基于在线学习平台的PBL教学模式应用探析
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作者:汪钰菲 刘向春 宋伟
摘 要：随着“互联网+教育”的发展，教育信息化冲击着传统教育的发展模式，促使新型教育形式不断涌现，线上+线下的混合式教育成为了一种新的模式。文章基于当前高校《数字图像处理》课程教育现状，深入理解并剖析项目教学法，结合超星学习通，构建了基于在线学习平台的PBL教学模式。通过列举具体的教学实施方案，并对教学满意度进行调查分析，结果表明该教学模式有利于发展学生的创造性思维，提升学生自主探究解决问题的能力，能有效提高学生的学习兴趣，为推动高校课程教学深入改革助力。
关键词：PBL;教学模式;数字图像处理
中图分类号：G642.1;G434 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2020）06-0064-05
一、引言
《教育部关于中央部门所属高校深化教育教学改革的指导意见》[1]明确指出“提高人才培养质量是高等教育的核心任务，深化教育教学改革是新时期高等教育发展的强大动力。”该意见的出台着力推进了信息技术与教育教学的深度融合，为高校教育课程教学改革提供了指导意义。而《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》[2]提出“全面提高高等教育质量。高等教育承担着培养高级专门人才、发展科学技术文化、促进社会主义现代化建设的重大任务。支持学生参与科学研究，强化实践教学环节。”其对高校教育培养人才提出了新要求，高校教育工作者要以培养富有创新思维，能够自主探究解决问题的新型学生为目标。
基于此，笔者以培养学生创造性思维和自主探究解决问题能力为出发点，将在线学习平台——超星学习通和PBL教学法有机融合，实践于《数字图像处理》课程，改变了传统教师讲、学生听的教学方式，并充分内化教学内容于项目任务中，帮助学生提升学习兴趣，改善学习态度，为高校课程改革提供了一套具有实践性价值的课程改革体系，同时为后续高校课程改革的相关研究提供了参考。
二、《数字图像处理》课程的教学现状分析
《数字图像处理》是高校电子信息类专业开设的一门基础课程，涉及多个领域，涵盖通信、医学、生产、机器人视觉、视频与多媒体系统、军事和公安等多门学科。课程教学目标设定为使学生掌握数字图像处理的基本理论和方法，以及在实际应用中能够对图像进行处理。但由于该课程理论内容颇多、课时有限，在传统教学模式中，教师为完成教学大纲任务，一味地平铺直叙理论知识，忽视了学生在学习过程中主动认知和自我建构知识的需求，导致教学效果不甚理想。
1.理论知识点颇多，实践内容缺乏时间探究
该课程涉及交叉学科较多，涵盖教学知识点较为繁杂，但教学大纲中教学周期只有36学时，因此任课教师既要忙于讲解课程知识，又要兼顾学生的实践性技能操作，基础性实验所占时间较长，探索性实验投入较少，这就使得学生在理论和实践学习之间没有形成一个良好的过渡协调，学生成了机械性地接受学习，而不是主动建构知识，不利于学生创新思维和实践性操作技能的培养。
2.班级授课无法满足学生个性化学习需求
由于学生对《数字图像处理》这门课程的态度和认知水平各不相同，學生的个性化学习需求逐渐显现出来。在传统教学方式下，有利于教师主导作用的发挥和学科知识的系统传授，但是一味按部就班地开展教学，在一定程度上影响了学生的学习态度和积极性，使得教学效果不理想。
3.灌输式教学，学生缺乏质疑权利和自主探究实践
在传统教学模式中，教学一般以“填鸭式”的方法进行，学生的个性化学习得不到充分发挥。整个教学过程，学生缺乏质疑，主动探究实践较弱，主观能动性不足，对知识深入的认知和思考欠缺，不利于学生创造性思维和创新能力的培养，与教育的初衷有所偏离。
三、基于在线学习平台的PBL教学模式概述
1.PBL教学模式
PBL（Project-Based Learning）是一种基于项目的学习，又称为专题式学习（见图1）。在项目式学习中，学生真正成为学习的主体，教师作为引导者，学生积极主动地参与学习、获取知识，与同伴合作多途径搜集信息，探讨方案来解决实际问题。
项目式学习作为一种基于建构主义理论的学习模式，近年来受到学者、教育工作者的广泛关注。黄莉萍[3]指出在PBL中以学生为中心， 可以激发学生的学习兴趣，提高学生分析及处理复杂问题的能力。杨莉萍等[4]认为开展大学英语学术写作教学项目式学习，可以使学生获得真实的体验和语料，增强其实践、研究、创新意识和能力以及语言和学术交流能力。张文兰等[5]从国家课程项目式重构的视角，分析了网络环境开展项目式学习的优势，结合实践构建了网络环境下基于课程重构理念的项目式学习模式。董艳等[6]提出大学教师应结合高校软硬件环境的有利条件，深刻理解PBL的本质，把握其关键，将PBL的应用效果落到实处。唐文红等[7]指出PBL的出现给课堂教学注入新的活力，改变了课堂教学模式，促进了学生核心素养的提高，也激励教师不断成长去实现教育梦想。
2.基于在线学习平台的PBL教学模式
随着信息技术的发展以及教育教学的深度融合，各种网络在线学习平台给教育教学带来了极大的变革。通过在线学习平台，将PBL项目式教学引入实践也受到了相关学者的广泛关注。路桂明[8]将翻转课堂引入到教学中，构建了网络Moodle平台下基于微课和翻转课堂的混合教学模式，该模式调动了学生的积极性，提高了教学效果，解决了传统教学中存在的问题。张超等[9]提出的PBL翻转课堂模式，经过了《非线性编辑与视频特技》课程的实践教学检验。高瑞利等[10]提出的基于PBL 的翻转课堂教学模式，通过申请微信公众号“校园微频道”，把理论性的知识转变成有意义的实践项目，并进行了教学实践。 各种研究表明，基于网络技术支持下的PBL教学比传统的PBL教学更能提升学生的学习兴趣和主观能动性，能够带来更好的学习效果。
四、基于在线学习平台的PBL教学模式构建和实施
笔者通过对大量文献的调研，发现PBL教学研究主要集中于对学生学习态度、学习成绩的探究，而对学生创新能力和实践能力培养的探究较少。本文基于《数字图像处理》课程教学现状以及对PBL教学法的深入剖析解读，构建出基于在线学习平台的PBL教学模式，具体如图2所示。
1.在线学习平台下PBL教学模式的教学内容构建
根据戴尔经验之塔，我们将学习项目分为三个等级：第一等级项目任务为根据所选的项目主题查阅文献和相关资料，对疑难问题进行探讨，明确研究方法，项目完成时间为30天。第二等级项目任务为明确文献的算法思想，完成算法代码复现工作，对该领域的相关算法有一定的了解和掌握，项目完成时间为40天。第三等级项目任务为对文献算法进行改进和创新，撰写相关论文，项目完成时间为50天。
项目等级规划如表1所示，三个等级之间依次为递进关系，实现学生学习能力逐步递增。通过研究教材内容，提炼整合出两个项目任务选题：一为用于实现图像对比度增强的可逆数据隐藏算法;二为一种基于极限学习的交通标志识别优先方法。
2.课前学生合作探究解决项目任务
以组内成员异质为原则将学生分组，4人为一个小组，选定一个项目任务。小组组员探究合作学习是解决项目任务的核心要素，也是学生建构知识的重要途径。
教师在学习通上发布教学资源和项目任务清单，教学资源可以包括知识点微课、教学课件和项目扩展资料等。项目任务清单依据每个等级的项目任务细化成各个小任务点。同时教师及时查看学生的学习进度并参与指导学生的疑难问题。
学生接收学习通上的学习资源进行观看学习，与小组组员合作探讨解决任务清单中的问题。在探讨解决办法的过程中不断地产生质疑，并对质疑进行下一步论证，未能解决的疑难问题则及时在学习通上与教师探讨，并记录好所存在的质疑问题。
教师在学习通上查看质疑问题和学生任务进展，就疑难问题与学生探讨，引导学生解决问题，重点关注学生探究学习过程中遇到的共性问题，及時调整好教学方案，做好课内教学准备工作。
3.课中教师精讲项目问题，学生开展项目答辩以及专家授课讲座
课前学生基于项目合作探究学习，掌握课程基础知识和技能，因此课堂上的教学可以为学生最大化地延长交流和探讨项目问题时间，深层次地促进教学知识的内化，使学生获得深度学习。基于此，课堂学习分为以下三个部分予以实施，具体如下：
（1）教师在课堂上精讲
教师主要针对学生课前探究学习中遇到的疑难问题进行讲解。教师和学生深入研究探讨，引导学生头脑风暴，开发发散性思维，解决疑难问题。接着教师就学生提出的共性问题予以指导，鼓励学生积极探索。最后教师针对个别学生的个性问题，予以单独耐心辅导，有条理地给出分析和建议，鼓励学生课后积极找自己讨论。
（2）学生项目任务答辩与评价
当项目任务一阶段完成后开展答辩活动。学生课前准备好项目任务PPT，各小组选出一名组员上台进行项目任务答辩汇报，组员汇报内容为该小组课前探究学习掌握的新知识，例如对该阶段项目任务的逻辑性分析和解决项目任务的实施步骤以及所运用到的知识体系。在各小组答辩环节中，教师鼓励学生就项目任务学习提出个人创新性想法，关注项目任务开发核心问题，展开积极探讨思考。最后教师对学生汇报成果进行总结归纳并发起评价，评价设置为教师对学生的评价、小组互评以及学生自评。教学评价采用多元化评价机制，笔者设定了评价量规准则，如表2所示。
（3）专家授课和专家讲座
为提升课堂建构学习效果，课程中邀请业内知名专家亲临课堂授课，并对学生给予指导评价。同时邀请海外知名专家为学生开展项目问题的讲座，促使学生了解课程方向的前沿动态和应用前景，激发学生学习创造力和驱动力。
4.课后学生基于学习通任务学习
为促进课后学生知识内化吸收，教师设计出深层次、非良构的创新型任务，学生接收任务后探究学习发起质疑，学生可在线对任务解决写出自己的思考和预实施框架，在讨论区和教师探讨答疑。教师统计学生学习数据进行分析，做好下一步教学安排，学生继续跟进大项目学习，最后教师进行教学总结和反思，学生进行学习总结和反思。
五、基于在线学习平台的PBL教学模式满意度分析
一学期课程结束后，通过发放问卷调查学生对基于在线平台的PBL教学模式的满意度，并进行了定量分析。
笔者通过对所在班级24名学生发放基于在线学习平台的PBL教学模式效果满意度问卷，从解决问题能力、PBL教学模式满意度、学习合作能力、教学评价满意度等几个维度设计。回收问卷24份，回收率为 100%，该问卷的有效率为100%，并利用SPSS19.0对回收问卷进行统计分析，结果如图3所示。
其中，91.7%的学生对基于在线学习平台的PBL教学模式持满意态度，认为在该教学模式下学习积极性显著提升，对专业知识掌握更加深入;近90%的学生认为在PBL教学中问题解决能力提高了，能够主动探究解决问题;在探究学习合作能力层面上，只有不足10%的学生认为没有提高;超过90%的学生一致认同PBL教学模式下多元评价方式对学习激励性很大，让学生可以看到自己的进步，学习动机更强。从学生对教学结果的满意度来看，基于在线学习平台的PBL教学模式取得了一定的教学效果。
六、教学实践中出现的待解决问题
为期一学期的基于在线学习平台的PBL教学模式实践后，笔者就整个项目学习进展情况以及对学生学习过程跟踪分析，提出一些待解决的问题并给出了相关建议。 1.教师的实践性技能需加强培训
PBL教学中，教师对教学内容整合分析，将琐碎知识点重构于具体的紧密联系生活的项目任务中，将学科技能学习设计到具体项目任务中，这对教师来说不仅耗时、耗力而且充满了挑战性，同时由于缺乏对录课视频系统性的操作培训，课前微课视频录制时不能很好地把握微课时长以及录制效果等。基于此笔者认为学校应当组织教师开展相应的实践性技能培训，增强教师的实践操作技能。
2.项目教学实践中师生的互动交流需加强
项目教学实践中师生互动交流可以分为课前、课中和课后。师生就任务实施过程中遇到的疑难点进行探讨，有助于引导学生解决问题，引导整个项目教学的进行。同时可以为学生营造一个良好的学习环境，学生在与教师交流的探讨中不断地把自己的疑难问题提出来，教师由此发现学生学习过程中的不足之处，及时调整教学方案，促进教学效果的提升。
在本次教学实践中，发现课中师生交流活跃，但是课后交流却没有形成全员互动式讨论，讨论区和教师进行互动的人数不够多。经调查，学生回答说对一些开放性问题害怕说错，不敢参与讨论。因此笔者认为在后续教学中，应调动学生积极参与探究，鼓励学生讨论问题时各抒己见无关对错，敢于把个人看法大胆地说出来，拓展开发思维能力。
3.个别学生在探究学习中存在吃“大锅饭”现象
PBL教学法对学生自学能力以及基础知识系统性储备有一定的要求，如果学生先前知识储备不足或是自学能力较差，在项目学习环节中则容易出现问题，导致学生解决问题时倍感压力或备受挫折，从而出现懈怠、逃避学习等情况。因此造成小组内有个别学生依托他人學习成果，而自己没有参与合作探究学习。
基于此，笔者认为教师应在授课前对学生进行学情分析，针对不同层次学生给予不同指导，对基础薄弱学生在教学中要及时给予关注和鼓励。其次，教师在分配项目任务时，应对各小组任务进行具体划分，为组内各成员细化任务，使得每个学生都分配到自己的任务板块。最后，应加大学生的头脑风暴力度，让学生感受到自己是学习的主人，更好地激发学生的学习热情。
七、结束语
基于在线学习平台的PBL教学模式是对传统教学模式的改革与创新。本研究通过一个学期的教学实践，在教学上获得了学生的好评与认可，同时也一定程度地提升了学生的学习兴趣，改善了学生的学习态度。通过对学生平时学习效果和学习表现进行统计分析，发现相比往年的情况，学生的创造性思维和探究实践能力都得到了提升，部分学生在研究的基础上已发表期刊论文。项目式学习在实践中得到广泛应用，希望能够提炼出一套具有普遍适应性的教学模式。
参考文献：
[1]教高[2016]2号.教育部关于中央部门所属高校深化教育教学改革的指导意见[Z].
[2]教技[2012]5号.教育部关于印发《教育信息化十年发展规划 （2011-2020年）》的通知[Z].
[3]黄莉萍.基于PBL的主题学习网站的设计[J].教育信息化，2006（5）：56-57.
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[5]张文兰，张思琦，林君芬，等.网络环境下基于课程重构理念的项目式学习设计与实践研究[J].电化教育研究，2016，37（2）：38-45+53.
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[7]唐文红，曾译萱.PBL在初中地理教学中的应用[J].地理教育，2019（8）：7-9.
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[10]高瑞利，孔维宏.基于PBL的翻转课堂教学设计与实践——以高职《电视编导与策划》为例[J].中国教育信息化，2018（10）：38-41.（编辑：李晓萍）
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