PBL教学法在计算机创新拔尖人才培养中的应用研究

摘要：随着科技信息化速度的加快，如何遵循科学发展规律培养一批创新拔尖计算机人才是目前大学教育所面临的一个主要问题。PBL教学法是“基于问题式学习”的自主学习模式，可以很好地培养学生的创新能力和实践能力，为此作者针对目前大学计算机创新拔尖人才培养所存在的主要问题，以PBL教学模式为参考，总结了一套适合培养计算机创新拔尖人才的教学模式。

关键词：创新拔尖；计算机程序设计；PBL教学模式

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）20-0074-04

随着全球化进程的加快，国力的竞争已经成为人才的竞争，世界各国都把目光投向人力资源开发，培养精英人才已成为一种国家战略。计算机拔尖创新人才是指在计算机领域内具有合理的知识结构、较强的创新能力和实践能力的高层次创造性人才和高技术创新人才[1]。探索建立拔尖创新人才培养的有效机制，促进拔尖创新人才脱颖而出，是建设创新型国家，实现中华民族伟大复兴的历史要求，也是当前对教育改革的迫切要求。大学作为拔尖创新人才培养的重要基地，必须努力实施教育创新，注重个性培养，构建多元化的拔尖创新人才培养模式，探索拔尖创新人才脱颖而出的创新机制，营造拔尖创新人才成长的有利条件和环境[2，3]。

武汉大学弘毅学堂的开设是为了响应教育部“珠峰计划”，探索基础学科拔尖学生培养模式，培养未来具有国际一流水平的基础学科领军人才而成立的。弘毅学堂计算机班也成为培养计算机拔尖人才的重要摇篮。计算机拔尖人才在传统模式下不易培养，也不能预选。因此应遵循计算机教育教学规律和拔尖人才成长成才规律，因材施教，既借鉴国内外一流大学已有先进经验，又发挥武汉大学的多学科综合性大学的特色，解放思想，打破传统，积极寻求和探索创新拔尖学生培养模式。

针对我国对计算机拔尖创新人才的需要和现阶段大学生的实际情况，探索Problem-Based Learning（PBL）模式在程序设计类课程设计中的应用，寻求效果更好的计算机程序设计课程教学模式。从而发挥多学科融合的优势，注重培养学生的计算机思维（Computational Thinking）和应用计算机解决实际问题的能力，提出一套可实施性、操作性强的教学模式。

一、PBL教学模式的概念及特点

PBL是一种以问题为导向的教学方法，教师通过设计问题，引导鼓励学生解决提出的问题，学生分组讨论、相互协作分析、解决问题。PBL教学模式突出强调了以学生自主学习、自主解决问题为中心，而老师只是学生学习过程中的引导者，这样的学习让学生能够从被动地吸收，转变为主动地寻求，从而发挥教学的真正作用[4，5]。同时随着科学技术的发展，计算机技术也有飞速突破，单纯依靠灌输的学习思维已经不能跟上现代技术发展的脚步，因此更应该提倡学生自主学习、自主解决问题，培养较强的创新思维和独立思考的意识，因此PBL教学在计算机高级编程语言课程的改革中将会发挥至关重要的作用。

1.PBL教学特点符合现阶段教学模式发展的需求。PBL教学法是“基于问题式学习”或“问题导向学习”的自主学习模式，是倡导学生通过自学、研究、讨论和合作解决问题，培养学生自主学习能力，发展学生综合思考能力的新型教学方法和教学理念。在计算机技术飞速发展的时代，单纯依靠传统的已有的知识学习计算机知识，已经远远跟不上时代的潮流了，特别是在这个大数据思想爆炸和科学技术日新月异的年代。为此怎样结合已有的问题安排学习任务，并在此学习的过程中培养独立的自主学习习惯，营造良好的小组讨论氛围，再通过教师的积极引导，运用现实的科学技术手段解决已存在的问题将会是现代教育教学的一个必备的模式。

2.PBL教学符合新时代的教学观念和教学改革的要求。在高等教育大众化的形势下，高校需要更新教育观念，加强教育、教学改革，创新人才培养模式，不断促进教育教学水平和人才培养质量的提高，为培养更多适应经济社会发展需要、具有创新精神和自主能力的人才做出贡献。PBL教学突破传统灌输式教学模式的束缚，将“以教师为中心，通过教师向学生传授知识的被动学习方式”转变为“以学生为中心，由教师引导，学生通过多种途径在解决实际问题中获取知识的主动学习模式”，激发了学生学习的兴趣和热情，增加了获得大量应用知识的机会，注重培养学生掌握并运用知识的能力。因此PBL教学是一种具有创新意识和新的教学理念的教学方式，符合新时代的教学观念和教学改革的要求。

3.PBL教学逐渐被国内外高校认可，是一种成熟的教学模式。PBL教学最早起源于20世纪50年代美国西余大学医学院的综合课程教育，后来由美国的神经病学教授Barrows在加拿大的麦克马斯特大学首先把PBL引入了医学教育领域。随后PBL模式获得了快速发展，逐步完善形成完整、科学、成熟的教学模式，不断被各大学采用，并取得良好的教学效果。20世纪90年代后，欧洲部分医学院也开始进行PBL模式的教学改革。20世纪80年代以来，我国引进PBL模式的院校逐渐增多，由医学逐渐延伸到各个学科。据WHO报告，全球目前大约有1700余所医学院采用PBL模式，而这个数字还在不断增加，PBL目前已成为国际上较为流行的一种教学方法[6-10]。这同时也说明了PBL教学模式在培养、激发和提高学生对课程的兴趣，对提高教学质量具有至关重要的意义，对于引导教学模式的改革朝着正确的方向发展具有重要的作用。

二、目前计算机编程语言教学存在的不足

针对弘毅学堂计算机班程序设计类课程的特点，学院开设了高级语言程序设计、面向对象程序设计等课程。程序设计能力是计算机专业学生最为重要的专业能力之一，是弘毅学堂计算机班学生今后从事软件开发和科学研究的基础，也是评价本专业学生培养质量的首要指标。目前，我国高校程序设计类课程的教学方式仍采用传统的人才培养模式，基本上是理论课和上机实验课相结合，但理论课和上机课又相对孤立，达不到理论联系实际的教学效果。总体来说存在以下几个方面的问题：课程定位和目标不够明确；教学内容比较抽象难懂，教学方法过于单一，课程之间的连贯性较差；考核方式单一，不能全面考核学生的程序设计能力；实践教学有待进一步加强；程序设计类课程教师水平参差不齐等[11]。

弘毅学堂在计算机语言类课程中所存在的问题可以主要归结为如下几方面。

1.课程较新，入门难。这些课程内容较多，比较抽象，要求理论与实践相结合，是相对难教且难学的课程。特别是这类课程一般都开设在大学的前几个学期，对于学生来说是一个新的事物，在短时间之内较难认清楚课程的价值所在，对学科课程的设置感到迷茫，而这些状况直接导致学生缺乏学习的动力，甚至产生厌学情绪，为此正确引导学生认清楚课程的价值所在，以及循序渐进的引导学生进入课程的学习是对待计算机程序设计类语言的正确方法和态度。

2.缺乏背景知识，学习兴趣不浓厚。文化离不开语言，语言是人类文化最重要的载体，计算机语言也不例外。针对不同的背景知识，每门计算机程序设计语言都有不同的面向对象和应用领域，同时根据不同的问题和利用方式，产生了比较有针对性和目标性的程序语言。而对这些语言背景知识的了解是学生在短时间之内不可能做到的，这需要时间的积累和知识的沉淀，这让学生对该类程序设计语言感觉到枯燥无味，甚至只是单纯学习而不知道其应用的方向和如何解决问题。因此老师在讲授课程时不应该单纯强调技术技能的运用和学习，而应适当扩大学习的范围和对背景知识的讲解，从而帮助学生尽可能快地融入学习计算机语言。

3.创新意识不强烈，缺乏自主学习动力。针对高级语言程序设计、面向对象程序设计、C++等程序设计类课程的培养模式，国内一直采用课堂教授和上机实验相结合的模式，虽然可以保证学生对基础知识有全面客观的了解，但是这在无形之间限制了学生思考的能力和创新的意识，单纯局限于固定模式的死记硬背和解决问题，没有产生举一反三的效果。为突破以前的传统教学模式，尽可能发挥学生的创新意识，运用场景教学的模式，鼓励学生自我学习、自我思考。

为此针对学生在学习过程中所存在的问题，运用PBL教学模式的技术手段，对于帮助学生更好地融入学习过程，更好地掌握运用所学的知识会起到很好的帮助作用。

三、课程体系的改革与设计

1.结合专业知识背景设计教学内容，做到多学科交叉与合作。计算机编程语言并不是一门独立的教学课程，学生在学习的过程中需要结合自己的专业知识背景理解计算机课程所带来的技术手段，从而更好地将所学知识应用到自己的专业领域中，并且结合相关的应用实例进一步加深对所学内容的理解和应用。为此老师在设计课程内容的时候应该尽可能地结合学生自身的专业知识背景，在设计课程案例的时候以相关的专业案例作为例题，从解决当前专业领域内普遍存在的问题出发，培养学习的学习兴趣与创新思维，从而更好地达到计算机编程语言课程教学的效果。

学科交叉通常指在研究环节中，来自不同学科背景的研究者共同协作，调适各自的研究途径，以更准确地切入问题。这种学科交叉的思想突破了传统规范的枷锁，做到充分利用多个学科的特长与知识点，共同解决目前社会或者学科领域内所存在的一系列问题。随着现在社会的发展与进步，很多问题已经不仅仅局限于有一个知识点或者一项技能便可以解决，为此在课程教学中老师应当注重学生的多学科交叉思维的培养与训练，结合自身的或者相关的专业知识内容，设计更具有实际意义和知识背景的课程教学，从而更好地帮助学生形成在以后的学习和工作中独立自主解决问题的能力。

2.紧跟当下科学技术发展脚步，培养创新拔尖技术人才。21世纪初，人类将全面迈向信息时代，信息技术革命是经济全球化的重要推动力量和桥梁，是促进全球经济和社会发展的主导力量，以信息技术为中心的新技术革命将成为世界经济发展史上的新亮点。在信息技术高速发展的过程中起到最关键作用的便是计算机技术的发展，为此老师应当在教授学生传统经典的知识点的同时，也应当根据当下科学技术发展的脚步，传授给学生最前沿的知识或者背景，从而让学生在学习的过程中能够结合目前的知识做到思考，并能更早地定位自己的发展方向与目标。与此同时培养一批具有优秀专业知识技能和应用才能的创新拔尖人才也是我们目前面临的一批挑战，因此结合信息技术的前沿知识，制定合理的教学内容，从最实际的问题出发，帮助学生在完成专业知识的基础上养成活跃的创新思维与扎实的专业技能是目前急需要做的一项工作。

同时在设计课程内容时应充分与社会接轨，在发挥传统的教育理论型与研究型人才培养的优势上，也注重专业应用技术的培养，让学生不仅有完备的理论基础知识，还应当具有扎实的专业技术技能，能够切实培养一批社会企业所需要的高尖端人才。因此老师在设计教学内容时应当紧跟社会发展的步伐，清楚地认识到社会所需要的是哪种人才，信息技术发展需要的是哪种人才，然后结合学生自身的兴趣与专业知识能力，调整不同的培养目标与理论，让学生能够一毕业就可以融入社会的发展潮流，充分发挥自己的才能，为社会和科学发展而服务。

3.基于PBL模式的计算机课程教学内容及教学模式。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，运用所学知识解决实际问题，理论与实践紧密结合的教学方式。运用于计算机基础类课程教学中，可以根据相应的教学目标，结合学生不同的学习类别，选取适当的课题。在教师和小组同学的协助下，运用已有的工具或所学到的知识，逐步学会思考问题，解决问题，从而从根本上完成对问题的解决，这样具有能动性教学方式，会大大提高学生的学习积极性，提高教学效果。

PBL教学模式的大致环节包括如下几个方面。①组建合适的团队：在每学期开学之初，根据学生的意愿和自身的特点，将班级分成不同的项目小组，尽量做到多元化搭配、学习成绩均衡，并由学生自愿推荐一名组长，在日常的学习中注重培养学生的团队意识和协作精神，让学生在学习过程中相互监督、共同进步。②制定合理的项目：在教学过程中，依据已经或者即将学习的课程内容，在不同的时间段提供一个尽可能复杂的有挑战性的项目，同时该项目应该具有一定的吸引力，让学生有探索并深入其中的兴趣。提出合适的项目后，让团队内部成员根据对项目理解的不同提出自己的目标，然后保证内部成员对该问题达成一致，同时全班同学讨论，使大家明确该项目的目标。③PBL过程：在明确目标之后，各个小组成员根据自己对问题的理解，参考自己所学习的知识，提出可行性的方案，同时对不清楚的问题或者新的知识明确学习的目的性，然后各个成员分工协作，共同完成项目的目标，并在项目构建的过程中巩固已学到的知识以及学习新的知识，最后撰写项目报告书，并准备项目成果材料。④项目成果汇报：各小组根据自己在PBL过程中所得出的结果，采用不同的形式汇报自己的成果，根据汇报的成果以及所学到的知识，班级展开讨论与学习，弥补自己在项目过程中考虑不足的地方，同时巩固已有的知识和学习新的知识，并且理顺项目的框架与问题背后的关系与机制。⑤项目的扩展应用：为了提炼他们所学到的知识，学生们要反思项目（问题）解决的过程，要考虑不同的解决方案，这可以帮助他们概括和理解新知识的应用情境。

计算机技术的发展日新月异，计算机基础课程的教学内容涉及面广，知识更新快。在设计课程内容时应当符合专业知识背景，同时满足社会和国家对计算机编程创新拔尖人才的需要，而PBL教学模式则可以很好地结合实践，培养学生独立思考与独立学习的能力，这种教学模式对于解决实际问题和培养专业知识技能有很大的帮助，尤其适用于当下计算机编程语言教学。

4.设置合理的考核方式与效果评价。PBL是基于问题或项目的教学方法，这种方法的初衷是培养学生主动的知识建构技能，转变传统教学中不适应应用性或实践性教学，不能达到教学目的的局面。为此该教学模式在一定程度上注重学生的自我学习与独立思考，放松了对学生的严格约束和管理，这就要求学生具有很强的自觉性和控制力，因此教师在教学模式实施的过程中应当制定一套合理的考核方式，通过另一种方式反映学生的学习成果与定期检查。在PBL教学模式通过全程式的考核方式，细化学生成绩考核机制，将现有的期末成绩加平时成绩的考核方式，细化为期末考试、机试成绩、实验成绩和平时成绩。这样能全程了解学生在不同时段的学习情况，并可以根据不同的情况制定合适的策略，以更好地补充和完善PBL教学模式在计算机编程语言课程中的应用。

问题式教学模式的目标是学生通过解决问题而学习巩固学科知识，学会分析问题、解决问题，提高学生查阅资料的能力。因此，学生每完成一个任务，都做好交流展示和反馈，尤其对于学习新的知识点，对能很好地完成任务的学生给予表扬和评析，同时教师提出具体的建设性意见，不仅能提高学生的学习兴趣，还使他们充分发挥学习主人翁意识。此外，学生合理分组、同组成员之间优势互补也是解决问题的关键，能够强化学生的协作意识。

四、结语

计算机编程语言课程改革是一个长期的、循序渐进的过程，随着社会的进步和科学技术的发展，新的教学内容将不断完善，更加高效的教学方式与教学手段也不断涌现。教师要积极进取，不断探索，积极进行教学改革，对新的教学方式方法进行持之有效的研究与探索，为计算机教学事业做出应有的贡献。

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