng)得到了加強(qiáng)，實(shí)際操作能力得到了提升，響應(yīng)了新工科下的教學(xué)培養(yǎng)方案。

4 結(jié)束語

大數(shù)據(jù)時代背景下，大數(shù)據(jù)課程對于培養(yǎng)具有大數(shù)據(jù)思維的復(fù)合型人才具有重要的指導(dǎo)意義，本文在教學(xué)過程中應(yīng)用了PBL 教學(xué)模式，以實(shí)際應(yīng)用情境為中心，學(xué)生分組討論完成實(shí)踐項目。教師由傳統(tǒng)教學(xué)模式中的信息傳遞者轉(zhuǎn)為引導(dǎo)者，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，這是“新工科”背景下提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性、培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作能力和動手能力行之有效的方法，是提升學(xué)生專業(yè)核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)。PBL 教學(xué)模式在實(shí)施過程中還存在一些問題，例如同一小組不同學(xué)生項目貢獻(xiàn)度的評估，實(shí)驗項目選取時難易程度不同造成的最終實(shí)現(xiàn)效果的不同等，這也是在后續(xù)的教學(xué)工作中需要進(jìn)一步研究改進(jìn)的部分。