PBL教學模式在計算機類研究生實驗教學中的應用研究①

胡文瑾

[摘 要] 針對計算機工程領域碩士研究生培養的特點，分析了PBL教學模式對調動學生學習積極性、方便教師對學生學習過程進行掌控以及在培養學生對計算機知識的綜合運用能力方面有著重要的價值。同時，結合西北民族大學計算機專業研究生教育的基礎條件，從實驗教學方案設計、實驗教學方案實施、考核方法等環節探索了PBL教學模式在該校數字圖像處理研究生實驗課程教育中的應用。

[關 鍵 詞] PBL教學模式；計算機類研究生；實驗教學

[中圖分類號] G642 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）01-0106-02

研究生是國家培養高級研究人才的一個學歷層次，與本科生相比，研究生教育更側重于學生研究、分析問題能力的培養，特別是該學科科研能力的塑造。以西北民族大學計算機類研究生為例，在為期三年的學習中，第一年學生需要進行學位課的學習，這類課程的學習絕大部分是采用課堂教學的方式，進一步夯實專業基礎，同時系統學習一些科研方法，為以后做課題研究打下基礎。在這個過程中，授課教師怎樣進行學位課的教學，怎樣指導研究生進入科學研究的大門，是值得我們思考和探索的。

在PBL教學中，學生成為一個自主或自我調節的學習者，學生獲得知識主要靠自己，這就需要學生將主動學習貫穿于全部過程之中。而研究生在三年的學習過程中，特別需要具備主動探究的科研精神，需要自我激勵、自我設置學習目標、獨立進行課題研究、進行自我引導的學習、重新建構知識并解決所研究課題的科學問題。因此，將PBL教學模式引入我校計算機類研究生教學實踐中有著一定的現實合理性和必然性。

一、PBL教學模式的特點及優勢

PBL教學是以學生為主體、以問題為起點、以項目工作為重要環節，將知識獲得與知識應用相結合的探究型學習模式。這種模式需要把學習設置于復雜的、有意義的問題情境中，在該場景中，學生通過直接面對問題，積極地解決復雜的反映真實世界情境的實際問題，獲得了學科的基礎知識和基本技能，最重要的是培養了解決問題和自主學習的能力。一般而言，PBL教學以小組的形式開展教學活動，教師并不直接講授理論知識，只是提供獲取學習資源的途徑和學習方法。這種“非滿堂灌”的學習模式，能夠幫助學生建立主動的思維模式；能夠幫助教師擺脫傳統單一的單向灌輸教學模式，建立起問題探究式課堂，讓學生在探究活動中思考并解決問題，對促進學生學習能力的發展有著極其重要的意義。綜上所述，將PBL教學模式引入計算機實踐教學中具有如下優勢：

（一）PBL教學包含多元的互動，有利于調動學生學習的積極性

PBL教學是師生通過共同踐行一個完備的項目而組織開展的教學活動，在這段歷程中，教師和學生在民主、平等的基礎上進行交往、互動。而PBL的第一步是學生在教師的指導下確定項目，即完成一個課題的立項。學生能夠自覺選擇學習資料和學習方法，這時學生可以制定符合自身的學習計劃，自始至終保持良好的學習熱情，最終感受學習知識帶來的成就感和樂趣。

（二）以“問題”為起點的教學模式，教師更容易掌控學生學習的過程

在PBL教學中，學生發現并提出問題，當然教師也應該進行必要的引導，這是最關鍵的步驟。這是因為PBL教學中的問題有其自身的特點，他們一般不明確，有時甚至是否存在都不確定，因此學生首先必須自己發現問題，然后分析擬達到的最終目標，同時形成該問題的解決方法和策略，以保證所呈現的問題向預期的方向發展。教師應進行分級教學，然后教師在不同階段對學生是否完成問題以及問題完成的優劣等級進行考核，從而掌握學生的學習進度和水平，同時及時地給予指導，對學生的探究過程進行更好的調控。

二、基于PBL的教學實踐

下面以我校研究生開設的數字圖像處理課程為例，通過引入PBL教學法的基本思想，研究該課程實踐教學改革的相關問題。

數字圖像處理課程為計算機科學與技術一級學科中圖像處理與科學可視化方向的重要專業課，包含該專業方向學生必須掌握的專業知識。該課程是一門理論與實踐并重的專業課程，一方面理論部分知識點多、難度大，例如需要用到數學、計算機、模式識別等各方面知識；另一方面技術應用廣泛、綜合性強。研究生通過該課程學習，除了要熟練掌握專業技術知識，還需要了解該方向的研究前沿，提高閱讀專業學術資料和解決實際問題的能力。

（一）基于PBL的實驗教學方案設計

圖像處理課程是以實驗教學為基礎的教學形式，實驗教學又是整個教學過程中理論聯系實際的重要環節。在我校實驗教學一直是一些驗證性、演示性的實驗操作，沒有涉及圖像處理領域最新的研究成果；沒有考慮學生動手能力、主動性、積極性和創新能力的培養。PBL模式教學法要求實驗課程的內容能激發學生的學習興趣。項目的設計在整個基于PBL的教學實踐中發揮著極其關鍵的作用。為此，我們自行撰寫了項目庫，除了包含生產與生活或者是貼近實際中的應用問題，諸如，“指紋識別”“二維碼檢測”“人臉識別系統”等。還結合了授課教師的研究課題，這些項目突破了教材內容，項目的完成需要學生自學教材之外的知識，例如，“唐卡圖像檢索”“唐卡圖像修復”等。學生可以自行在這些項目中進行選擇。

（二）基于PBL的實驗教學方案的實施

數字圖像處理課程在我校目前的開展情況是：理論20個學時，實踐16個課時，每周保證2個學時，總共教學時長為18個教學周。學生采用學習小組的形式完成實踐環節，一般2～3人為一組，小組成員之間以團隊形式分工合作。學生通過利用在線或書籍文獻查閱資料、精讀文獻、分工合作、編程求解問題、研究討論等環節，完成實驗項目的設計和開發，從而實現隱性知識向顯性知識的轉化。通過課程的實踐環節，學生的個人能力得到展示，而最后的討論因為綜合了每個人的智力成果，所以往往能形成最佳的研究方案。在教師和學生經歷了“提出問題——小組討論——得出結論——教師檢驗——分析問題”這一過程后，學生將會切實感受到圖像處理技術的實用價值，充分激發學生的學習興趣，同時教師也會重視MATLAB核心程序代碼的講解，學生也會借助案例學習培養自主解決問題的能力。