基于PBL教学法的统计学习课程教学改革与实践

陈 娟，陈文宇，文 泉

（电子科技大学计算机科学与工程学院，四川成都 611731）

0 引言

为促进工科高校计算机专业创新型人才培养方案不断完善，契合新工科背景下一流专业和一流课程建设的迫切需求，针对统计学习课程实施基于问题式学习（Problem-Based Learning，PBL）的教学改革探索与实践，致力于培养学生的创新能力和实践能力。

PBL 教学法在医学、英语、化学、物理等多个学科领域均取得了成功的应用经验。由此可见，其核心理念在不同教学领域中具有普适性。PBL 教学法注重项目实践与理论学习的紧密结合。在计算机专业的课程体系和人才培养中，PBL 教学法能充分调动学生的主体意识和学习热情，以问题为导向构建情景式学习氛围。

在连续两年开设的统计学习课程中，分别实施了以教材为导向的传统教学法和以问题为导向的PBL 教学改革，通过期末成绩比较发现，后者学生平均分和90 分以上占比均显著提高。电子科技大学的统计学习课程首次应用PBL 教学法实施课程教学改革与实践，取得的教学成果和经验对其他计算机类课程教学具有借鉴意义。

1 传统教学法的弊端

传统教学法以教材为导向，由教师向学生系统、全面地讲授理论和技术知识，有助于培养学生建立扎实、完整的知识体系结构。然而在传统教学法的实施过程中，学生只能被动接受知识，不能充分发挥主观能动性、主体认知能力和创新精神。传统教学模式下，学生在统计学习课程实践编程环节表现欠佳，不能灵活实现回归模型、多层感知机、集成方法在算法编程方面的教学目标。传统教学模式难以兼顾学生的个性化学习需求，制约了其科研创新素养的培养和实践动手能力的训练。此外，学生在课程知识点融合、方法与技术的关联衔接、课题目标的实施规划方面均存在明显不足，无法充分发挥团队协作精神。

2 PBL教学法的优势

PBL 教学法强调以问题为导向，教师通过设置有实际意义的开放式问题情境引导学生进行自主学习，以小组协作为载体，鼓励学生进行探究和尝试，培养学生的创新精神和终身学习能力。PBL 教学法要求学生能够掌握解决问题的基础知识和方法，与传统教学法所讲授的知识体系形成优势互补。因此，在统计学习课程的教学改革中，采用PBL 教学法弥补传统教学法的不足，有助于形成双向交流互动的教学课堂。

3 课程改革具体举措

3.1 PBL教学法课程内容设计

统计学习课程主要包括统计学习概述、回归模型、感知机、支持向量机、多层感知机、集成方法、含参模型、不含参模型8 章内容，共40 个学时。教师进行知识点的提炼和拆解，按照PBL 教学法的问题设置，将该课程划分为18 个模块，每个模块2 个学时，理论授课共计36 个学时。基于PBL 教学法的统计学习课程教学内容设计具体如表1 所示，共包含18 个课程模块及对应的PBL 问题，其中编程实现类问题占72.22%，数学推导类问题占16.67%，对比分析类问题占11.11%，综合训练了学生的编程能力、数学推导能力和分析总结能力。为促进师生交流和学生之间的团队协作，统计学习课程安排了4 个学时用于口头报告和展板展示两次集体交流活动。

在每个课程模块，教师首先提出需要学生解决的核心问题，然后围绕该问题进行相关知识架构的讲授，并引导学生进行知识点的资料收集和扩充学习，安排学生团队进行任务分解和分工合作，借助课程QQ 群进行答疑指导和进度检查。学生根据每个课程模块核心问题的要求，制定详细的学习计划，严格按照计划日程完成相关算法设计、编程实现、资料整理、理论分析和数学推导。

Table 1 Teaching content design of statistical learning course表1 统计学习课程教学内容设计

3.2 PBL教学主要环节

统计学习课程实施的PBL 教学环节主要包括问题设置、小组分工、进度检查、成果汇报、反馈调整，具体内容如下。

（1）问题设置。教师根据课程模块内容设置统计学习课程的PBL 问题，共计18个（如表1所示）。

（2）小组分工。每个课程模块的核心问题由紧密相关的若干个子问题组成。教师根据子问题的规模引导学生选择队友人数，实现人力资源的合理配置以及团队的高效沟通协作。完成组队后，每个学生团队独立完成课程模块的核心任务，教师通过课程QQ 群在重难点问题上及时给予支持和引导。该阶段注重培养学生的人际交往和沟通协调能力。

（3）进度检查。教师要求学生制作PPT，融入文本、图表、动画等多种元素，展示每个PBL 问题求解阶段取得的进展、遇到的问题。在求解方法的演示和汇报方面，教师要求学生针对模型选择、算法设计流程、参数选择、程序模块实现、评价指标计算、运算结果对比分析进行详细讲解。该阶段注重培养学生的工程能力和科研能力。

（4）成果汇报。教师鼓励学生优化成果的呈现形式，例如制作标准化统计曲线、规范数据表格、可视化实验结果等。要求学生充分结合PPT 和即兴板书，清晰阐述求解PBL 问题的过程和结果。该阶段注重培养学生的表达能力和逻辑思维能力。

（5）反馈调整。教师通过课堂研探讨、问答交流、课后作业评阅、课程QQ 群答疑等方式及时发现学生的共性问题、认知误区和学习盲点，合理分析不同层次学生的学习能力差异，适度提供PBL 问题的求解思路。该阶段注重培养学生的沟通和交流能力，以及激发学生的探索和创新精神。

4 教学成效

统计学习课程考评要素包括平时作业（20%）、课程报告（20%）、期末考试（60%），其中期末考试采用开卷的形式。在连续2 年开设统计学习课程的研探讨小班中进行传统教学法和PBL 教学法的对比试验。2019 学年秋季学期的统计学习课程实施以教材为导向的传统教学法，共计44人。2020 学年秋季学期的统计学习课程实施基于PBL 教学法的课程改革，以问题为导向并引导学生自主学习和团队协作，共计35 人。两种教学方法的期末成绩分别如表2和表3 所示。实施传统教学法的学生期末成绩平均分为83.47 分，90 分以上占比为4.55%。实施PBL 教学法的学生期末成绩平均分为87.05 分，90 分以上占比为40.00%。实施PBL 教学法的学生期末成绩平均分比传统教学法提高了3.58 分，90 分以上占比提高了35.45%，提示PBL 教学法行之有效。

Table 2 Class final grade of students with traditional teaching method表2 实施传统教学法的学生期末成绩

Table 3 Class final grade of students with PBL teaching method表3 实施PBL教学法的学生期末成绩

5 结语

为推动高校计算机专业创新型人才培养，本文提出基于PBL 教学法的统计学习课程教学改革方案，准确定位学生的能力培养目标，通过问题设置、小组分工、进度检查、成果汇报、反馈调整等教学环节，综合培养学生的自主学习能力和创新探索精神，建立创新型人才知识结构和能力培养体系。通过连续两年的教学改革实践，PBL 教学法取得了良好成效。该课程在教学实践中收获的经验可以推广到计算机专业其他课程的教学改革中，以助力于培养更多创新型人才。