基于PBL的面向对象程序设计网络课程设计研究

魏梨君，潘 阳，张治勇，王 浩，张 岩

（阜阳师范大学a.计算机与信息工程学院；b.教育学院，安徽阜阳236037）

教育信息化2.0 背景下，如何依托现代信息技术进一步激发学生的主体意识，引导学生主动深入认知、思考、探究和建构过程，促进学生成长成才，已成为工程教育专业课程教学改革与实践研究的迫切需求。信息技术与课程教学深度融合需要以科学模型为载体，研究与实践证明PBL 充分体现了“以生为本”的建构主义教学观，是贯彻“学生中心、成果导向”教育理念的有效途径，本文以基于PBL 的混合式教学模型为依托，围绕促进学生有效学习开展网络课程的设计研究，以期为课程资源建设和教学改革探寻参考方案。

1 基于PBL 的网络课程设计价值

PBL（problem-based learning）称为基于问题的教学，强调把教学与学习设置到有实际意义的问题情境中，引导学生通过发现问题、分析问题、解决问题、总结归纳等有机过程，完成专业知识与能力体系建构，达成教学与学习目标[1]。PBL 最早应用于医学院专业课程教学，同样适用于面向对象程序设计等工程实践性较强的课程教学。PBL注重以学生学习为中心开展教学设计、构建教学资源、组织教学和学习活动，旨在促使有效教学和学习产生，充分体现以生成性目标为导向的建构主义教学观，是对接“学生中心，成果导向”教育理念深化教学改革，提升课程教学质量的有效途径[2]。依托信息化教学环境开展基于PBL 的混合式教学，便于实现问题教学中的角色反转、时空拓展和协作交流，具有促进问题教学目标达成的优势作用。设计构建基于PBL 的网络课程，对于开展基于PBL 的混合式教学改革具有重要价值。

2 基于PBL 的网络课程设计

基于PBL 的网络课程具有问题教学和信息化教学等多重特征，课程组参考并结合问题教学设计、网络辅助教学设计的基本结构设计基于PBL 的面向对象程序设计网络课程[3-5]，主要包含教学目标设计、问题教学单元选取、教学问题设计、教学资源设计、教学情境设计、教学活动设计等部分，如图1 所示。

图1 基于PBL 的网络课程设计

2.1 教学目标设计

面向对象程序设计是具有较强实践性的基础课程，除课程教学大纲要求的知识与能力目标外，还应考虑以下教学目标的达成[6-7]：（1）培养学生问题意识。PBL 注重培养学生发现实践问题的意识和能力。让学生通过实践问题理解课程知识结构和应用方向，形成学习目标和动机，生成个人知识体系，进而适应专业发展和社会需求，问题意识培养是开展创新创业教育的需要。（2）培养解决问题能力。使学生置身问题情境，通过主动获取知识，深入分析问题，形成方案并最终解决问题是问题教学模式的重要目标。应注重培养学生解决问题的应用能力，在教学中使知识建构与能力生成相互结合。（3）培养学生学习能力。学习能力培养是问题教学的重要内涵，学生通过发现问题、探索获取知识、协作研究、交流成果、合作解决问题这一过程，逐步形成自主学习、探究学习、协作学习、信息素养等综合学习能力，才能适应信息社会个人成长及专业发展需要。

2.2 问题教学单元

在程序设计类课程的教学体系中，问题教学模式适用于具有实践性强、应用面广、承接联系紧密、抽象易出错等特点的教学单元，而非对所有单元，亦非单纯采用某一种方法实施某单元的教学。对问题教学单元及其教学内容应精心选择，方可彰显问题教学内涵与特点，发挥问题教学的优势作用[8]。课程组在面向对象程序设计课程教学中，对数据类型对比应用、表达式综合应用、程序结构设计及对比、数组与指针应用、函数定义与设计、类和对象设计应用、继承性应用、多态性应用、数值计算应用、信息处理应用、异常处理等教学单元，尝试设计问题情境并实施问题教学，能够加深学生对知识点的理解，提高学生对知识实用场景和应用面的认识，使学生对相关知识点内在联系的认识更加深刻，反映出较好的教学效果。

2.3 教学问题设计

教学问题是问题教学的核心题材，是问题资源设计及问题情境设计的决定因素，也是影响问题教学成效的关键因素，如图2 所示。教学问题应来源于课程实践应用或社会需求原型，应具备有代表性、难度适当、体现需求、可拓展等特点[9-10]。教师在设计教学问题时需要对课程知识与技能的实践应用深入了解，能对知识及其实践原型抽象概括，能够将教学问题设计与教学知识点合理融合。教学问题没有固定形式和内容，教学应用中可根据课程特点、培养目标、教学对象、教学形式等需要灵活设计，做到因材施教。

图2 面向对象程序设计课程问题教学设计

面向对象程序设计课程中的教学问题，可泛指错误、不足、需求、趋势等内涵。课程组尝试将该课程的教学问题划分为结构知识类、程序错误类、算法设计类、数值运算类、信息处理类、工程应用类等类型，分别设计相应的问题资源和问题情境，有针对性地设计相应的教学活动和过程，取得了良好效果。例如，程序错误类教学问题可应用于程序基本语法规则、程序结构设计等单元，结构知识类可应用于程序结构设计、对象定义与应用、函数定义与应用等单元，算法设计类教学问题可应用于程序结构设计、算法设计及应用等教学单元。在设计问题教学单元时，可综合应用多种类型的教学问题以帮助学生完成知识体系建构。

2.4 教学资源设计

问题教学资源是围绕教学问题设计、问题情境创建、问题教学实施、教学活动安排、学生学习需要而设计的教学和学习资料，是问题情境的重要组成部分。一方面教学资源要符合问题主题并适用于相应的问题情境，另一方面教学资源要能够支撑学生开展自主学习、探究学习所需，并能够帮助解决问题，问题教学资源设计无固定范式[11]。

面向对象程序设计课程的问题教学资源包含理论知识文本、教学视频、教学案例、教学PPT、应用程序片断、程序调试及运行结果、应用程序错误案例、工程项目案例、行业报告或讲座视频、专业技术文献、工程资料网站、调试环境等内容。其中，应用程序错误案例、工程项目案例、行业讲座视频、技术参考文献、工程资料网站等资源可通过广泛收集并整理加工，理论知识文本、教学视频、教学案例、教学PPT、应用程序片断、程序调试运行结果等资源可根据教学需要自行设计，力求源于实践、内容准确、主题鲜明、有代表性、形式多样。教学资源的呈现媒介可以包含文本、声音、图片、视频、动画等多种形式。

2.5 问题情境设计

教学问题通过问题情境呈现，有效的问题情境能够反映课程知识的应用领域与实践问题，并且具有对学生的教学引导和促进作用，促使有效教学和有效学习产生。现代网络教学平台为问题情境创建提供了有力的支撑环境，根据知识单元的教学目标和问题需求，充分挖掘并合理组织程序设计问题，设计教学资源，应用文本、声音、图片、视频、动画等富媒体有机呈现，能够创建丰富逼真的问题情境，提供良好的问题教学空间[12]。

例如，在设计面向对象程序设计基本语法规则的问题情境时，课程组尝试采取“置身错误”的教学情境。首先对程序基本语法规则分类，如程序结构类、关键字类、语句规则类、标识符类、表达式类、预处理类等类型，再设计包含各分类相应语法错误的程序片断，调试程序片断，截取运行结果，同时收集工程案例中由语法规则错误导致的应用问题，截取程序错误提示及问题信息；最后将程序片断、运行结果、错误反馈信息、问题资源等内容以多种媒体形式合理组织呈现，构成基本语法规则的“置身错误”问题情境，与该情境相应的教学单元采取“排解错误”教学方式，不仅促进学生积极开展研究学习、实践学习，牢固掌握基本语法规则，而且使学生对语法规则应用场景和易错点印象深刻，学习效果反映较好。

2.6 教学活动设计

教学活动是围绕教学单元教学目标、促进有效教学和学习而组织的教学和学习环节。教学活动本身并不属于网络课程资源固有内容，而是在课程教学过程中依据课上和课下整体教学安排，为实现教学引导、学习促进、教学交互、学习监控、学习评价等动态实施的教学环节[13]。教学活动应在设计网络课程时进行整体设计，在课程教学过程中优化实施。现代网络教学平台进一步拓展了教学活动的时空、媒介和方式，尤其是手机、PAD等移动客户端的同步深入应用，不仅便于教师开展学习引导、管理和监控，而且便于学生开展自主学习、协作学习和研讨交流。在面向对象程序设计相关单元教学中，课程组结合问题教学安排，依托网络平台及其移动客户端，设计开展了单元作业、测评测试、研讨答疑、实验报告、分组任务、学习积分、项目设计等形式多样的教学活动，学生参与积极性较高，研讨交流及学习评价表现积极，相关单元的自主学习活动表现频繁，对学生学习及知识建构发挥积极促进作用。

3 基于PBL 的网络课程设计注意事项

3.1 网络课程平台

问题教学有其特殊的组织形式和特点，设计基于PBL 的面向对象程序设计网络课程，应充分考虑教学平台的资源组织功能和活动支持性能，应具有以下突出表现，以对“以学为中心”的教学模式提供有力支撑：（1）具备创建个性化问题情境的功能，提供对多种媒体资源的格式支持和组织呈现能力。（2）具备丰富的教学活动支持能力，如通知、作业、测试、考勤、头脑风暴、交流答疑、分组任务等。（3）具备统计分析和日志记录功能，以便对教学活动、学生学习等情况跟踪记录并作统计分析，进行提醒和反馈。（4）提供丰富的教学资源库及查询引用系统，包括教师教学和学生学习所需的学术文献、硕博士论文、电子书籍、教学资料、专业文献等。（5）提供便捷高效的同步应用移动客户端。

3.2 课程组织形式

基于现代信息技术的教学平台提供了丰富的课程资源组织形式，课程组从程序设计课程特点和问题教学需要出发，将网络课程资源整体上设计为幕课主题式，该方式根据知识点主题组织课程资源，主题突出且资源分类清晰，利于实施进阶教学和自主学习，符合学习认知规律和大众习惯。对于问题教学单元采取以下组织形式：（1）空间立体式，该方式课程内容围绕教学目标和问题情境综合布置呈现，界面独特且问题呈现能力强，利于学生开展探究学习，充分调动学生积极性。（2）业务情境式，该方式以实践情境的结构组织呈现课程资源，具有沉浸式、探究式的特征，利于提升学生的实践认知能力。两种方式均符合建构主义学习特征，利于培养学生发现问题、分析问题、解决问题、自主学习的能力，具体应用中可对不同教学单元采取不同组织形式。

4 教学单元设计实例

以循环结构教学单元为例，该单元的教学目标为掌握几种基本循环结构语法，能够应用嵌套循环结构解决数值计算和信息处理工程需求。课程组围绕该目标设计程序错误类、数值运算类、信息处理类教学问题，基本教学资源包含知识点微视频、教学PPT、程序案例等，程序错误类问题资源包含两个循环结构程序片断、程序调试结果、工具软件VS2015 等，数值运算类、信息处理类问题资源包含两个工程项目任务、参考文献等。单元结构采取线性流程式，教学逻辑结构采取进阶式，首先学习掌握基本知识、再排解程序错误、最后解决工程项目任务，以期增强学生的知识学习效果和应用能力。

通过对该课程相关教学单元资源访问及活动参与情况统计，发现基于PBL 的教学单元资源访问量平均高于其他单元近21%，二次访问资源的学生比例平均达近37%，线上教学活动平均参与率高于其他单元近18%。上述情况说明基于PBL的课程资源能够促进提升学生的学习访问需求，并且促进学生更多、更深入地参与课程教学活动，线上课程资源建设实效得到进一步增强。

5 小结

设计构建基于PBL 的面向对象程序设计网络课程，需要进一步研究理解问题教学本质，熟悉问题教学组织过程，深入了解知识应用场景和实践问题，并掌握多种教学评价方法。教学应用中应根据课程培养目标、学生发展需求等合理设计教学目标，有针对性地选取问题教学单元，不断优化设计问题情境、教学资源和教学活动，有效引导学生参与问题教学，做好教学管理与学习评价，才能进一步体现问题教学理念，发挥问题教学的优势作用，促进提升课程教学质量和学习效果。