基于PBL教學(xué)法的統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)課程教學(xué)改革與實(shí)踐

陳 娟，陳文宇，文 泉

（電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，四川成都 611731）

0 引言

為促進(jìn)工科高校計(jì)算機(jī)專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)方案不斷完善，契合新工科背景下一流專業(yè)和一流課程建設(shè)的迫切需求，針對(duì)統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)課程實(shí)施基于問題式學(xué)習(xí)（Problem-Based Learning，PBL）的教學(xué)改革探索與實(shí)踐，致力于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。

PBL 教學(xué)法在醫(yī)學(xué)、英語(yǔ)、化學(xué)、物理等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域均取得了成功的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。由此可見，其核心理念在不同教學(xué)領(lǐng)域中具有普適性。PBL 教學(xué)法注重項(xiàng)目實(shí)踐與理論學(xué)習(xí)的緊密結(jié)合。在計(jì)算機(jī)專業(yè)的課程體系和人才培養(yǎng)中，PBL 教學(xué)法能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主體意識(shí)和學(xué)習(xí)熱情，以問題為導(dǎo)向構(gòu)建情景式學(xué)習(xí)氛圍。

在連續(xù)兩年開設(shè)的統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)課程中，分別實(shí)施了以教材為導(dǎo)向的傳統(tǒng)教學(xué)法和以問題為導(dǎo)向的PBL 教學(xué)改革，通過期末成績(jī)比較發(fā)現(xiàn)，后者學(xué)生平均分和90 分以上占比均顯著提高。電子科技大學(xué)的統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)課程首次應(yīng)用PBL 教學(xué)法實(shí)施課程教學(xué)改革與實(shí)踐，取得的教學(xué)成果和經(jīng)驗(yàn)對(duì)其他計(jì)算機(jī)類課程教學(xué)具有借鑒意義。

1 傳統(tǒng)教學(xué)法的弊端

傳統(tǒng)教學(xué)法以教材為導(dǎo)向，由教師向?qū)W生系統(tǒng)、全面地講授理論和技術(shù)知識(shí)，有助于培養(yǎng)學(xué)生建立扎實(shí)、完整的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)。然而在傳統(tǒng)教學(xué)法的實(shí)施過程中，學(xué)生只能被動(dòng)接受知識(shí)，不能充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性、主體認(rèn)知能力和創(chuàng)新精神。傳統(tǒng)教學(xué)模式下，學(xué)生在統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)課程實(shí)踐編程環(huán)節(jié)表現(xiàn)欠佳，不能靈活實(shí)現(xiàn)回歸模型、多層感知機(jī)、集成方法在算法編程方面的教學(xué)目標(biāo)。傳統(tǒng)教學(xué)模式難以兼顧學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，制約了其科研創(chuàng)新素養(yǎng)的培養(yǎng)和實(shí)踐動(dòng)手能力的訓(xùn)練。此外，學(xué)生在課程知識(shí)點(diǎn)融合、方法與技術(shù)的關(guān)聯(lián)銜接、課題目標(biāo)的實(shí)施規(guī)劃方面均存在明顯不足，無法充分發(fā)揮團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

2 PBL教學(xué)法的優(yōu)勢(shì)

PBL 教學(xué)法強(qiáng)調(diào)以問題為導(dǎo)向，教師通過設(shè)置有實(shí)際意義的開放式問題情境引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，以小組協(xié)作為載體，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行探究和嘗試，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和終身學(xué)習(xí)能力。PBL 教學(xué)法要求學(xué)生能夠掌握解決問題的基礎(chǔ)知識(shí)和方法，與傳統(tǒng)教學(xué)法所講授的知識(shí)體系形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。因此，在統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)課程的教學(xué)改革中，采用PBL 教學(xué)法彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)法的不足，有助于形成雙向交流互動(dòng)的教學(xué)課堂。

3 課程改革具體舉措

3.1 PBL教學(xué)法課程內(nèi)容設(shè)計(jì)

統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)課程主要包括統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)概述、回歸模型、感知機(jī)、支持向量機(jī)、多層感知機(jī)、集成方法、含參模型、不含參模型8 章內(nèi)容，共40 個(gè)學(xué)時(shí)。教師進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的提煉和拆解，按照PBL 教學(xué)法的問題設(shè)置，將該課程劃分為18 個(gè)模塊，每個(gè)模塊2 個(gè)學(xué)時(shí)，理論授課共計(jì)36 個(gè)學(xué)時(shí)。基于PBL 教學(xué)法的統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)具體如表1 所示，共包含18 個(gè)課程模塊及對(duì)應(yīng)的PBL 問題，其中編程實(shí)現(xiàn)類問題占72.22%，數(shù)學(xué)推導(dǎo)類問題占16.67%，對(duì)比分析類問題占11.11%，綜合訓(xùn)練了學(xué)生的編程能力、數(shù)學(xué)推導(dǎo)能力和分析總結(jié)能力。為促進(jìn)師生交流和學(xué)生之間的團(tuán)隊(duì)協(xié)作，統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)課程安排了4 個(gè)學(xué)時(shí)用于口頭報(bào)告和展板展示兩次集體交流活動(dòng)。

在每個(gè)課程模塊，教師首先提出需要學(xué)生解決的核心問題，然后圍繞該問題進(jìn)行相關(guān)知識(shí)架構(gòu)的講授，并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的資料收集和擴(kuò)充學(xué)習(xí)，安排學(xué)生團(tuán)隊(duì)進(jìn)行任務(wù)分解和分工合作，借助課程QQ 群進(jìn)行答疑指導(dǎo)和進(jìn)度檢查。學(xué)生根據(jù)每個(gè)課程模塊核心問題的要求，制定詳細(xì)的學(xué)習(xí)計(jì)劃，嚴(yán)格按照計(jì)劃日程完成相關(guān)算法設(shè)計(jì)、編程實(shí)現(xiàn)、資料整理、理論分析和數(shù)學(xué)推導(dǎo)。

Table 1 Teaching content design of statistical learning course表1 統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

3.2 PBL教學(xué)主要環(huán)節(jié)

統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)課程實(shí)施的PBL 教學(xué)環(huán)節(jié)主要包括問題設(shè)置、小組分工、進(jìn)度檢查、成果匯報(bào)、反饋調(diào)整，具體內(nèi)容如下。

（1）問題設(shè)置。教師根據(jù)課程模塊內(nèi)容設(shè)置統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)課程的PBL 問題，共計(jì)18個(gè)（如表1所示）。

（2）小組分工。每個(gè)課程模塊的核心問題由緊密相關(guān)的若干個(gè)子問題組成。教師根據(jù)子問題的規(guī)模引導(dǎo)學(xué)生選擇隊(duì)友人數(shù)，實(shí)現(xiàn)人力資源的合理配置以及團(tuán)隊(duì)的高效溝通協(xié)作。完成組隊(duì)后，每個(gè)學(xué)生團(tuán)隊(duì)獨(dú)立完成課程模塊的核心任務(wù)，教師通過課程QQ 群在重難點(diǎn)問題上及時(shí)給予支持和引導(dǎo)。該階段注重培養(yǎng)學(xué)生的人際交往和溝通協(xié)調(diào)能力。

（3）進(jìn)度檢查。教師要求學(xué)生制作PPT，融入文本、圖表、動(dòng)畫等多種元素，展示每個(gè)PBL 問題求解階段取得的進(jìn)展、遇到的問題。在求解方法的演示和匯報(bào)方面，教師要求學(xué)生針對(duì)模型選擇、算法設(shè)計(jì)流程、參數(shù)選擇、程序模塊實(shí)現(xiàn)、評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算、運(yùn)算結(jié)果對(duì)比分析進(jìn)行詳細(xì)講解。該階段注重培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和科研能力。

（4）成果匯報(bào)。教師鼓勵(lì)學(xué)生優(yōu)化成果的呈現(xiàn)形式，例如制作標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)計(jì)曲線、規(guī)范數(shù)據(jù)表格、可視化實(shí)驗(yàn)結(jié)果等。要求學(xué)生充分結(jié)合PPT 和即興板書，清晰闡述求解PBL 問題的過程和結(jié)果。該階段注重培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)能力和邏輯思維能力。

（5）反饋調(diào)整。教師通過課堂研探討、問答交流、課后作業(yè)評(píng)閱、課程QQ 群答疑等方式及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的共性問題、認(rèn)知誤區(qū)和學(xué)習(xí)盲點(diǎn)，合理分析不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)能力差異，適度提供PBL 問題的求解思路。該階段注重培養(yǎng)學(xué)生的溝通和交流能力，以及激發(fā)學(xué)生的探索和創(chuàng)新精神。

4 教學(xué)成效

統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)課程考評(píng)要素包括平時(shí)作業(yè)（20%）、課程報(bào)告（20%）、期末考試（60%），其中期末考試采用開卷的形式。在連續(xù)2 年開設(shè)統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)課程的研探討小班中進(jìn)行傳統(tǒng)教學(xué)法和PBL 教學(xué)法的對(duì)比試驗(yàn)。2019 學(xué)年秋季學(xué)期的統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)課程實(shí)施以教材為導(dǎo)向的傳統(tǒng)教學(xué)法，共計(jì)44人。2020 學(xué)年秋季學(xué)期的統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)課程實(shí)施基于PBL 教學(xué)法的課程改革，以問題為導(dǎo)向并引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作，共計(jì)35 人。兩種教學(xué)方法的期末成績(jī)分別如表2和表3 所示。實(shí)施傳統(tǒng)教學(xué)法的學(xué)生期末成績(jī)平均分為83.47 分，90 分以上占比為4.55%。實(shí)施PBL 教學(xué)法的學(xué)生期末成績(jī)平均分為87.05 分，90 分以上占比為40.00%。實(shí)施PBL 教學(xué)法的學(xué)生期末成績(jī)平均分比傳統(tǒng)教學(xué)法提高了3.58 分，90 分以上占比提高了35.45%，提示PBL 教學(xué)法行之有效。

Table 2 Class final grade of students with traditional teaching method表2 實(shí)施傳統(tǒng)教學(xué)法的學(xué)生期末成績(jī)

Table 3 Class final grade of students with PBL teaching method表3 實(shí)施PBL教學(xué)法的學(xué)生期末成績(jī)

5 結(jié)語(yǔ)

為推動(dòng)高校計(jì)算機(jī)專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，本文提出基于PBL 教學(xué)法的統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)課程教學(xué)改革方案，準(zhǔn)確定位學(xué)生的能力培養(yǎng)目標(biāo)，通過問題設(shè)置、小組分工、進(jìn)度檢查、成果匯報(bào)、反饋調(diào)整等教學(xué)環(huán)節(jié)，綜合培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新探索精神，建立創(chuàng)新型人才知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力培養(yǎng)體系。通過連續(xù)兩年的教學(xué)改革實(shí)踐，PBL 教學(xué)法取得了良好成效。該課程在教學(xué)實(shí)踐中收獲的經(jīng)驗(yàn)可以推廣到計(jì)算機(jī)專業(yè)其他課程的教學(xué)改革中，以助力于培養(yǎng)更多創(chuàng)新型人才。