PBL Network Learning Environment Construction of Computer Programming Curriculum

Education Research Frontier March 2015, Volume 5, Issue 1, PP.7-12

PBL Network Learning Environment Construction of Computer Programming Curriculum Mei Wang, Xiaoyan Ma, Yujuan Li, Lanhua Zhang# College of Information and Engineering, Taishan Medical University, Taian 271016, China #

Email: wangm@tsmc.edu.cn; acm_ict@163.com

Abstract Problem-based Learning (PBL) model is centered on problem-solving, Focus on training students‟ comprehensive ability to solve practical problems. PBL teaching under the network environment is a hot stage, with our own experience in university teaching, computer programming curriculum as an example to construct the network environment of the course instructional design and learning environment, proposed new teaching ideas and methods to carry out an in-depth study of the theory and practice, After the practical application of learning to achieve good results.

Keywords: Problem-Based Learning; Network Learning Environment; Autonomous Learning

计算机程序设计课程 PBL 网络学习环境的构建* 王玫，马晓艳，李玉娟，张兰华# 泰山医学院 信息工程学院，山东 泰安 271016 摘 要：基于问题的学习模式是以解决问题为中心，注重培养学生在解决实际问题过程中的综合能力，网络环境下 PBL 教 学是现阶段研究的热点，结合自身在高校的教学经验，以计算机程序设计课程为例，对网络环境下该课程的教学设计和学 习环境进行构建，开展了深入的理论和实践研究，提出了新的教学思路和方法，通过实际应用，取得良好的学习效果。 关键词：基于问题的学习；网络学习环境；自主学习

引言 基于问题的学习模式 PBL 在医学教育领域的应用在短期内取得了丰硕的成果，同时也得到了其它领域 中教育工作者的普遍认同。经过对部分专业的教学试验发现，PBL 不仅对医学类学生的发展具有积极的作 用，而且对其他专业尤其是应用型专业具有特别的价值，具备推广的基本条件。目前对 PBL 的研究的不足 之处在于：人们还没有完全将理论研究和实践应用及时恰当地结合起来，对 PBL 课程的网络环境下教学开 发和设计的研究还比较薄弱，对于 PBL 实施以后的效果分析和评价手段的研究有待加强。《计算机程序设 计》课程是我校计算机专业的基础课程，也是放射学院、化工学院必修课，全校的公共选修课，而目前传 统教学中，集中授课和上机辅导是两个主要的教学环节。授课方式从早期单纯的“黑板+粉笔”，发展到后 来的“计算机+投影仪”，又发展到目前的“网络化教学平台”，都体现了教学手段和方法的不断变革。现 阶段我国越来越多的学生通过网络来开展学习，对于网络学习的研究也越来越多，但是通过调查发现，对 于网络课程的设计还比较多的关注于设计教学资源，停留在以“教”为主的传统的设计方法，而没有关注 于整体网络学习环境的设计，没有很好地发挥网络的优点，从而造成了网络资源的浪费，只是传统书本的

*

基金资助：山东省青少年教育科学规划项目（13AJY033） 。 -7www.erfrontier.org

搬家。所以网络环境是个全新的学习环境，如何在网络环境下开展 PBL 成为了新的问题。

1

PBL 的发展及应用 问题式学习 PBL 最早起源于上世纪 50 年代的医学教育中，从美国的“初等科学研究”、“自主研究”

到法国的“多样化途径”再到日本的“综合学习”，已经开展了许多 PBL 的探索。国内对于 PBL 开展的研 究大部分是集中在上世纪 90 年代，主要介绍了国外在该领域的研究状况，越来越多的教育工作者逐步尝试 和探索将 PBL 引入到国内的教学实践之中。PBL 模式的核心思想是一个以学生为中心，利用已有的知识和 技能来解决实际问题，从而达到构建和积累经验的学习过程。它强调把学习设置到复杂的、有意义的问题 情境中，通过学习者之间的合作来解决真正的实际问题，从而学习隐含在问题背后的科学知识，形成自主 学习的能力和解决问题的技能 [1-4] 。 PBL 不仅对医学生的发展具有积极作用，对其他专业特别是应用型专业具有特别的价值，选择的课程 《计算机程序设计》是由集中授课和上机辅导两个主要的教学环节所组成，其特点是实践性非常强，要求 学生应该具有动手解决实际问题的能力，如果教师只注重课堂或者理论授课，而忽视了实践练习，或者忽 视了培养学生思考问题的能动性和实践解决问题的良好习惯，无疑该课程就会失败。当学生最终学不到应 有的技能，教师的教学效果也会大打折扣。PBL 的基本原理是以问题为基础，以案例为先导，采用学生自 主学习和小组讨论为主、教师积极引导、运用所学知识来解决实际中遇到的问题，注重理论与实践紧密结 合的教学方式，所以 PBL 的教学理念非常适合该课程的教学工作。 随着高校校园网的普及、网络学习软件的日益成熟、网络带宽技术的不断发展，这些都为 PBL 网络学 习的开展提供了比较理想的技术条件，互联网提供了全新的沟通机制和丰富的学习资源，学生可以随时异 地的进入互联网进行学习，这些特点给开展 PBL 也带来了许多有利的条件。

2

PBL 网络学习环境 PBL 网络教学的设计目标应该是以“问题”为中心，以教师导学，学生合作学习、自主学习为特点的

学习环境的设计，构建一个界面友好、通用性较强的学习平台对 PBL 网络教学的成功非常重要。网络教学 平台可以打破时空的局限，建立虚拟教室从而解决教室不够的问题；由于网络平台具有适时与延时性，一 名教师可以通过网络同时指导多个学习小组，从而解决师资不足的问题。网络还能为学生提供良好的图文 音像并茂、丰富多彩的交互式人机界面，这些都能为学生提供符合人类记忆特点、超文本结构的大规模知 识信息库，这样就很方便地为学生实现探索式、发现式学习都创造了良好有利的条件，学生学习的积极性 与主动性也会因此获得极大的提高。因此网络环境下的 PBL 模式与传统课堂环境下的 PBL 模式相比，在信 息获取、信息交流和信息传输传输方面均有明显优势。 校内网络教学系统是基于本校校园网的环境下开发的，采用 B/S（浏览器/服务器）模式进行设计，主 要由数据库系统、应用服务器和客户浏览器三部分组成。由于用户是通过本地浏览器来浏览服务器中的主 页，与后台服务器和数据库进行信息交流，学生和教师只需要使用浏览器就可以访问网络平台，因此简化 了客户端软件的安装，系统的开发和维护更加简单方便。为了使 PBL 的网络教学能发挥更大作用，成为网 络教育平台的有效学习工具，在教师和学生之间，学生和学生之间搭建起更利于沟通协作的平台，本课程 在网络框架中增加了更多的交互功能。主要包括在线答疑、网上直播、在线测试、虚拟实验、课程论坛、 学习评价等。 通过实践，基于我校网络教学平台环境下的《计算机程序设计》PBL 教学，可以大大提高学生的自主 学习热情和自主学习、协同学习的能力，通过计算机网络获取和评价信息的能力和传播信息的技能也大大 增强，通过网络的信息链接，学生还能够获取大量理论课上以及教科书上未能涉及到的知识，弥补了理论 课学时少的不足。另外学生学习的日常督导工作可以由各项目小组长完成，组长通过网络与教师沟通，教

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师工作效率也会大大提高 [5-10] 。

3

《计算机程序设计》课程 PBL 教学设计 由于《计算机程序设计》课程涵盖的内容概念多、编程方法多、解决问题的技巧性强、实践性强，所

以不论采取的是基于主题的，还是任务驱动式的教学方法，由于教学内容都是由教师事先组织好，并以教 师讲授为主线，学生主要跟随教师的教学思路去接受和理解所学知识，这种传统的方法确实具有很多优 点，但其显而易见的缺点是学生总是处于一个被动的学习状态，由于学生缺乏主动参与的意识，所以学习 兴趣并不高，在以往的教学中不断发现存在诸多问题。PBL 教学方法的主导思想和目标与高校计算机课程 的教学目标一致，也就是为了促进学生灵活掌握基础理论知识和发展高层次的思维能力，提高解决问题的 能力和自主、协同学习的能力。PBL 既是面向目标的同时又是面向现实世界的问题，应用 PBL 教学方法有 利于发挥学生的能动性和创造性，最重要的是能使学生学会学习，从而提高学生的创新实践能力。 表 1 PBL 教学过程阶段设计

3.1

PBL 学习过程

建立项目小组，提出 课程各模块设计案例

自主、协同学习 （反复进行）

汇报及答辩

学习效果评价

教师任务

在理论授课的基础 上，根据课程各章节 分模块，精心设计项 目案例

监督、指导

提炼总结学生成果

理论及成果结合， 综合评分

学生任务

自身知识储备基础上 提出解题思路

团队合作模式下，分 工负责项目，自主查 询资料，合作探讨， 共同求解问题

结合自己学习成果， 答辩及成员间打分

总结通过项目的解 决，自己掌握了哪 些知识和技能

建立项目小组 教学中，将传统的理论章节知识划分为模块，每个模块在教学过程中指定 4-6 名同学组成一个合作学习

小组，小组成员根据教师提出的问题结合教师课堂讲授的理论知识，按照 PBL 模式的学习过程：提出问题 ——自主、协同学习——汇报总结——学习评价，完成一个模块的学习。同一个小组内学生的认知、性格 特点不尽相同，这样更加有利于学生从不同角度、不同层次来思考解决问题。 教师首先要明确每组的任务，每组选一名组织能力和责任心强的学生担任小组长，负责本小组成员的 组织分工等工作，小组内各成员的学习基础各不相同，需要明确分工来确定各自服软责任，以保证所有的 学生都有自主探索的机会，并保证能积极地投入到问题的解决过程中去。

3.2 精心设计 PBL 项目案例 选择项目要从学生身边比较熟悉或者感兴趣的案例出发，选择的案例一定要难度适宜，如果难度大了 会增加学生的畏难心理，但是太简单了，也会使学生觉得过于容易，这样都不利于教学。通过对往届学生 的调查得知：由于学生的思维方式和知识储备不同，有些学生对经典的编程案例，如百钱买百鸡、猴子吃 桃、蜡烛燃烧之谜等问题缺乏学习兴趣，而且也没办法理解其中的数学原理，具体编程更是无从下手。所 以案例的设计就一定要从学生感兴趣的问题出发，这样才能调动学生学习的积极性，通过编程来了解所学 知识的重要性和实用性。因此在实践教学中引入了学生信息管理系统、计算器、万年历、值班安排系统等 学生感兴趣的实例 [5] 。

3.3 学生的自主学习 学生从设立的项目案例出发，先复习理论授课内容，找出案例中所需相关理论知识，并通过参考书、 -9www.erfrontier.org

图书馆、网络平台的电子资料、学习软件等多种资源对设立的案例试行解答。根据教师所精心设计的案 例，必然要涉及所学习的基本知识，因此在联系实际问题的基础上再次强化理论课堂上的基础知识，不仅 加深了学生的印象而且由于出发点是要解决实际问题，每个学生都急于找到问题的答案，从而调动了其思 维的主观能动性和潜力，效果比起传统教学方式更加有效，并能合理地最大限度地使用时间，达到了自学 的目的。而教师在这个过程中始终起的是引导的作用，全程引导学生来完成项目。每一个项目案例中都包 含着不同知识点和时间技能，学生接受项目后首先思考应该如何去完成该项目，预计在完成项目的过程中 将会遇到哪些难以解决的问题，所有的问题是学生自己思考自己提出的，所以也是他们强烈想要知道的知 识点，此时教师再根据学生的自主学习的情况，将新知识传授给他们或者给出获取新知识的途径，这样就 能更好地调动学生主动求知的欲望。 对于学生信息管理系统、值班安排系统等比较复杂的项目案例，为了能够充分调动学生的学习积极 性，教师可以先将案例的整体运行效果以及每个子系统模块所要完成的功能先演示给学生，再将系统的部 分源代码交给学生，由学生自主学习讨论，在学生在讨论的过程中教师适时提问，之后学生可以上网或去 图书馆查找资料，自己摸索完成相同的子系统功能。在自主学习的过程中，教师不再干预学生的自由学习 讨论，只负责回答关键问题，监督所有的学生是否都参与其中，要求学生最后必须以项目小组为单位提交 成型的系统程序，由老师进行检验指正。 通过实际的教学实践，由于要求小组中的每位成员分别负责一个模块，发现使用这种以小组为单位设 计完整系统的 PBL 学习，不仅可以调动学生的学习积极性和能动性，提高自身的动手能力和协同工作能 力，同时由于每个学生都参与到项目的整个设计过程中，也可以让学生了解计算机程序设计的基本框架和 流程，熟练掌握理论授课所学知识点，并能实际应用所学知识，亲自动手做出既有意义又有实用价值的软 件系统。PBL 学习的效果使得学生不再觉得学习计算机程序设计语言是枯燥无趣，觉得是在进行有意义的 学习，逐渐对编程产生了兴趣，增加学习的积极性和动力。 在实际指导中，可喜地发现有的学生开始了解和比较各种编程语言的区别，除了对计算机能够熟练操 作以及对编程语言熟练掌握应用外，也增强了对学习其它相关计算机专业知识的学习兴趣，特别是对数据 库原理、计算机网络、软件工程等知识的综合应用能力。

3.4 协同学习 各成员的协同学习、项目小组内部成员间的讨论是 PBL 教学模式中非常重要的环节，由指导教师和项 目小组长组织学生围绕要解决的案例和系统任务，对所收集的各种资料进行汇总分析，深入推理讨论，讨 论过程以问题为基础，以学生为中心，要求学生交流学习心得体会，在团队中分享对问题的想法和分析， 归纳出解决问题的办法，在此基础上再提出新的问题，根据讨论中提出的新问题，学生又回到自主学习的 过程，对新的问题再次查找资料，寻求解决问题的方案，通过在实验中验证自主学习得到的知识，之后又 通过小组讨论归纳解决问题的办法，再次提出更为行之有效具有创新性的思路和算法等。 这样整个过程经过多次的反复，使得问题得到较为圆满的解答。

3.5 教师全程引导监督 教师必须改变传统“教”的观念，在 PBL 模式中由知识的传授者变为知识的引导者、学生自主学习的 倾听响应者、项目团队的沟通者。教师引导学生独立进行自主学习，项目讨论过程中在听取学生的讨论 后，对讨论情况进行点评，对讨论过程中所存在的难点问题作进一步的分析和解答，及时总结和归纳知识 要点，提出学生存在的问题及改进的建议，以保证学生能够明确问题的关键和获取有效的知识。 在自主学习和项目讨论阶段，教师不仅要全程引导监督，还要与学生进行互动和交流，提倡学生之间 对问题互相补充和修正，加深每个人对知识的理解，这也是 PBL 教学模式中非常重要的环节。

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3.6 项目效果评价 项目评价是 PBL 教学的一个重要特征。教学中所采取的方法是：在学习过程结束后，通过报告和答辩 的形式对项目进行最终评价考核，项目效果评价环节主要采取的方式如下： 1．理论考核和成果考核相结合 报告成绩采取理论考核和成果考核结合的方式，理论考核主要目标是综合考察学生对计算机程序设计 语言的定义方法、各语句的控制流程和框架结构等知识点的掌握情况，采用闭卷笔试进行考核的方法。成 果考核是通过对小组最终完成的项目进行实际运行考核打分，为了防止个别学生学习没有主动性，教师检 查各小组每个成员的完成情况以及项目的总体完成情况，由于个人成绩会影响到总体成绩，也有效的避免 了个别浑水摸鱼的现象。 2．项目答辩 项目答辩采用的答辩方式是让每个学生介绍自己在项目小组中的分工，完成情况和遇到的问题以及解 决方法等，然后运行程序测试系统，这样在运行测试程序的过程中可以进一步让学生理解系统执行的过 程。要求学生对自己负责的学习内容、在完成作品过程中的自己表现作详细介绍。教师对学生的工作成果 和在学习过程中的表现和能力给予评价，肯定成绩并提出不足，为每个学生树立更加明确的学习目标，促 进学生综合能力的提高。 3．小组成员互评 同一小组内的成员互相评分，按照每个人的表现和对项目完成的贡献大小决定小组中各成员的成绩。 答辩成绩占总成绩的 50%，报告成绩占 40%，小组成员互评成绩占 10%，最后将各项成绩按以上的系 数综合给出每个学生的项目评价总评成绩。 针对《计算机程序设计》课程的教学，经过两个学期的 PBL 网络学习环境下的学习， 学生的问卷调查 反馈如下： 表 2 学生对 PBL 网络学习的问卷调查 优于传统教学

差于传统教学

无差别

问卷项目 人数

4

百分比

人数

百分比

人数

百分比

1

掌握知识的系统性

62

77.5

7

8.75

11

13.75

2

对理论教学内容的记忆理解

71

88.75

4

5

5

6.25

3

提高自身实际动手编程设计的能力

78

97.5

0

0

2

2.5

4

增强分析解决问题能力

75

93.75

2

2.5

3

3.75

5

加强自主学习能力

71

88.75

3

3.75

6

7.5

6

激发学习兴趣

75

93.75

1

1.25

4

5

7

加强交流协作

78

97.5

0

0

2

2.5

8

增强相关计算机专业知识学习兴趣

75

93.75

2

2.5

3

3.75

9

对网络学习的控制能力

72

90

5

6.25

3

3.75

10

综合评价

75

93.75

1

1.25

4

5

总结 PBL 网络学习环境的基本原理是以问题为基础，以案例为先导，采用学生自主学习和小组讨论协同工

作为主、教师全程积极引导，根据精心设计的案例，采用理论与实践紧密结合的教学方式，促进学生运用 所学知识解决实际问题，有利于引导学生充分利用网络环境，改进学习方法。通过《计算机程序设计》这 门注重实践性的课程进行教学实践，使学生结合 PBL 的案例教学，在平时学习中能带着问题走进课堂，带 着问题走出课堂，符合专业特点，实现优势互补，资源共享。能充分发挥学生的主观能动性，提高实践创 - 11 www.erfrontier.org

新能力和对知识的综合应用能力。

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【作者简介】 1

王玫（1980-），女，汉族，硕士，副教授，研究方向为：计算机应用技术、教育技术学，2004 年毕业

于山东科技大学信息科学与工程学院。 Email: wangm@tsmc.edu.cn

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