黃炳升+鄭李韻+趙振富+但果+汪天富+鄧云

摘 要 探討在生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)C語言程序設(shè)計(jì)課程中運(yùn)用基于問題學(xué)習(xí)（PBL）教學(xué)法的效果。學(xué)生分為實(shí)驗(yàn)組（22名）和對照組（42名），分別采用PBL教學(xué)法和傳統(tǒng)授課模式。分析考試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)組教學(xué)效果較好，在所有考題上的得分都優(yōu)于對照組?？梢奝BL教學(xué)法有利于增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，但仍需因材施教。

關(guān)鍵詞 PBL教學(xué)法；生物醫(yī)學(xué)工程；教學(xué)改革；C語言程序設(shè)計(jì)

中圖分類號：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：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

生物醫(yī)學(xué)工程（Biomedical Engineering，BME）是一門生物、醫(yī)學(xué)和工程多學(xué)科交叉的新興邊緣學(xué)科，其基本任務(wù)是運(yùn)用工程技術(shù)手段，研究和解決醫(yī)學(xué)中的工程問題。生物醫(yī)學(xué)工程多學(xué)科交叉的特點(diǎn)使其有別于生物醫(yī)學(xué)和純粹的工程學(xué)科，它以培養(yǎng)具有較強(qiáng)的醫(yī)學(xué)與工程知識更新能力、創(chuàng)新能力尤其是動(dòng)手實(shí)踐能力的復(fù)合型專業(yè)人才為目標(biāo)[1-2]。傳統(tǒng)教學(xué)模式普遍以教師授課為主導(dǎo)，學(xué)生以聽課及完成作業(yè)的方式完成被動(dòng)學(xué)習(xí)，從而逐漸不能適應(yīng)新形勢下的生物醫(yī)學(xué)工程的教學(xué)目標(biāo)。因此，如何改革傳統(tǒng)教學(xué)模式，以加強(qiáng)對學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)造能力的訓(xùn)練，是生物醫(yī)學(xué)工程教育所要解決的當(dāng)務(wù)之急。

Problem-based Learning（PBL）教學(xué)法譯為“基于問題學(xué)習(xí)”，與傳統(tǒng)的教學(xué)模式不同，它是以“任務(wù)”或“問題”為引導(dǎo)，其本質(zhì)是以建構(gòu)主義為基礎(chǔ)的教學(xué)方法[3]。在該教學(xué)法中，學(xué)生受任務(wù)或問題驅(qū)動(dòng)，基于問題主動(dòng)學(xué)習(xí)新知識，并在實(shí)踐中構(gòu)建新的知識體系，從而培養(yǎng)清晰的思路、方法和知識的脈絡(luò)，提升分析問題、解決問題的能力，并有助于調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性，強(qiáng)化在學(xué)習(xí)過程中的體驗(yàn)感和成就感。這一教學(xué)法已經(jīng)成功在臨床醫(yī)學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的課程教學(xué)中取得成功的應(yīng)用[4-10]。

C語言程序設(shè)計(jì)作為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的核心課程和計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)技術(shù)的入門課程，需要學(xué)生具有較強(qiáng)的動(dòng)手能力和分析處理問題的能力。同時(shí)，生物醫(yī)學(xué)工程作為多學(xué)科交叉的邊緣學(xué)科，需要學(xué)生具有較強(qiáng)的創(chuàng)新思維、自主學(xué)習(xí)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。傳統(tǒng)的教學(xué)方法中，教師占據(jù)主導(dǎo)地位，學(xué)生學(xué)習(xí)的方式相對被動(dòng)，或不利于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與創(chuàng)造性，這對C語言程序設(shè)計(jì)這門課而言尤其不利。因此，嘗試在C語言程序設(shè)計(jì)課堂上引入PBL教學(xué)法，希望借此強(qiáng)化學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的體驗(yàn)感和成就感。本研究的目的在于探討在生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)C語言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)中運(yùn)用PBL教學(xué)法的效果。

2 對象與課程設(shè)計(jì)

研究對象 本次課程改革實(shí)驗(yàn)針對深圳大學(xué)64名生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)大一學(xué)生開展，C語言程序設(shè)計(jì)是這些學(xué)生在大一下學(xué)期的必修課。

課程設(shè)計(jì) PBL教學(xué)法實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在生物醫(yī)學(xué)工程核心課C語言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)引入“基于問題學(xué)習(xí)”的教學(xué)模式。根據(jù)自愿參與原則，在保證兩組學(xué)生的學(xué)習(xí)成績均衡的基礎(chǔ)上，將64位學(xué)生劃分為實(shí)驗(yàn)組和對照組，開始時(shí)前者包括26名學(xué)生，后者包括38名學(xué)生。對對照組學(xué)生按照傳統(tǒng)教學(xué)方式進(jìn)行課堂授課，并在上機(jī)實(shí)驗(yàn)課上完成相應(yīng)任務(wù)；實(shí)驗(yàn)組即參加教學(xué)改革的學(xué)生無須參加課堂教學(xué)活動(dòng)，而是在教師的指導(dǎo)下，通過自行查找、閱讀資料，并通過成員之間的相互交流等方式，掌握要求掌握的理論內(nèi)容，同時(shí)通過每一章的具體任務(wù)加強(qiáng)實(shí)踐訓(xùn)練。這些具體任務(wù)的難度通常高于常規(guī)作業(yè)，主要包括多項(xiàng)編程任務(wù)，任由成員選擇完成其中至少三項(xiàng)任務(wù)。endprint

實(shí)驗(yàn)組學(xué)生可以根據(jù)自身實(shí)際情況控制學(xué)習(xí)進(jìn)度；如果有難以克服的問題，可以與實(shí)驗(yàn)組成員、實(shí)驗(yàn)員以及授課教師在微信微課堂內(nèi)討論。教師每兩周檢查實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的學(xué)習(xí)成果（主要是所分配的任務(wù)完成情況），同時(shí)在每兩周一次的上機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)以小測驗(yàn)的方式考核學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握程度。通過這些跟蹤指導(dǎo)，還可以及時(shí)評估實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，一旦發(fā)現(xiàn)學(xué)生不符合實(shí)驗(yàn)組參與條件，立即取消其參與資格，以確保其對基礎(chǔ)知識的掌握程度以及教學(xué)質(zhì)量。PBL教改的具體實(shí)施流程如圖1所示。

教學(xué)效果評價(jià) 記錄了這64名學(xué)生期末考試的各大題得分及總分作為教學(xué)效果評估的依據(jù)。本次考試共有基本題和附加題兩種類型?；绢}包括四道大題，其中，第一題為考查基礎(chǔ)知識、基本概念的選擇題；第二題為程序填空題，補(bǔ)充若干行代碼以完成一些經(jīng)典的程序；第三題是程序閱讀題，通過閱讀給出的代碼，判斷程序運(yùn)行的結(jié)果；第四題為程序編寫題，編寫完整的程序?qū)崿F(xiàn)給出的任務(wù)?？偡旨礊榛绢}得分之和，滿分為100分。附加題內(nèi)容為難度較大的程序編寫題，滿分為30分，只有得分在18分以上才是有效得分并計(jì)入考核結(jié)果。

統(tǒng)計(jì)分析 對于基本題和總分，根據(jù)數(shù)據(jù)是否為正態(tài)分布，決定使用單尾t檢驗(yàn)或者非參數(shù)Mann-Whitney U檢驗(yàn)來比較兩組學(xué)生中總分與各大題成績的均值（若是Mann-Whitney U檢驗(yàn)則是比較中間值）。對于附加題，主要比較實(shí)驗(yàn)組和對照組的有效得分人數(shù)占總?cè)藬?shù)的比例，所用的統(tǒng)計(jì)方法是卡方檢驗(yàn)。所有統(tǒng)計(jì)分析均在SPSS 21.0軟件中完成。顯著性水平設(shè)定為0.05，即，若P<0.05，則兩組數(shù)據(jù)存在顯著差異；否則認(rèn)為兩者無顯著區(qū)別。

3 結(jié)果

在具體實(shí)施過程中，有4名學(xué)生從實(shí)驗(yàn)組退出回到對照組，因此，實(shí)驗(yàn)組最終包括22名學(xué)生，對照組有42名學(xué)生。教學(xué)效果的統(tǒng)計(jì)結(jié)果具體如表1所示。在所有基本題和總分上，實(shí)驗(yàn)組學(xué)生得分均高于對照組學(xué)生；尤其在程序編寫題和總分上，實(shí)驗(yàn)組學(xué)生得分與對照組學(xué)生的得分差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。另外，附加題得分情況：實(shí)驗(yàn)組共有四人有效得分（分?jǐn)?shù)在18分以上），占總?cè)藬?shù)的18%，平均分為29.5分；對照組共有六人有效得分，占總?cè)藬?shù)的14%，且平均分為21.0分。對兩組中有效得分的學(xué)生比例做卡方檢驗(yàn)，得P>0.05，表明這兩組的附加題有效得分比例的差異并不顯著。

4 討論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，此次C語言教學(xué)改革的PBL效果雖然因人而異，但實(shí)驗(yàn)組的教學(xué)效果總體上優(yōu)于對照組，這一結(jié)果印證了類似研究的發(fā)現(xiàn)。在這些面向不同專業(yè)學(xué)生的研究中同樣發(fā)現(xiàn)，采用PBL教學(xué)法可以有效提高學(xué)生的程序理解能力、算法設(shè)計(jì)能力和實(shí)際編程能力[11]；同時(shí)，還可以增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣，提高溝通交流的能力[12-14]。本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，實(shí)驗(yàn)組學(xué)生尤其在程序編寫題及總成績的表現(xiàn)上明顯比對照組學(xué)生更為出色，說明實(shí)驗(yàn)組學(xué)生具有較強(qiáng)的自主編程能力和綜合能力。在附加題的表現(xiàn)上也印證了這一點(diǎn)。附加題是比較難的程序編寫題，實(shí)驗(yàn)組不僅有效得分比例較高，總的平均分也比較高。這個(gè)結(jié)果是符合預(yù)期的，因?yàn)镻BL教學(xué)法的主要目的之一就是提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，并通過互相交流、主動(dòng)學(xué)習(xí)提高溝通能力。

有意思的是，在基礎(chǔ)題尤其是選擇題、程序填空題和程序閱讀題上，實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的得分情況雖然較高，但較對照組學(xué)生并無顯著差異。由于這幾個(gè)大題主要目的都是考查學(xué)生對理論知識的學(xué)習(xí)效果，因此，這個(gè)結(jié)果表明PBL教學(xué)法對這批學(xué)生在基礎(chǔ)知識的掌握方面并無明顯提高。無獨(dú)有偶，也有研究發(fā)現(xiàn)PBL教學(xué)法對于增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識的效果不太明顯[12]。這個(gè)結(jié)果一方面與PBL教學(xué)法本身的特點(diǎn)以及執(zhí)行方式有關(guān)，也與參與PBL教學(xué)法的學(xué)生水平有關(guān)。PBL教學(xué)法本身強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，尤其是針對具體問題的動(dòng)手實(shí)踐。因此，如果參加PBL教學(xué)法的學(xué)生不主動(dòng)、系統(tǒng)地學(xué)習(xí)理論知識，而主持PBL教學(xué)的教師也沒有很好做監(jiān)督和引導(dǎo)的話，學(xué)生對理論知識的掌握不夠系統(tǒng)和深入也就可想而知了。因此，為了增強(qiáng)PBL教學(xué)法的理論教學(xué)效果，需要教師更要注重這方面的引導(dǎo)，也需要學(xué)生能夠主動(dòng)配合。

綜合兩方面的結(jié)果還說明，培養(yǎng)模式的不同導(dǎo)致兩組學(xué)生能力側(cè)重點(diǎn)的不同。對照組學(xué)生按部就班、循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)課本知識，在指導(dǎo)教師的詳細(xì)講解下，對基礎(chǔ)知識有著系統(tǒng)的理解；而實(shí)驗(yàn)組學(xué)生較早投入編程實(shí)踐中，在平時(shí)接受了更多偏向于動(dòng)手能力的訓(xùn)練，故有較強(qiáng)的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力乃至綜合能力[1，5]。

本研究本身存在一定問題。尤其值得注意的是，雖然在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)平衡了兩組入選學(xué)生的績點(diǎn)，但實(shí)驗(yàn)組學(xué)生相對于對照組學(xué)生而言，可能對學(xué)習(xí)C語言更有興趣，因此學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性較強(qiáng)，平均學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)，這或許會使實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生誤差，然而這也從另外一個(gè)方面說明因材施教的重要性。另外，上述研究只針對深圳大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的學(xué)生，這些發(fā)現(xiàn)可能不適用于不同水平、不同層次的高校的學(xué)生。最后，教學(xué)效果的評估目前只根據(jù)考試成績，這種評估方式有一定的局限性。

5 結(jié)語

綜上所述，PBL教學(xué)法可以在一定程度上提高學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與積極性，但在理論知識方面的培養(yǎng)效果可能需要教師和學(xué)生雙方的投入和改進(jìn)。生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的教學(xué)者在進(jìn)行生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)教學(xué)改革時(shí)，需要因材施教，既要考慮學(xué)生自身學(xué)習(xí)能力與知識水平，也要考慮學(xué)生對所學(xué)課程的興趣，從而制訂出最適于每個(gè)學(xué)生的教學(xué)方案。

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