基于问题的启发式教学法在计算机专业本科教学中的应用

于凯

摘   要：基于问题的启发式教学是将基于问题的学习与启发式教学二者有机结合起来的一种新型教学模式，既强调问题的解决，也强调分析的过程。文章以UBC计算机专业本科教学为例，分析了基于问题的启发式教学的内涵、模式构建及其应用要点，并结合计算机学科教学实践中的应用，提出今后在国内高校相应的改进策略。

关键词：启发式教学;计算机专业;国内计算机专业教学

经过长期的发展，发达国家的高等教育已经形成了一整套成熟的培养体制和教学模式，其教学质量和科研水平在国际上多数处于领先水平。虽然中西方在多方面存在差异，但不可否认的是，发达国家在高校培养体制和教学模式方面给我国提供了诸多借鉴[1]。本文以在加拿大英属哥伦比亚大学（University of British Columbia，UBC）教育学院访学期间的经历为基础，讨论基于问题的启发式教学法在国内计算机学科本科教学中的应用。

始建于1908年的UBC位于加拿大温哥华市，是不列颠哥伦比亚省历史最悠久的大学，与多伦多大学、麦吉尔大学并称加拿大大学“三强”。在经历了百余年的长足发展后，UBC逐渐成为在世界上享有盛誉的综合研究型大学，始终位居世界高校综合实力排名的前列。在2018年US.News和QS世界大学排名中，UBC排名分别为全球第27位和51位。UBC拥有众多学院、科研院所以及世界一流的实验室，在林学、地学、生物学、法学、医学/药学和计算机等学科领域拥有较高的知名度和国际声誉[2]。

计算机学科的理论性和实践性都很强，主要探讨信息与计算的理论基础以及它们在计算机系统中如何实现与应用的实用技术。随着学科几十年的发展，确立了一些重要领域，包括软件工程、人工智能、计算机图形学、操作系统等。这些研究领域与师生的日常活动，如软件开发、语音识别、交通出行、图像处理等结合也非常紧密。针对计算机科学专业和课程特点，尝试通过基于问题的启发式教学方法（Problem Based Heuristic Teaching，PBHT）进行教学，探索这种教学方法的应用模式与实践状况。

本文在对UBC计算机专业培养体制和课堂教学模式进行总结和分析的基础上[3]，对基于问题的启发式教学法在该专业本科教学中的应用进行研究分析，并结合我国高等教育计算机专业教学体制和模式中存在的问题，提出了国内高校计算机专业教学改革的若干建议。

1    PBHT方法内涵

当前，分别研究基于问题式学习（Problem-based Learning，PBL）和启发式教学的高校教学方法成果较多，前者强调问题的解决，后者强调分析的过程，将两者结合起来的研究较少。基于问题的启发式教学就是结合了基于问题和启发式教学理论提出的教学方法。因此，PBHT教学方法的核心在于：从问题入手，培养学生主动思考的习惯，激发学生的创造性思维[4]。

2    PBHT教学在UBC课堂中的组织和实施

2.1  以PBHT为主体的多样化教学手段

UBC教师传统板书授课方式很少见，大多数教师授课方式多样而且灵活。其中，计算机学院大部分教师都采用 PPT或互动方式授课。另外，在讲课过程中，教师经常通过启发式教学的方式（提问题）进行师生互动，有时直接点名，有时由学生自由举手或辅助工具（如i-Clicker）作答。学生通过课堂互动能够很好地参与教学过程，并逐步养成积极和独立思考问题的习惯。

例如，UBC主讲“高级关系型数据库系统”课程的Ed教授在讲授数据库中索引Indexes知识点一节时，围绕图1中类似于思维导图的学生表存储结构展开，提问了若干个需要学生上课回答的问题，从而引导和启发学生掌握相关知识内容并进行实际应用。

此外，教师还经常组织学生进行分组讨论学习（Team-Based Learning，TBL），针对某一项目学习（Case-Based Teaching，CBL）或有争议的问题，先将学生分成小组，经过15～25 min组内讨论之后，再由各组学生分别作答或组织小组间辩论，最后，由教师进行点评和总结。

2.2  Jigsaw在PBHT方法中的应用

拼图教学法（Jigsaw Method）是一种被时间证明过的有效的合作学习法，该学习法非常有助于培养学生自学能力，在学生人数超过百人的课堂中同样可以达到良好的教学效果。如UBC的Brett Gilley在“Foundations of Pedagogy in Higher Education”课堂中，通过精心设计专家组和混合组的启发式问题、恰当准备分组阅读材料，在启发式问题的引导下，通过Jigsaw分组阅读学习、混合组讨论辨析和教师个别答疑等步骤和方式，学习者完整掌握了3种基本教学理论，并且课堂教学气氛轻松活泼、讨论热烈，最终出色地完成了该课程的教学目标和学习效果。

3    应用PBHT在国内计算机学科本科教学中存在的问题及解决方案

3.1  存在的问题

针对计算機学科相关课程，如“数据结构与算法”“C语言程序设计”等，大部分知识点之间彼此都具有一定的相关性。如讲解知识点A时需要学生先掌握知识点B和C，因此，教师需要提前计划讲授此3个知识点的顺序，整个过程需要较长时间专注的讲授和听课。不难想像，学生容易感到枯燥而倦怠。

在观课过程中发现，UBC的教师在整个教学环节中（课前、课中和课后）均注重提出启发性的问题，让学生勤于思考和讨论，即从之前的“Teacher/ Teaching Centered”转变为“Learner/Learning Centered”。后者的教学理念要求教师从教学目标设置、教学内容选取、教学方法应用、教学活动设计到教学成果评价都进行重新思考和教学再设计，不再过多关注知识的识记型要求，而更关注对学生能力的培养和学习目标的实现[5]。因此，教学理念的转变是PBHT方法在国内计算机学科本科教学中有效应用时面临的主要问题，同时，也是其有效实施的根本和基础。

3.2  解决方案

在实施PBHT教学模式和方法时，首先，建议缩短讲课环节时间，留出更多宝贵的课堂时间培养学生的创新能力。针对上述学科知识点的情况，教师在清晰讲解B和C点的同时，让学生明晰A点的定义和如何通过B和C得到A的思路（启发式问题）。接下来的时间，需要学生自己绘制A知识点的草图。最后，老师给出深入总结和针对性解释，如图2所示[6]。

4    结语

本文以UBC计算机专业本科教学为例，分析了基于问题的启发式教学的内涵、模式构建及其应用要点，并结合计算机学科本科专业教学实践中的应用，提出今后在国内高校相应的改进策略。

[参考文献]

[1]王传毅，严会芬，吕晓泓.跨学科研究生培养：加拿大大学的实践与特色[J].研究生教育研究，2016（5）：84-89.

[2]赵荣钦，刘英，张战平，等.加拿大英属哥伦比亚大学（UBC）教学模式对我国高校教学改革的启示[J].高等理科教育，2018（6）：87-93.

[3]UBC.Center for teaching，learning and technolgoy[EB/OL].（2019-02-14）[2019-08-20].https：//ctlt.ubc.ca/learning-technologies/.

[4]彭芬，刘李豫.基于问题的启发式教学方法与实践—以“组织行为学”本科教学为例[J].中国大学教学，2013（3）：65-67.

[5]何保荣.本科计算机教学中的启发式教学模式构建与应用[J].计算机产品与流通，2018（11）：286.

[6]SHAOXI W，RU H，MENG Z，et al.Improving teaching efficiencywith heuristic teaching method in information technology[J].Advances in Information Technology and Education，2011（201）：454-458.