PBL教学法在生物医学工程专业C语言程序设计课程的初步实践

黄炳升+郑李韵+赵振富+但果+汪天富+邓云

摘 要 探讨在生物医学工程专业C语言程序设计课程中运用基于问题学习（PBL）教学法的效果。学生分为实验组（22名）和对照组（42名），分别采用PBL教学法和传统授课模式。分析考试结果发现，实验组教学效果较好，在所有考题上的得分都优于对照组。可见PBL教学法有利于增强学生学习积极性，提高学生的动手能力，但仍需因材施教。

关键词 PBL教学法；生物医学工程；教学改革；C语言程序设计

中图分类号：G642.4 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）22-0124-03

Preliminary Application of Problem-based Learning in C Lan-guage Programming of Biomedical Engineering//HUANG Bing-sheng， ZHENG Liyun， ZHAO Zhenfu， DAN Guo， WANG Tianfu， DENG Yun

Abstract The present study focused on the application of Problem-based Learning （PBL） in C Language Programming of Biomedical Engineering. The students were divided into the experimental group （22 students） and the control group （42 students）. PBL was applied in

the experimental group， while the conventional teaching was used in the control group. By analyzing the examination results， we found

that the experimental group showed better performance with higher scores. We concluded that PBL improves the students skills of pro-gramming and the learning initiative. However the lecturers should still make individualized teaching plans in accordance with students aptitude.

Key words PBL teaching method； biomedical engineering； teaching revolution； C Language Programming

1 引言

生物医学工程（Biomedical Engineering，BME）是一门生物、医学和工程多学科交叉的新兴边缘学科，其基本任务是运用工程技术手段，研究和解决医学中的工程问题。生物医学工程多学科交叉的特点使其有别于生物医学和纯粹的工程学科，它以培养具有较强的医学与工程知识更新能力、创新能力尤其是动手实践能力的复合型专业人才为目标[1-2]。传统教学模式普遍以教师授课为主导，学生以听课及完成作业的方式完成被动学习，从而逐渐不能适应新形势下的生物医学工程的教学目标。因此，如何改革传统教学模式，以加强对学生的实践能力和创造能力的训练，是生物医学工程教育所要解决的当务之急。

Problem-based Learning（PBL）教学法译为“基于问题学习”，与传统的教学模式不同，它是以“任务”或“问题”为引导，其本质是以建构主义为基础的教学方法[3]。在该教学法中，学生受任务或问题驱动，基于问题主动学习新知识，并在实践中构建新的知识体系，从而培养清晰的思路、方法和知识的脉络，提升分析问题、解决问题的能力，并有助于调动学习的积极性和创造性，强化在学习过程中的体验感和成就感。这一教学法已经成功在临床医学和生物医学工程专业的课程教学中取得成功的应用[4-10]。

C语言程序设计作为生物医学工程专业的核心課程和计算机软件开发技术的入门课程，需要学生具有较强的动手能力和分析处理问题的能力。同时，生物医学工程作为多学科交叉的边缘学科，需要学生具有较强的创新思维、自主学习能力和团队协作能力。传统的教学方法中，教师占据主导地位，学生学习的方式相对被动，或不利于调动学生学习的积极性与创造性，这对C语言程序设计这门课而言尤其不利。因此，尝试在C语言程序设计课堂上引入PBL教学法，希望借此强化学生在学习过程中的体验感和成就感。本研究的目的在于探讨在生物医学工程专业C语言程序设计课程教学中运用PBL教学法的效果。

2 对象与课程设计

研究对象 本次课程改革实验针对深圳大学64名生物医学工程专业大一学生开展，C语言程序设计是这些学生在大一下学期的必修课。

课程设计 PBL教学法实验设计在生物医学工程核心课C语言程序设计课程教学引入“基于问题学习”的教学模式。根据自愿参与原则，在保证两组学生的学习成绩均衡的基础上，将64位学生划分为实验组和对照组，开始时前者包括26名学生，后者包括38名学生。对对照组学生按照传统教学方式进行课堂授课，并在上机实验课上完成相应任务；实验组即参加教学改革的学生无须参加课堂教学活动，而是在教师的指导下，通过自行查找、阅读资料，并通过成员之间的相互交流等方式，掌握要求掌握的理论内容，同时通过每一章的具体任务加强实践训练。这些具体任务的难度通常高于常规作业，主要包括多项编程任务，任由成员选择完成其中至少三项任务。endprint

实验组学生可以根据自身实际情况控制学习进度；如果有难以克服的问题，可以与实验组成员、实验员以及授课教师在微信微课堂内讨论。教师每两周检查实验组学生的学习成果（主要是所分配的任务完成情况），同时在每两周一次的上机实验时以小测验的方式考核学生对基础知识的掌握程度。通过这些跟踪指导，还可以及时评估实验组学生的学习情况，一旦发现学生不符合实验组参与条件，立即取消其参与资格，以确保其对基础知识的掌握程度以及教学质量。PBL教改的具体实施流程如图1所示。

教学效果评价 记录了这64名学生期末考试的各大题得分及总分作为教学效果评估的依据。本次考试共有基本题和附加题两种类型。基本题包括四道大题，其中，第一题为考查基础知识、基本概念的选择题；第二题为程序填空题，补充若干行代码以完成一些經典的程序；第三题是程序阅读题，通过阅读给出的代码，判断程序运行的结果；第四题为程序编写题，编写完整的程序实现给出的任务。总分即为基本题得分之和，满分为100分。附加题内容为难度较大的程序编写题，满分为30分，只有得分在18分以上才是有效得分并计入考核结果。

统计分析 对于基本题和总分，根据数据是否为正态分布，决定使用单尾t检验或者非参数Mann-Whitney U检验来比较两组学生中总分与各大题成绩的均值（若是Mann-Whitney U检验则是比较中间值）。对于附加题，主要比较实验组和对照组的有效得分人数占总人数的比例，所用的统计方法是卡方检验。所有统计分析均在SPSS 21.0软件中完成。显著性水平设定为0.05，即，若P<0.05，则两组数据存在显著差异；否则认为两者无显著区别。

3 结果

在具体实施过程中，有4名学生从实验组退出回到对照组，因此，实验组最终包括22名学生，对照组有42名学生。教学效果的统计结果具体如表1所示。在所有基本题和总分上，实验组学生得分均高于对照组学生；尤其在程序编写题和总分上，实验组学生得分与对照组学生的得分差异有统计学意义（P<0.05）。另外，附加题得分情况：实验组共有四人有效得分（分数在18分以上），占总人数的18%，平均分为29.5分；对照组共有六人有效得分，占总人数的14%，且平均分为21.0分。对两组中有效得分的学生比例做卡方检验，得P>0.05，表明这两组的附加题有效得分比例的差异并不显著。

4 讨论

实验结果显示，此次C语言教学改革的PBL效果虽然因人而异，但实验组的教学效果总体上优于对照组，这一结果印证了类似研究的发现。在这些面向不同专业学生的研究中同样发现，采用PBL教学法可以有效提高学生的程序理解能力、算法设计能力和实际编程能力[11]；同时，还可以增强学习兴趣，提高沟通交流的能力[12-14]。本次实验结果中，实验组学生尤其在程序编写题及总成绩的表现上明显比对照组学生更为出色，说明实验组学生具有较强的自主编程能力和综合能力。在附加题的表现上也印证了这一点。附加题是比较难的程序编写题，实验组不仅有效得分比例较高，总的平均分也比较高。这个结果是符合预期的，因为PBL教学法的主要目的之一就是提高学生的动手能力和创新能力，并通过互相交流、主动学习提高沟通能力。

有意思的是，在基础题尤其是选择题、程序填空题和程序阅读题上，实验组学生的得分情况虽然较高，但较对照组学生并无显著差异。由于这几个大题主要目的都是考查学生对理论知识的学习效果，因此，这个结果表明PBL教学法对这批学生在基础知识的掌握方面并无明显提高。无独有偶，也有研究发现PBL教学法对于增强学生学习理论知识的效果不太明显[12]。这个结果一方面与PBL教学法本身的特点以及执行方式有关，也与参与PBL教学法的学生水平有关。PBL教学法本身强调学生的自主学习，尤其是针对具体问题的动手实践。因此，如果参加PBL教学法的学生不主动、系统地学习理论知识，而主持PBL教学的教师也没有很好做监督和引导的话，学生对理论知识的掌握不够系统和深入也就可想而知了。因此，为了增强PBL教学法的理论教学效果，需要教师更要注重这方面的引导，也需要学生能够主动配合。

综合两方面的结果还说明，培养模式的不同导致两组学生能力侧重点的不同。对照组学生按部就班、循序渐进地学习课本知识，在指导教师的详细讲解下，对基础知识有着系统的理解；而实验组学生较早投入编程实践中，在平时接受了更多偏向于动手能力的训练，故有较强的动手能力、创新能力乃至综合能力[1，5]。

本研究本身存在一定问题。尤其值得注意的是，虽然在实验开始时平衡了两组入选学生的绩点，但实验组学生相对于对照组学生而言，可能对学习C语言更有兴趣，因此学习主观能动性较强，平均学习能力较强，这或许会使实验结果产生误差，然而这也从另外一个方面说明因材施教的重要性。另外，上述研究只针对深圳大学生物医学工程专业的学生，这些发现可能不适用于不同水平、不同层次的高校的学生。最后，教学效果的评估目前只根据考试成绩，这种评估方式有一定的局限性。

5 结语

综上所述，PBL教学法可以在一定程度上提高学生的实践能力、创新能力，增强学生学习的主动性与积极性，但在理论知识方面的培养效果可能需要教师和学生双方的投入和改进。生物医学工程专业的教学者在进行生物医学工程专业教学改革时，需要因材施教，既要考虑学生自身学习能力与知识水平，也要考虑学生对所学课程的兴趣，从而制订出最适于每个学生的教学方案。

参考文献

[1]马兴成.对生物医学工程发展现状与未来发展趋势分析[J].今日科苑，2008（12）：21.

[2]Enderle J D， Bronzino J D， Blanchard S M. Introduction to biomedical engineering[J]. Journal of Mental Health， 2010，21（2）：154-164.

[3]Barrows H S， Tamblyn R M. Problem-based learning： An approach to medical education[M].Springer Series on Medical Education，1980.

[4]季振宇，李靖，等.任务驱动型教学模式在生物医学工程专业课教学中的应用[J].西北医学教育，2014（1）：117-119.

[5]郝英臻，单晶心.PBL教学法在生物医学工程专业课教学中的尝试：以生物医学工程概论课程为例[J].佳木斯教育学院学报，2014（1）：284-285.

[6]李振声，马显光，邓玲，等.PBL教学法在军队医学院校《生物医学工程学》中应用的探索研究[J].中国医学物理学杂志，2011，28（6）：3080-3081，3084.

[7]刘忠秀.医学教育中PBL教学模式应用的探讨[J].中国高等医学教育，2008（1）：1，16.

[8]陈群，代晓霞，杨占田，等.临床医学本科生对PBL教学评价的研究与思考[J].中国高等医学教育，2016（11）：5-6.

[9]吕磊，张正厚，井西学，等.PBL教学模式对医学生后续课程学习的影响[J].中国高等医学教育，2008（1）：2，12.

[10]吕秀红，郭瑞珍，等.关于病理学实验教学中引入PBL教学模式的初步探讨[J].中国高等医学教育，2008（1）：10-12.

[11]孙炯宁，徐永华.PBL教学模式在《C语言程序设计》教学改革中的应用和探讨[J].电脑知识与技术，2009，5（33）：9373-9374.

[12]范晓峰.PBL模式在高职《C语言程序设计》课程中的实践研究[D].呼和浩特：内蒙古师范大学，2010.

[13]范晓峰，等.网络环境下《C程序设计》课程PBL的探索[J].内蒙古师范大学学报：教育科学版，2010，23（2）：141-143.

[14]张翠萍.PBL教学法在C程序设计教学改革中的应用[J].福建电脑，2011，27（8）：186-187.endprint