大数据下针对OOAD课程的双重PBL模式研究

刘鑫+朱毅+徐琳宏+顼聪

摘要：针对目前OOAD课程普遍存在的理论教学与实践教学严重脱离的现象，提出以问题为导向，以项目为基础的双重PBL授课模式，同时结合教育大数据充分选择和利用最优化的学习资源，解决PBL模式中问题和案例匮乏的问题，并逐步使得数据挖掘和数据产生之间形成良性循环。

关键词：OOAD；双重PBL；大数据；授课模式

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）35-0142-02

受金融危机、国际市场需求下滑影响，2014年我国软件产业实现软件业务收入3.7万亿元人民币，增速持续放缓 [1]。许多业内专家指出：目前我国软件产业涉及总体框架设计和用户需求业务仍然较少、附加值较低，OOAD是解决这一难题的必不可少的技术。OOAD（Object Oriented Analysis Design）是目前最受关注的软件建模技术，也是现代软件企业广为采用的一项有效方法。然而，目前国内大部分高校的OOAD课程教学尚处于探索和发展阶段，没有太多的教学经验可循，普遍存在“教学内容和实践脱节、案例不连贯、学生缺乏兴趣和考核方式不合理”等问题。

1 理论基础

1.1 教育大数据

无论从微观角度（教学目标、内容、设计与评价方式等），还是宏观角度（教育政策的制定、教育方针的调整等），大数据都对全球的教育界产生了深刻的影响[2]。从狭义的角度来讲，教育大数据是指学习者的行为数据，主要来源于在线学习平台、学生管理系统和课程管理平台等；从广义的角度来讲，教育大数据泛指所有来源于日常教育活动中人类的行为数据，它具有时序性、情境性和层级性的特征[3]。

1.2 双重PBL模式

双重PBL模式是指“以问题为导向，以项目为基础”的学习模式。其中，以问题为导向（Problem—Based Learning，PBL）是指基于现实世界的以学生为中心的教育方式，强调利用知识和技能解决实际问题，从而达到建构经验的学习过程[4]；基于项目的学习（Project—Based Learning，PBL）是指整个学习过程围绕某个具体项目，在探索创新中获得较为完整和具体的知识，形成专门的技能[5]。事实上，两种PBL都需要学生融入有意义的任务完成过程中，通过主动进行知识建构，并把基于真实任务生成的知识和培养的能力作为最终的学业绩效目标。相对而言前者更适合基础理论知识的研究，而后者更注重工程实践类技能的应用。将两种模式有效地结合起来，能够很好地解决理论授课空洞无物、实践教学脱离实际的现状。

2大数据下的双重PBL模式

2.1 基于问题导向的PBL

OOAD中的概念抽象难懂，传统授课方法往往以教师为主体，学生始终处于被动状态，无法使用OOAD思想分析、设计乃至搭建模型，甚至无法理解UML的实际应用价值。以问题为导向的PBL强调教师的地位由主变辅，在实施的全过程中作为问题情境的设计者、整个活动的策划者和监控者。由于学习者处于主导地位，因此课堂气氛更加协调、学习效率也会显著提高。例如：在学习用例图建模时，不是简单笼统地提问“如何识别参与者”，而是通过结合具体实例（选课系统、订餐系统、聊天系统等），同时逐步启发学生思考：“系统完工之后，谁在使用系统完成日常的工作？系统是由谁来维护和管理的？谁对系统产生的结果感兴趣？系统需要从谁那里获得数据？又为谁提供数据？系统需要与哪些其他系统交互？系统控制的硬件设备有哪些？系统功能的执行是否受时间的影响？”等一连串问题，使学生将自己置身于真实问题情境中，主动探索问题的解决方案，确保其迁移能力的提高。此外，问题的设置要有层次性和连续性，要与课程的知识点关联密切、难易适中，使知识点之间形成一个整体，进而使学习者获得系统化的知识与技能。比如：在识别参与者之后，最好顺势提醒学生需要分析“参与者之间的关系”，启发学生“参与者实质上也是类，也拥有与类相同的关系描述”，引导学生回忆在面向对象编程中学习的“继承”关系（在UML中称为泛化），借此关系可以有效地简化原图，如图1所示。

2.2 基于项目学习的PBL

如果在缺乏理論基础支撑的情况下利用相关软件绘制各种UML图形，在实践环节上仅凭个人主观意愿设计和建模，就会将一门注重沟通思考的课程变成较低级的绘图课。“基于项目的学习”的模式以真实工程项目为对象，强调以“经验”、“学生”和“项目”为中心，教师对较大项目进行分解与示范，根据其功能划分成若干子项目；学生围绕项目要求收集并取舍资源、分组协作、讨论研究。具体实施时可将整个模式分为六个步骤：项目选定、计划制定、活动探究、作品制作、成果交流和活动评价等[6]。

双PBL模式中的项目既可以是根据某个具体教学内容精心设计的小任务，也可以是综合全部教学内容由阶段性工作成果组成的一个完整的系统性项目。比如：在学生绘制用例图之后，为了采用足够清晰的、外部人员很容易理解的文字来描述用例所属的事件流，可以针对其中某个用例按照企业的规范要求（包含：用例描述、参与者、前置条件、后置条件、基本事件流、扩展事件流和补充说明等），在Rational Rose建模平台中编写用例文档。在完成仿真项目任务的过程中，让学生积极地学习、自主地进行知识的建构，进而使“知识的获得”和“能力的培养”变得水到渠成。

2.3 大数据与双重PBL

“针对教育数据的挖掘、分析和应用”与“OOAD课程中的双PBL授课模式”是彼此促进、相辅相成的。学生在前期查找答案、交流讨论和解答问题，在后期分析、设计乃至实现项目的全过程中将产生大量宝贵的教育数据（学习时间、提问和出错次数、项目进度、考试成绩、就业率等），相关数据的补充与完善也会与双重PBL模式形成一种良性循环。将教育大数据与双PBL模式相结合，通过挖掘、分析和整理在双重PBL模式下产生的大数据，指导该模式在OOAD课程中的具体实施办法，借助引入项目案例，以RUP过程为主线，寻求用具体案例解释抽象复杂的概念，提高他们分析和解决实际问题的能力，增强学生对开发项目的兴趣和感性认识，进而达到培养高水平、实用型软件人才的目的。

2.4 大数据的支撑作用

教育大数据（MOOC、微课、教学博客、教育共享资源库、教研培训服务平台等）对于教师的成长无疑是一个巨大而珍贵的矿藏：在大数据背景下，授课教师利用互联网时代极为丰富的学习资源和方便快捷的信息获取方式就能够极大地提高备课效率，通过探究适当的方式和算法去挖掘与学习经历相关的数据、分析和研究相关数据并深入软件企业参与项目实践，尝试将潜在而丰富的数据转变为宝贵的数字学习资源，就能逐渐从中找到规律、探索出双重PBL模式在OOAD课程中实施的最佳方案。

教育大数据的挖掘和分析过程还能够提高个人的专业素养，积累项目实践和学生指导的经验，加强在授课过程中对于学习者的支持和服务，锻炼提出问题、分析问题、解决问题和综合运用技术的能力；教师通过参与课程相关的数据挖掘算法及应用的研究，还可以达到教学与科研紧密结合、互作支撑的目的。通过挖掘并汲取教育大数据中蕴藏的宝贵资源、加强与企业的合作力度、拓展与社会的交流方式，教师的理论授课能力、实践指导能力以及科研能力都将得到较大的提升。与此同时，在教师的引导和辅助下，通过独立解决具体问题，可以锻炼学生在浩如烟海的数据中搜索、阅读和辨别信息的能力；依托互联网提供的大量高度仿真的软件项目，模拟企业开发的环境和氛围，培养学生独立思考和解决问题的能力，不断提高学生的动手实践能力、加强学生的团队合作意识。

3 结束语

OOAD属于软件工程类课程，该课程内容的综合性、实践性、时效性，学生的认知结构和背景经验的差异性，以及教学环境的复杂性，都决定了传统LBL的授课方式难以达到令人满意的效果。双重PBL模式以具体问题为导向，以实际项目为基础，无论是教或学都以解决问题和完成项目为最终目的，因此能较大幅度的提高学生的学习兴趣和学习效率。将双重PBL模式与大数据技术相结合，可以一方面通过充分利用互联网的教育信息资源，使得该模式下的问题更有针对性也更接近真实情景、案例库中的项目数量和种类不断地丰富和完善；另一方面对授课过程中产生的大量数据进行跟踪和记录、整理和统计，通过反馈和思索，为日后双重PBL模式在OOAD課程中的具体实施给出有效的参考和指导性的建议。

参考文献：

[1] 许波，陈晓龙，等.面向对象技术与UML课程教学探索[J].计算机教育，2013（2）：58-62.

[2] 孟小峰，慈祥，等.大数据管理：概念，技术与挑战[J].计算机研究与发展，2013，50（1）：146-169.

[3] 徐鹏，王以宁，刘艳华，等.大数据视角分析学习变革[J].远程教育杂志，2013（6）：11-17.

[4] 付森.PBL教学法在数据库原理教学中的应用[J].计算机教育，2010（20）：91-94.

[5] 刘景福，钟志贤. 基于项目的学习（PBL）模式研究[J]. 外国教育研究，2002（11）：18-22.

[6] 陈华.大学《计算机文化基础》PBL下教学资源平台的建设与研究[D].地名：内蒙古师范大学，2009：10.