基于OBE理念的《程序设计基础》课程教学改革与实践

来源:用户上传      作者:金慧峰

　　摘 要：文章针对《程序设计基础》课程教学效果欠佳的问题，提出基于OBE理念明确课程目标和教学内容，以学生为中心，以PTA实践教学辅助平台为依托，采用PBL教学方法，实施“教—学—做—评—管”一体化教学过程，提升学生解决实际问题能力。实践表明，基于OBE理念实施课程改革后，有效地提升了课堂教学质量，促进了该课程学习目标的达成。
　　关键词：程序设计基础;OBE;反向设计;PBL;PTA;教学模式
　　中图分类号：G434    文献标志码：B          文章编号：1673-8454（2020）08-0038-04
　　一、引言
　　《程序设计基础》是我校软件技术专业必修的专业基础课程，也是新生入校学习的第一门专业基础课程，具有实践性强等特点，也是后续岗位核心课程《Java面向对象程序设计》《Java Web应用开发》等的先修課程，因而该课程学习的成效直接影响着学生后续课程的学习。
　　《程序设计基础》课程在以往的教学中主要存在以下问题[1-3]：①教师是教学的中心，由教师主导教学内容和教学进度，学生参与度低，因此造成学生学习兴趣不高和积极性不足的问题;②学生在学习能力和学习兴趣上存在个体化差异，造成“跟不上、吃不饱”的学生学习两极分化问题严重;③教学内容以教材为中心，教材怎么讲，教师课堂就怎么教，造成学生死读书、读死书和思想僵化的问题。④学习评价以理论考核为主，造成学生重理论、轻实践的局面，从而导致程序设计编程实践能力培养不到位;⑤对学生缺失过程性评价，学生在学习过程中的学习成效不能及时得到反馈，导致教师不能及时发现教学中存在的问题并解决问题，而学生的终结性评价对教师的教学改进意义不大。
　　为解决以上问题，更好地提升课堂教学质量，达成课程教学目标，本文提出了基于OBE理念的《程序设计基础》教学改革。
　　 二、OBE教育理念
　　 OBE（Outcome-Based Education，成果导向教育）的教育核心理念是“成果导向、以学生为中心、持续改进”。美国学者斯派帝（Spady W·D）在1981年率先提出OBE教育模式[4]。20世纪80—90年代早期，OBE教育模式在美国、澳大利亚等国得到了广泛认可。2016年6月，我国正式加入《华盛顿协议》，成为其第18个正式成员。
　　 当前，OBE教育理念已在我国工程教育专业认证等多领域得以应用，为新工科推动工程教育改革起到了重要作用[3]。2020年1月，由黑龙江职业学院率先发起的全国成果导向（OBE）课程发展联盟在哈尔滨举行成立大会，未来将有更多的高职院校开展OBE理念的教学改革。
　　 OBE教育模式本质上是沿着“定义预期学习成果—实现预期学习成果—评估预期学习成果”的主线展开的教学活动，对学生学习成果持续评估构成教学质量持续改进的闭环[3]，是以学生学习成果驱动教学设计和教学实施。
　　 1.OBE教学设计
　　 OBE教学设计遵循反向设计的基本原则，以学生为主体，在学习成果驱动下开展教学设计。反向设计是指以最终学习成果为出发点，逐步设计确定达成培养目标的所有教学过程。反向设计思路是从培养目标出发来确定学生毕业要求，由毕业要求建立课程体系和标准;再针对不同课程，由课程目标依次确定教学内容和教学方法;在有效保障的基础上，根据学习成果建立多元评价体系进行教学评估，并以此为基础形成教学反馈，进而指导培养目标、毕业要求、课程体系与课程标准以及教学方法的调适，建成持续改进机制[4]，具体如图1所示。教学实施则是从教学内容出发，选择适当教学方法正向实施，通过对学习成果进行多元评价从而达成课程教学目标。
　　2.OBE教学实施
　　 OBE教学实施是在网络教学平台支持下，以学习成果为导向，采用OBE理念下的PBL（Problem-Based Learning，基于问题的学习）教学模式[5-7]，正向实施教学内容，建立多元评价体系。PBL教学法是基于问题、以学生为主体的教学模式，OBE理念下的PBL教学法是通过教师将课程学习目标由浅入深地分解、融入到有意义的、真实的问题中，使学习置于问题情境中，通过让学生以小组合作或个人的形式共同解决有意义的、真实的问题，来学习隐藏于问题背后的知识，是一种培养解决问题能力的教学模式。由“以学生为主体、教师为主导”组成学习团队协同完成“提出问题、小组讨论、成果展示、多元评价和总结反思”等阶段的各类学习任务。
　　 在学习过程中，学生的学习积极性将被充分调动，学生会主动通过查阅学习资料、分析问题、解决问题从而加深对知识的理解，并通过实践内化知识。这种学习方式能提高学生自学的能力，培养团队协作和创新能力。传统的以内容为主的教学模式则是以教材为中心，以教师为主体，造成课堂上“教材怎么说、教师怎么讲、学生怎么听”的被动学习和学习积极性不高的局面;个体学习能力与兴趣的差异性形成“跟不上、学不饱”的学习两极分化的问题;学习评价以终结性评价为主，评价结果主要体现教师的教学效果。
　　 三、基于OBE理念的《程序设计基础》课程设计与实践
　　 本研究基于OBE理念的“以成果为导向，反向设计、正向实施”的指导思想，反向设计《程序设计基础》课程的教学结构。在程序设计类教学辅助教学平台（Programming Teaching Assistant，简称PTA）的支持下，借鉴软件项目的敏捷开发流程，正向实施教学内容，采用PBL教学法，实施“教—学—做—评—管”的一体化教学过程，将过程性评价与终结性评价相结合，全方位促进教学质量的提升和课程目标的达成，如图2所示。
　　 1.《程序设计基础》的反向教学设计
　　 《程序设计基础》课程的反向设计流程依据毕业要求明确课程目标，根据课程目标确定具体教学内容，然后将教学内容细化为教学模块，再根据教学模块目标确定模块的教学单元任务，形成“课程—模块—任务”的课程层次组织结构。 　　 （1）课程目标设定
　　 根据软件技术专业的开发岗位任职能力的毕业要求，该课程的学习成果是要求学生在完成《程序设计基础》课程后，初步具备利用计算机分析问题和解决问题的能力。为了实现该课程的学习成果，针对《程序设计基础》课程实践性强的特点，设定了本课程的教学目标，如表1所示。在达成课程目标后，学生应具备基本的问题分析、数据表达以及算法描述和编程实现的能力，同时为后续专业课程的学习奠定扎实的专业基础。
　　 （2）课程内容设置
　　 课程内容设置不再以教材为中心，而是以课程目标为导向，将课程目标分解到模块目标，由浅入深、层层递进的模块化形式来重新组织课程教学内容，并以此将《程序设计基础》的课程内容分解为7个教学模块：C语言程序设计基础、结构化程序设计、模块化程序设计、简单数据类型构造、复杂数据类型构造、数据存储技术和程序的模块化结构。学生的模块化学习过程是一种循序渐进的知识与技能积累過程，它是从学生能解决的简单任务开始，并不断解决后续模块中出现的新需求，逐步使学生具备解决综合问题的能力。
　　（3）模块内容设置
　　依据教学模块目标进一步细化为教学单元任务目标。以教学单元任务目标为导向，由基础到应用、层层递进的方式设置模块教学单元任务，并以此将教学模块细化为若干个教学单元任务。
　　以“模块化程序设计模块”为例，该模块被细化为：模块化程序设计思想、函数定义、函数调用、函数原型与声明、函数的嵌套调用、变量的作用域、函数与指针以及库函数的学习目标，并以此设置不同难度的教学单元任务。这种从基础到应用层层递进的教学任务设置不仅可以激发学生的学习兴趣，而且在不断分析新问题、解决新问题的过程中，使学生更容易内化已有知识并形成新的知识体系，提高编程实践能力。
　　（4）学习评价设置
　　根据《程序设计基础》课程实践性很强的专业特点，该课程的学习评价采用过程性评价与终结性评价相结合的方式，并摒弃了传统的以笔试为主的终结性评价形式。学生提交任务代码到PTA平台，PTA平台实时给出任务的评判结果，评判结果作为学生的过程性评价，学生在反馈中不断获得积极的自我成就感，进而促进课程预期学习成果的达成。
　　根据PTA平台统计分析功能中的反馈信息，教师不断调整教学内容和方法，并以此为依据在课堂中引导学生共同解决任务完成过程中出现的各类问题，形成课程实时闭环的教学反馈机制。学生的终结性评价将作为下一轮课程教学改进的依据。
　　2.《程序设计基础》的教学实施
　　《程序设计基础》是一门实践性很强的课程，学生必须通过大量的编程训练在实践中培养程序设计能力，并逐步理解和掌握程序设计思想和方法。因此，教学场所选择具有互联网连接条件的机房，依托PTA平台，采用PBL教学法，实施“教—学—做—评—管”的一体化教学过程，通过线上与线下学习相结合、过程性考核与终结性考核相结合等多种教学手段，共同促进课堂教学质量的提升和课程教学目标的达成。
　　（1）PTA平台与课程内容部署
　　PTA平台由浙江大学牵头联合547所高校的3373位教师共同建设，并由杭州百腾教育科技有限公司负责运营[8]，共有140多万用户。该平台除了实时在线判题功能外，还有班级与学生管理、题目管理、题目分配管理、考试与监考、代码分析、代码查重和数据统计分析等功能。PTA平台的判题功能模块能给学生提供实时的评判结果信息，数据统计分析功能模块还能给教师提供针对班级、学生、题目、代码重复率等维度的分析信息。
　　《程序设计基础》课程通过OBE理念下的反向教学设计已经完成了“课程—模块—任务”教学内容设置工作。在课程实施之前，《程序设计基础》课程内容将以“教学模块—教学单元题目集—题目”的组织形式被部署在PTA平台。具体部署过程如下：在PTA平台上，首先建立各教学模块的标签，接着在教学模块标签下建立各教学单元题目集，最后在教学单元题目集下面添加题目。
　　以“模块化程序设计模块”在PTA平台上的部署为例，首先建立“模块化程序设计模块”分类标签，接着在“模块化程序设计模块”分类标签下分别建立“函数定义、函数调用、函数与指针以及库函数”的教学单元的题目集，然后在教学单元的题目集中添加题目，其中函数定义教学单元题目集的设置，如图3所示。这样就完成了《程序设计基础》的课程内容在PTA平台上的部署工作，同时也完成了在PBL教学法中各教学单元问题情景的创设工作。
　　 （2）“教—学-做-评-管”的一体化教学过程
　　 依托PTA平台，《程序设计基础》课程采用“教—学—做—评—管”的一体化教学体系过程，如图 2 所示。PTA平台主要负责管理与分析整个教学实施情况。具体的实施过程如下：
　　 在课前，学生根据教学单元学习目标完成在中国大学MOOC网上课程的教学单元视频内容的学习，随后在PTA平台上完成教师发布的教学单元的实验题目。
　　 在课中，教师根据PTA的任务完成情况统计分析结果，选择合适的小组分别负责讲解已完成的题目和成果展示，让其余学生讨论提问，教师引导学生自主思考，并在不同小组间开展讨论和总结。同时，教师要时刻把控课堂学习节奏;要让学生的注意点始终集中到教学主题上不要跑题;要注意保护学生学习的积极性;要善于倾听学生的各种想法，鼓励学生多思考，敢于提出疑问;要让学生在解决问题时学习知识和培养洞察力。在问题讨论结束时，教师要对所讨论的问题进行点评与总结，使学生所学知识得到梳理，并进一步指导学生在PTA完成练习题目。在学生编程还没有入门的时候，学生程序设计的实践编程能力是通过循序渐进的“模仿、改写、编写”的方式来培养达成的，教师则是学生的主要模仿对象，因此，教师的示范作用非常关键和重要。根据PTA平台的反馈信息，教师选择典型题目，在问题的分析、问题解决思路的提出、开发工具的使用、程序编码流程、编码风格、程序编码实现和程序调试技巧应用的每个步骤上，给学生进行持续示范与指导，直至各小组基本掌握为止。 　　在课后，学生要继续完成PTA平台上教师发布的作业题目，巩固自己所学知识和增强编程实践能力。每个教学单元任务完成后，在PTA平台上都安排一次约45分钟的教学单元测试。这样从课前、课中、课后PTA实时测评结果的过程性评价，驱动并形成了课程教学的闭环反馈机制。
　　 《程序设计基础》课程的期末考试摒弃了传统以笔试为主的形式，在PTA的监考系统支持下，考察学生的问题解决能力和编程实践能力。课程考核评价则是由学生的课堂讨论情况、实验成绩、作业成绩、单元测试成绩和期末成绩决定，各项成绩占比如表2所示，课程的考核评价結果将作为下一轮课程教学迭代改进的依据。
　　四、实施效果
　　 我校2019级软件技术专业共有6个教学班级，有学生249人，在2019—2020学年第一学期都开设了《程序设计基础》课程（16周，每周6课时）。为进行《程序设计基础》课程改革研究，将软件1班和2班作为实验班，软件3至6班作为对照班级。课改实施效果从学生的期末考试成绩和调查问卷数据进行对比分析，其中期末测试成绩对比如表3所示。期末测试成绩的数据对比显示，实验班要明显好于对照班级的学生学习成效。
　　 在课程结束后，学生通过手机填写“金数据”平台的课程学习调查问卷，共获得有效调查问卷样本240份。实验班级与对照班级调查问卷的数据对比，如表4所示。调查问卷的数据对比显示，实验班比对照班的学生在学习主动性上更为主动，解决问题与分析问题的能力更强，对教学满意度更高。
　　五、结束语
　　 本研究基于OBE 理念的《程序设计基础》课程教学改革，以学生为主体，反向设计了课程教学内容，以PTA平台为依托，实施了“教—学—做—评—管”的一体化教学过程，在教学中实施了 PBL 教学法，将过程性评价与终结性评价相结合，客观评价了教师的教学效果和学生的学习成效。实践结果表明：基于OBE的课改切实激发了学生主动学习的积极性，增强了学生分析问题、解决问题的能力以及程序编程与调试能力，有效地提升了课堂教学效果，促进了《程序设计基础》课程学习目标的达成。
　　 参考文献：
　　 [1]邢红梅，李雷孝，王慧.基于OBE理念的程序设计基础课程教学改革[J].智库时代，2019（48）：225-227.
　　 [2]顾佩华，胡文龙，林鹏，等.基于“学习产出”（OBE）的工程教育模式——汕头大学的实践与探索[J].高等工程教育研究，2014（1）：27-37.
　　 [3]李志义，朱泓，刘志军，等.用成果导向教育理念引导高等工程教育教学改革[J].高等工程教育研究，2014（2）：29-34+70.
　　 [4]Spady W·D.Outcome-based education critical issues and answer[M].Arlington Virginia：American Association of School Administrators，1994：1-25.
　　 [5]杜翔云，Anette Kolmos，Jette Egelund Holgaard.PBL：大学课程的改革与创新[J].高等工程教育研究，2009（3）：29-35.
　　   [6]张建伟.基于问题式学习[J].教育研究与实验，2000（3）：55-60+73.
　　 [7]赖维玮.网络环境下PBL教学模式研究与实践[J].中国教育信息化，2009（15）：72-74.
　　 [8]PTA.文档中心[DB/OL].https：//docs.pintia.cn/.
　　 （编辑：李晓萍）
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