PBL教学模式在计算机类研究生实验教学中的应用研究①

胡文瑾

[摘 要] 针对计算机工程领域硕士研究生培养的特点，分析了PBL教学模式对调动学生学习积极性、方便教师对学生学习过程进行掌控以及在培养学生对计算机知识的综合运用能力方面有着重要的价值。同时，结合西北民族大学计算机专业研究生教育的基础条件，从实验教学方案设计、实验教学方案实施、考核方法等环节探索了PBL教学模式在该校数字图像处理研究生实验课程教育中的应用。

[关 键 词] PBL教学模式；计算机类研究生；实验教学

[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）01-0106-02

研究生是国家培养高级研究人才的一个学历层次，与本科生相比，研究生教育更侧重于学生研究、分析问题能力的培养，特别是该学科科研能力的塑造。以西北民族大学计算机类研究生为例，在为期三年的学习中，第一年学生需要进行学位课的学习，这类课程的学习绝大部分是采用课堂教学的方式，进一步夯实专业基础，同时系统学习一些科研方法，为以后做课题研究打下基础。在这个过程中，授课教师怎样进行学位课的教学，怎样指导研究生进入科学研究的大门，是值得我们思考和探索的。

在PBL教学中，学生成为一个自主或自我调节的学习者，学生获得知识主要靠自己，这就需要学生将主动学习贯穿于全部过程之中。而研究生在三年的学习过程中，特别需要具备主动探究的科研精神，需要自我激励、自我设置学习目标、独立进行课题研究、进行自我引导的学习、重新建构知识并解决所研究课题的科学问题。因此，将PBL教学模式引入我校计算机类研究生教学实践中有着一定的现实合理性和必然性。

一、PBL教学模式的特点及优势

PBL教学是以学生为主体、以问题为起点、以项目工作为重要环节，将知识获得与知识应用相结合的探究型学习模式。这种模式需要把学习设置于复杂的、有意义的问题情境中，在该场景中，学生通过直接面对问题，积极地解决复杂的反映真实世界情境的实际问题，获得了学科的基础知识和基本技能，最重要的是培养了解决问题和自主学习的能力。一般而言，PBL教学以小组的形式开展教学活动，教师并不直接讲授理论知识，只是提供获取学习资源的途径和学习方法。这种“非满堂灌”的学习模式，能够帮助学生建立主动的思维模式；能够帮助教师摆脱传统单一的单向灌输教学模式，建立起问题探究式课堂，让学生在探究活动中思考并解决问题，对促进学生学习能力的发展有着极其重要的意义。综上所述，将PBL教学模式引入计算机实践教学中具有如下优势：

（一）PBL教学包含多元的互动，有利于调动学生学习的积极性

PBL教学是师生通过共同践行一个完备的项目而组织开展的教学活动，在这段历程中，教师和学生在民主、平等的基础上进行交往、互动。而PBL的第一步是学生在教师的指导下确定项目，即完成一个课题的立项。学生能够自觉选择学习资料和学习方法，这时学生可以制定符合自身的学习计划，自始至终保持良好的学习热情，最终感受学习知识带来的成就感和乐趣。

（二）以“问题”为起点的教学模式，教师更容易掌控学生学习的过程

在PBL教学中，学生发现并提出问题，当然教师也应该进行必要的引导，这是最关键的步骤。这是因为PBL教学中的问题有其自身的特点，他们一般不明确，有时甚至是否存在都不确定，因此学生首先必须自己发现问题，然后分析拟达到的最终目标，同时形成该问题的解决方法和策略，以保证所呈现的问题向预期的方向发展。教师应进行分级教学，然后教师在不同阶段对学生是否完成问题以及问题完成的优劣等级进行考核，从而掌握学生的学习进度和水平，同时及时地给予指导，对学生的探究过程进行更好的调控。

二、基于PBL的教学实践

下面以我校研究生開设的数字图像处理课程为例，通过引入PBL教学法的基本思想，研究该课程实践教学改革的相关问题。

数字图像处理课程为计算机科学与技术一级学科中图像处理与科学可视化方向的重要专业课，包含该专业方向学生必须掌握的专业知识。该课程是一门理论与实践并重的专业课程，一方面理论部分知识点多、难度大，例如需要用到数学、计算机、模式识别等各方面知识；另一方面技术应用广泛、综合性强。研究生通过该课程学习，除了要熟练掌握专业技术知识，还需要了解该方向的研究前沿，提高阅读专业学术资料和解决实际问题的能力。

（一）基于PBL的实验教学方案设计

图像处理课程是以实验教学为基础的教学形式，实验教学又是整个教学过程中理论联系实际的重要环节。在我校实验教学一直是一些验证性、演示性的实验操作，没有涉及图像处理领域最新的研究成果；没有考虑学生动手能力、主动性、积极性和创新能力的培养。PBL模式教学法要求实验课程的内容能激发学生的学习兴趣。项目的设计在整个基于PBL的教学实践中发挥着极其关键的作用。为此，我们自行撰写了项目库，除了包含生产与生活或者是贴近实际中的应用问题，诸如，“指纹识别”“二维码检测”“人脸识别系统”等。还结合了授课教师的研究课题，这些项目突破了教材内容，项目的完成需要学生自学教材之外的知识，例如，“唐卡图像检索”“唐卡图像修复”等。学生可以自行在这些项目中进行选择。

（二）基于PBL的实验教学方案的实施

数字图像处理课程在我校目前的开展情况是：理论20个学时，实践16个课时，每周保证2个学时，总共教学时长为18个教学周。学生采用学习小组的形式完成实践环节，一般2～3人为一组，小组成员之间以团队形式分工合作。学生通过利用在线或书籍文献查阅资料、精读文献、分工合作、编程求解问题、研究讨论等环节，完成实验项目的设计和开发，从而实现隐性知识向显性知识的转化。通过课程的实践环节，学生的个人能力得到展示，而最后的讨论因为综合了每个人的智力成果，所以往往能形成最佳的研究方案。在教师和学生经历了“提出问题——小组讨论——得出结论——教师检验——分析问题”这一过程后，学生将会切实感受到图像处理技术的实用价值，充分激发学生的学习兴趣，同时教师也会重视MATLAB核心程序代码的讲解，学生也会借助案例学习培养自主解决问题的能力。