PBL在計算機軟件教學中的研究

孫丕波 周利江

摘要:近幾年來,PBL(Problem-Based Learning,基于問題式學習)已成為國際上越來越受歡迎的一種教學方法。隨著計算機軟件技術的發展,以及國家對軟件人才數量和質量上的迫切需求,軟件開發管理人才的培養迫在眉睫,本文結合筆者多年來對計算機軟件的教學經驗,提出了基于計算機軟件教學中的PBL,為高職教育改革探索提供了新思路。

關鍵詞:PBL;基于問題式學習;基于項目式學習;軟件教育

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

1PBL簡述

基于問題式學習(Problem-Based Learning,簡稱PBL,或稱作問題本位學習),由加拿大Barrows教授首創,經過幾十年的改革創新,目前已成為國際上廣受歡迎的一種教學方法。我國很多培訓機構,職業學校,普通高校也進行了很多有益的嘗試。

基于問題式學習,是以認知心理學和信息加工心理學為基礎的,它強調把學習設置到復雜的、有意義的問題(項目)情景中,通過讓學習者合作解決真實性問題(項目),從而學習到隱含于問題背后的科學知識,培養解決問題的技能,并強化自主學習的能力(self-directed learning),它屬于建構主義學習理論的范疇。

此方法與傳統以學科為基礎的教學法有很大的不同:

(1) 它將教學方式由教師主導轉變為學生主導,強調以學生的主動學習為主,而不是傳統教學中強調的以教師講授為主。

(2) 理論先導轉變為實踐先導,這些問題(項目)非常接近現實世界或真實情景,對學生具有一定的挑戰性,不能簡單的套用原來的解決方法,不是理論知識的簡單套用,而是充分發展學習者分析問題、解決問題的能力,確保在將來的工作和學習中這種能力有效的遷移到實際問題的解決中。

(3) 以學生自主探究為主,教師指導為輔,學生在分析問題、解決問題的過程中學習。教師在PBL中的責任是提供學習材料,引導學生進行學習,監控整個學習過程使計劃順利地進行。

(4) 激發和支持學生的高水平思維,因為學習應該是廣泛學科或主題的整合,強調社會性交流合作的作用、強調支持與引導等。

根據Biggs的理論,教師主導轉變為學生主導的教學轉變,恰恰就是理論教授(演講)到問題導向的轉變,基于問題式學習的本質是大大提高了學習者的參與性,不同的教學方式對專業知識與非專業知識的成長,有很大的影響,如圖1所示,PBL的應用在高參與性的學生中最能產生知識價值,其知識價值包括知識記憶、知識理解、知識應用、知識類推(舉一反三)、知識創造及理論建構。圖1中“問題解決”與“問題導向”有相同之處,兩者都是分析問題、解決問題,但“問題解決”比較及時,可以用現成的資料來解決,不必花費時間做調查、實驗,而PBL必須深入地研究。

2PBL的基本操作步驟

事實上,PBL的操作步驟沒有一個一成不變的模式,不同知識領域、不同課程運用PBL都會有不同的特點,應該根據學科特點和學生情況靈活掌握,關鍵在于通過提出和解決問題實現知識經驗的建構。在計算機軟件教學中,我們的問題就是項目,PBL就是Project Based Learning。根據Barrows的模型,PBL大致包括以下環節:

(1) 組織小組:在解決項目之前,學生首先要組成一個學習小組,可以把班級按項目需要分為幾個人數合適的小組。

(2) 提出新項目:提供給學生一個相對復雜的項目,應該盡量與其在現實世界中的情況相接近,能夠吸引學生。在解決項目的開始,學生和教師要對項目解決的目標形成共同的理解。

(3)PBL過程:小組成員集合一起,溝通他們所學的知識,并相互協作,在解決項目過程中,對他們新學習的知識生成新的解決項目的假設,在項目的建設過程中鞏固知識。

(4) 活動匯報:各小組利用各種不同形式來報告自己的成果、結論以及得出成果結論的過程,比如軟件架構、算法分析、軟件產品、口頭報告等。PBL所強調的不只是讓學生解決項目問題,而且要讓他們理解項目框架和問題背后的關系與機制。

(5) 問題(項目)后的反思:為了提煉他們所學到的知識,學生們要反思項目(問題)解決的過程,要考慮不同的解決方案,這可以幫助他們概括和理解新知識的應用情境。

3當前職業院校計算機軟件人才培養現狀

從我國當前計算機軟件人才教育的現狀來看,軟件人才培養的結構和層次逐漸顯現出偏差與失衡。無論是從培養模式還是從培養內容上看這都無法滿足目前軟件行業對人才的需求。根據軟件協會的報告,只有6%的學生來自于職業技術院校;那么,作為培養軟件應用性人才的中高職院校,有責任培養大量的“軟件藍領”來滿足目前日益增長的軟件人才需求。

我國的職業學校普遍模仿高等院校的教學模式、人才培養模式,有其明顯的不足,主要表現在:

(1) 教育遠遠跟不上企業現實的需求,太多的基礎教育往往窒息了人才的發展空間;

(2) 教材落后于IT技術發展的前沿,課程講授脫離軟件工程的實際,課程體系設計不是職業化為導向,而是以專業學術發展和研究為導向;

(3) 培養層次不清, 與清華、北大等高校的教材、教學大綱基本一致,缺乏梯次性、特色性與實用性;

(4) 培養出來的學生脫離應用實際,教育體制普遍比較落后,每年雖有大量的畢業生應聘軟件企業卻不能馬上投入工作。過分地強調學習、掌握知識卻忽視了實踐,沒有達到知識傳播、技能訓練和廣泛應用的目的。在創造性地應用知識方面,缺乏一種嶄新的觀念以及把知識和現實經濟相結合的意識。

高職IT教育要培養的學生是具有高尚職業道德、扎實理論基礎知識,具有較強的實際工作能力和熟練的基本技能,能站在技術前沿掌握最新技術、熟悉軟件工作規范、適應軟件行業生產一線需求的軟件人才。

4計算機軟件教學采用PBL的優勢

應試教育偏重理論是目前軟件教育的弊端?，F在大學的計算機課程大部分是原理性的,而不是案例性的。學生求職時,招聘的人問‘你會做什么?學生回答‘我學過什么。顯然,計算機軟件教學的改革勢在必行,而計算機軟件開發所具有的實踐性、可操作性為PBL在這個領域的發展提供了新思路。另外,軟件企業開發往往采用團隊開發模式,這恰恰符合PBL的組織模式。

計算機軟件教學有很強的實踐性,對于學生來說,軟件企業的團隊開發模式很容易移植到班級某個小組,借助于網絡的互動和軟件復制的便利性,使學生體驗到團隊精神,使學生在團隊中不斷的學習和發展。團隊學習中的成員是分工協作的,每個成員有自我建構的知識并與其他成員分享,通過學生的交互協作,最終對項目、知識進行整合建構。

軟件開發具有非常大的可操作性,從填鴨式被動教與學,轉化為團隊協作式的學習,教師由“Teacher”轉化為“Instructor”,對學生予以引導和指導;同時,利用、引用真實的工程項目案例,強化學生的動手實踐環節,培養學員的軟能力,為學生踏上工作崗位做好鋪墊,從而實現了真正意義上的“Teaching”到“Training”的過渡。

5計算機軟件教學的PBL設計

計算機軟件教學的PBL設計模式可以根據學校狀況和學生特點靈活運用,項目小組的人員分配可以按照同班級單獨進行,也可以跨班級、甚至跨專業進行。結合Barrows的模型,PBL可以從如下幾個方面進行設計。

5.1項目情景的設計

將所要學習的內容融入一個或者多個大項目中(可以是假設項目,也可以是學校外聯的項目等等),其中教師的講授內容隱含在項目中,學生按自己的專業課程要求和興趣愛好在老師的指導下選擇自己的模塊,重點在于使學習者學會利用自己所學內容,自學知識、分析問題、解決問題,但同時又滲透了項目管理及流程的知識;這些項目大多來源于社會需求,能幫助社會有關企業單位解決很多實際問題。

PBL是基于建構主義對知識和學習的理解。建構主義認為,知識是通過經驗的意義建構,而學習也是一個積極的建構過程,在這個過程中,學生參與到真正的工程項目中去建構更有意義的知識?；诮嬛髁x觀點,PBL強調積極的學習,通過真正認知去學習和在學習者中間通過社會交往去學習。PBL的開始和進行都是通過項目來驅動的,這些項目往往是結構復雜的、面向過程的,而且沒有固定的解決方法和過程。大多數學習主題要反映“真實世界”的問題和真正的認知,設計者應該針對問題開發經驗性學習情景。這意味著設計者應描述為學習者或學習小組所解決的問題,以便讓學習者通過該單元的教學學習解決問題的方法;其次設計者應該努力發現導學性活動與經驗性活動之間的平衡,必須為每一類問題設想經驗性學習情景并加以描述,問題的難度是層級式上升的。

5.2PBL過程設計

在老師的指導下,學生學習相關知識、查閱相關資料,小組團隊溝通協作、完成項目。在創建學習型組織的過程中,知識共享與團隊學習是一個關鍵環節,學生在分享中學習、成長。一般情況下,軟件企業具有比較嚴格的職責劃分(如:策劃師,設計師,操作/支持工程師,程序員,項目經理,需求分析師等),但軟件教學可以不必這么嚴格,應該讓學生充分扮演多重角色,達到鍛煉目的。

5.3學習者自學環境的創建

PBL的學習,很多項目的解決要靠學生的自學活動,在硬件設備上,我們可以采用校園網或者Internet協作,辦公軟件的便利和文件傳遞的方便性極大的提高了協作的效率,另外,可以專門在校園網上開辟一個討論交流欄目,便于小組團隊之間的討論和小組團隊與指導老師的討論,在計算機環境下,為了避免學生陷入信息的困惑中,我們要為他們創設一個良好的自學環境,在小范圍內展示學習內容,并且應用一步一步的入門方法去引導學生;其次在學習中要給學生提供指導,幫助學習者管理他們每天的學習日程;第三,我們可以采取多種策略來刺激學生進行思考或通過各種類型的問題和檢查列表給學習者自我檢測提供機會。

5.4PBL的評價

PBL的軟件教學評價方式是多種多樣的,隨著項目的推進,對于一些基本知識,學生可以通過期中期末測驗進行檢測,自己找出學習目標與知識掌握間的差距,真正的項目成果(軟件作品和論文)成為檢驗效果的重要依據。另外,對于項目研究的成果,學生可以以多種形式放在校園網或者Internet上。一方面可以集思廣益、看到不足、啟發靈感;另一方面有助于相互的交流和比較,促進和激發學生的上進心。最后,教師可以通過多種方式與個別或全體同學就小組的學習情況做一下項目評價,以鼓勵學生研究不同的方法、探究不同的觀點。

6結束語

中國計算機職業教育的前景很大程度上影響著中國計算機行業的前景。高職計算機教育培養的人才應當是具有社會競爭力甚至國際競爭力的應用性人才,尤其是中國軟件行業的發展急切需要大量這樣的高素質、強技能的人才。如何進行高職教育改革、如何縮短學校與企業的距離,是教育的規范性與實用性體現,這也符合當前行業發展的特點。PBL的教學給了我們這樣的啟示:培養出來的人才要能在第一時間為企業所用,很快加入到大型的軟件設計項目中,用統一、規范的語言、代碼進行編程。這對中國的軟件企業規范化發展,提高中國軟件業整體素質水平具有非常關鍵的作用,PBL軟件教學模式的探索對于高職教育和高等教育的改革也有借鑒作用。

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The Study of PBL in the Teaching of Computer Software

SUN Pi-bo1, ZHOU Li-jiang2

(1. Dept. of Information Technology, Qingdao Hismile College, Qindao 266100, China; 2. Qingdao Ocean shipping Mariners College,

Qingdao 266071, China)

Abstract: PBL(Problem-Based Learning)has become an increasingly popular method of instruction among educators recently. Along with the development of the computer software technology, and urgent need of nation to the software workers talented person's quantity and quality, the cultivation of the software worker and manager becomes more and more crucial. In this paper, combining the teaching experience of many years to the software, I put forward the PBL software teaching, which provides a new way of thinking for the vocational-education reform.

Key words: PBL; Problem-Based Learning; Project-Based Learning Teamwork; software teaching