基于OBE的軌道交通信號與控制專業(yè)“C語言程序設計”教學改革實踐

李建國 王小農(nóng)

摘 要 針對軌道交通信號與控制專業(yè)學生C語言課程教學效果欠佳的現(xiàn)狀，設計了基于OBE的信號專業(yè)C語言課程教學方案。方案設計基于成果導向教育的教學模式，從專業(yè)學習角度出發(fā)，激發(fā)學生學習興趣，設計教學方案引導學生盡快融入專業(yè)知識，教學策略采用靈活教師授課與翻轉(zhuǎn)課堂方式，拓展實踐以工程實際課題為背景設計題目，考核方式中加入學生學習評估等，有效的提高C 語言課程的教學質(zhì)量、教學水平和學生的學習成效。

關鍵詞 C語言程序設計 教學改革 軌道交通信號與控制

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.03.053

Abstract In view of the poor teaching effect of the C language course for rail transit signal and control students， the teaching program of the signal professional C language course based on OBE was designed. The program design is based on the teaching model of results-oriented education. From the perspective of professional learning， students' interest in learning is stimulated. Teaching programs are designed to guide students to integrate professional knowledge as quickly as possible. Teaching strategies adopt flexible teacher teaching and flipped classroom methods. Practice is expanded to practical engineering topics. Designing the subject and adding student learning assessment to the assessment will effectively improve the teaching quality， teaching level and student learning effectiveness of the C language curriculum.

Keywords C Language Programming； teaching reform； Rail Transit Signal and Control

0 引言

C語言程序設計作為一門重要的計算機基礎課程，是大多工科院校培養(yǎng)學生編程能力而開設的計算機課程。軌道交通信號與控制專業(yè)人才培養(yǎng)目標是在軌道交通信號工程及其相關領域具有科學研究能力、開發(fā)能力和國際競爭力的高素質(zhì)人才。以成果為導向的培養(yǎng)體系中對設計解決開發(fā)方案、研究、使用現(xiàn)代工具、溝通等培養(yǎng)指標點的支撐上C語言課程有著重要作用。但該課程在教學中存在較多問題，主要有：（1）學生學習目的不清晰、重考試成績輕實踐動手；（2）易陷入局部語法細節(jié)忽視工程體系架構(gòu)；（3）教師注重授課內(nèi)容忽視學生能力鍛煉，重視課程本身教學大綱，忽視課程對專業(yè)培養(yǎng)達成度的支撐。

OBE[1，2]要求教學活動的最直接參與者教師和學生首先要明確教學的目標，軌道信號與控制專業(yè)學生C語言程序設計課程培養(yǎng)目標如表1，實現(xiàn)C語言程序設計與專業(yè)知識的滲透結(jié)合，對學生專業(yè)課程的學習和培養(yǎng)目標達成具有重要作用。

1 依據(jù)教學目標設定教學活動實踐

軌道交通信號與控制專業(yè)學生在學習“計算機聯(lián)鎖”、[3]“計算機遠程控制”、“區(qū)間信號自動控制”、[4]“分散自律調(diào)度集中”[5]等專業(yè)課程和畢業(yè)設計時所需要的計算機軟件知識較欠缺，與專業(yè)領域相結(jié)合的軟件工程能力明顯不足，將知識轉(zhuǎn)化為能力的驅(qū)動不足。針對以上情況，本文提出以下4方面具體的教學措施：

（1）針對學生實際情況，以成果導向為出發(fā)點設計教學內(nèi)容。教學中根據(jù)軌道信號與控制專業(yè)C語言課程的學習目標，遵循OBE教育模式，[6]反向設計出如下六大知識點：①基礎知識；②控制結(jié)構(gòu)；③一維數(shù)組，字符數(shù)組及字符串，結(jié)構(gòu)體；④函數(shù)的定義、調(diào)用，參數(shù)傳遞的用法；⑤指針的定義、使用，鏈表與動態(tài)內(nèi)存分配；⑥文件操作，各知識點內(nèi)容在講解和為了鞏固知識進行的練習時，采用結(jié)合專業(yè)基礎知識授課，如在講解結(jié)構(gòu)體知識時，采用聯(lián)鎖軟件編制時的靜態(tài)數(shù)據(jù)建立結(jié)構(gòu)體，在學習鏈表時結(jié)合站場型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。

（2）針對學生理解學習情況動態(tài)調(diào)整教學內(nèi)容先后順序，使得知識點的銜接更為順暢。在講解完基礎知識和控制結(jié)構(gòu)后，講解函數(shù)功能，從而使學生更早進入工程化設計階段，理解與掌握一個完整的軟件工程項目是由多個細小模塊按照合理結(jié)構(gòu)組建在一起的，完成好基礎模塊的設計對系統(tǒng)工程有重要作用；在講解數(shù)組知識點的時候聯(lián)系指針，把地址和指針這個學生理解難點結(jié)合起來一起講授，同時再次返回函數(shù)部分，把指針、數(shù)組作為函數(shù)參數(shù)的情況進行對比分析講解，達到參照理解，提高能力的目標。

（3）反向設計強調(diào)工程化能力訓練。教學中始終貫穿“工程化”觀點，在教學和編程訓練中強調(diào)先建立工程再建立模塊，然后設計函數(shù)，最后才開始編寫代碼，采用工程化思想設計程序，而不是一開始就陷入局部編程細節(jié)；舉出反例，設計錯誤讓學生排錯，從而使學生能夠自主反推出養(yǎng)成良好編程習慣和編程風格的優(yōu)勢，建立內(nèi)在驅(qū)動，促進自主學習。

（4）設計開放性課題，建立小組模式解決工程問題。結(jié)合基本的專業(yè)概論知識，設計專業(yè)的聯(lián)鎖、遠控、列控等開放性課題，學生通過C語言課程設計訓練與查閱文獻資料嘗試解決專業(yè)問題，通過開放性課題訓練，提高自身綜合工程能力（見圖1）。

2 以學生為中心教學模式中教師角色

C語言程序設計課程[7，8]的OBE教育模式改革，應圍繞軌道交通信號與控制專業(yè)培養(yǎng)學生研究、溝通、設計開發(fā)解決信號專業(yè)工程問題等能力開展教學。因此教師的能動作用體現(xiàn)在：

2.1 教學任務的設計者和實施者

圍繞學生培養(yǎng)目標，在教學組織上遵循OBE 教育理念，根據(jù)設定的課程教學目標，運用靈活的教學策略和教學手段。實踐中主要采用了合作學習、提問式學習、案例式學習、分組學習、等等，切實提高教學的時效性。

2.2 教學任務的引導者

在教學過程中引導學生對C語言課程的內(nèi)容與專業(yè)知識進行結(jié)合，主要表現(xiàn)在：（1）明確C語言課程的內(nèi)容與專業(yè)知識點從哪幾方面實現(xiàn)結(jié)合；（2）如何將專業(yè)知識變成符合C語言規(guī)則的描述；（3）引導學生提高在轉(zhuǎn)化過程中解決問題的能力。

2.3 教學成果考核的評價者

在教學過程中明確預期教育成果的目的下，通過以下幾方面的考核與評價，隨時掌握學生的學習狀況，提高教學的質(zhì)量。

（1）課下答疑：實現(xiàn)學生學習能力與能力的轉(zhuǎn)化。（2）課堂積極性：判斷知識點是否有效掌握。（3）動手上機操作實踐：判斷知識與能力結(jié)合程度。（4）團隊合作能力：判斷溝通能力。

2.4 學生對教學評價的接受者

在教學活動中，除了教師主動指導、引導學生學習之外，學生對教師的評價對教學水平的持續(xù)改進提高有著重要作用，作為教學的主要形式，課堂教學中不可能詳細了解到每一位同學對教學活動的感受，因此在教學實踐改革實踐中采用提交學習報告的方式使學生對教師的教學活動進行評價，主要評價點為：（1）對教材的評價；（2）對教師授課方式的評價；（3）對軟件編程能力在解決專業(yè)工程問題的認識評價；（4）對課程的認識評價（圖2 ）。

3 與專業(yè)知識結(jié)合的學習成果的獲得

3.1 教師授課模式

課堂教學是教師授課模式的主要環(huán)節(jié)，通過該環(huán)節(jié)使得學生了解學習的重點以及掌握的問題，對學生的學習具有至關重要的作用。教師授課時通過板書和投影引導學生把握課程要點，理論知識聯(lián)系實際。“C語言程序設計”中講解結(jié)構(gòu)體一節(jié)時通過對鐵路站場中信號機、道岔、軌道電路的屬性分析，可以分別建立屬于信號機、道岔、軌道電路的結(jié)構(gòu)體類型，在程序中使用結(jié)構(gòu)體類型時講解定義具體如何使用結(jié)構(gòu)體類型變量相關的知識。

通過上述理論與實際的結(jié)合，使得學生在掌握編程知識的同時也掌握了如何建立鐵路信號站場數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，強化程序設計與專業(yè)知識的緊密結(jié)合，在“C語言程序設計”教學改革中是關鍵所在。對于軌道交通信號與控制專業(yè)學習“C語言程序設計”的學生來說，在理論講解的過程中融入具體鐵路站場實際問題，研究解決問題的方案和步驟，及時增加實踐性上機操作課程，使理論學習得到實際的理解與應用。

3.2 翻轉(zhuǎn)課堂授課模式

翻轉(zhuǎn)課堂授課模式[9]使得學生在課下時間完成知識的學習，在課堂中實現(xiàn)老師和學生之間互動的場所，包括答疑、質(zhì)疑、知識的運用等，從而達到更好的教學效果。該種授課模式在軌道交通信號與控制專業(yè)“C語言程序設計”教學改革中具體表現(xiàn)為：（1）學生在課下完成專業(yè)基礎知識的文獻查閱和理解；（2）課堂中，教師通過對具體鐵路站場的分析，將學生課下準備的專業(yè)理論知識和課堂講授的C語言知識轉(zhuǎn)化到具體站場結(jié)構(gòu)中，學生在理論與實踐中獲取到專業(yè)知識與具體理論的結(jié)合。

這種授課模式，老師更多的責任是去理解問題以及引導學生如何將具體的理論知識運用到具體站場中，通過共同研究解決實際鐵路站場中的問題從而獲得對程序設計和專業(yè)知識的更深層次理解。

4 學習成果的評價

OBE教育理念強調(diào)以學生學習成果為中心，學生學習成果的評估不是根據(jù)學生看過多少本書或者掌握多少知識點，對于軌道交通信號與控制專業(yè)“C語言程序設計”教學來說是否達到學習成果主要應參照表一所列指標點進行考察。教師應該以多元化的方式檢驗學生綜合能力培養(yǎng)的效果，而不是以一張試卷、一個分數(shù)進行考核。軌道交通信號與控制專業(yè)“C語言程序設計”教學考核的方式主要包括以下幾方面：（1）課堂中對于鐵路站場分析以及解決具體問題探討過程中的積極性來評估學生的問題分析能力；（2）通過具體站場示意圖解決實際鐵路運營方面的問題來評估初步編程能力和專業(yè)知識與程序設計結(jié)合的能力；（3）課堂討論的積極性以及解決問題的快速性、準確性來評估團隊合作的意識與能力；（4）通過答疑、質(zhì)疑、實驗、工程問題的解決評估學生工程問題的解決能力。

5 結(jié)論

鐵路信號技術不斷依托于計算機技術逐步成熟，對軌道交通信號與控制專業(yè)學生提出更高的專業(yè)知識與程序設計相結(jié)合的要求。本文提出基于OBE的軌道交通信號與控制專業(yè)C語言課程教學改革，以C語言與專業(yè)知識的最終結(jié)合為基礎，對C語言程序設計的教學內(nèi)容進行反向設計，在課堂教學中注重提高學生的積極性和主動性的教學設計以及發(fā)揮教師的能動作用，有效提高C語言課程的教學質(zhì)量、教學水平和學生的學習成效。與此同時，該課程投入教改實踐對后續(xù)專業(yè)課程的學習和人才培養(yǎng)方面都具有積極的促進作用，對培養(yǎng)更加符合現(xiàn)代鐵路發(fā)展要求的人才更具顯著現(xiàn)實意義。

參考文獻

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