OBE理念與計算思維相結(jié)合的計算機導(dǎo)論課程的改革與實踐

張怡文，汪紅霞

(安徽新華學(xué)院信息工程學(xué)院，安徽合肥230088)

1 研究背景

“計算機導(dǎo)論”課程是一門計算機專業(yè)的入門先導(dǎo)課程，課程內(nèi)容包括了計算機硬件、軟件的介紹、計算機網(wǎng)絡(luò)、程序設(shè)計、數(shù)據(jù)庫、軟件工程等各專業(yè)學(xué)科方向和計算機領(lǐng)域最新的技術(shù)、發(fā)展方向等內(nèi)容，知識涵蓋面廣，目的是為了讓學(xué)生了解計算機領(lǐng)域的主要內(nèi)容，以及即將學(xué)習(xí)的專業(yè)課程體系，拓寬學(xué)生的知識面，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及創(chuàng)新思維，同時通過實踐課程提高學(xué)生查閱資料、分析和解決問題的能力。

1.1 OBE教育理念概述

OBE的全稱是基于產(chǎn)出的教育模式(Outcomes-Based Education)，美國學(xué)者William G.Spady對OBE作出如下解釋:“對教育系統(tǒng)中的每個環(huán)節(jié)進行清晰地聚焦和組織，確定一個學(xué)習(xí)的目標(biāo)，圍繞這一目標(biāo)使學(xué)生在完成學(xué)習(xí)過程之后能夠達到預(yù)期的結(jié)果”［1］。目前的教學(xué)方式多以內(nèi)容為主，教學(xué)方式過于死板，不能在有限的時間單元內(nèi)激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性和提高主動學(xué)習(xí)的能力。文獻［2］中以汕頭大學(xué)為例闡述了基于內(nèi)容的學(xué)習(xí)方法與基于產(chǎn)出的學(xué)習(xí)方法的區(qū)別，通過比較，基于產(chǎn)出的教學(xué)模式在教學(xué)方法、教學(xué)效果上都明顯優(yōu)于基于內(nèi)容的教學(xué)方法;文獻［3］中闡述了OBE教育模式在應(yīng)用型人才培養(yǎng)中的重要作用，指出了應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式更注重學(xué)生學(xué)的學(xué)習(xí)能力和產(chǎn)出;文獻［4］闡述了如何通過OBE的理念制定更有利于學(xué)生產(chǎn)出培養(yǎng)的教學(xué)大綱;文獻［5］闡述了OBE在分層教學(xué)中的應(yīng)用，采用多元互動的教學(xué)模式和梯度化、多樣化的考核手段，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果;文獻［6-8］分別研究了OBE理念在操作系統(tǒng)、單片機原理應(yīng)用等課程，以及對互聯(lián)網(wǎng)+時代下的在線開放課程的影響。

因此，在“計算機導(dǎo)論”課程中，由OBE理念指導(dǎo)教師明確產(chǎn)出是什么，希望在教學(xué)過程中學(xué)生學(xué)到什么，將OBE的理念應(yīng)用到教學(xué)過程中。

1.2 計算思維概述

目前，大家認可的計算思維概念來自于周以真(Jeannette Wing)教授。周教授認為，計算思維是運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計，以及人類行為理解的涵蓋計算機科學(xué)之廣度的一系列思維活動［9］，計算思維的本質(zhì)是抽象和自動化。計算思維是通過約簡、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法，把一個困難的問題闡釋為如何求解它的思維方法，可以做并行處理，采用抽象和分解的方法來完成龐雜的任務(wù)或進行巨型復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計。也可以選擇合適的方式陳述一個問題，按照預(yù)防、保護及通過冗余、容錯、糾錯的方式，從最壞情況進行系統(tǒng)恢復(fù)的一種思維方法。還可以利用啟發(fā)式推理尋求解，即在不確定情況下的規(guī)劃、學(xué)習(xí)和調(diào)度的思維方法，計算思維還是一種利用海量數(shù)據(jù)來加快計算，在時間和空間之間、在處理能力和存儲容量之間進行折中的思維方法。陳國良院士又對計算思維在基礎(chǔ)教育中的應(yīng)用做了更進一步的描述［10］，他提出一種“計算思維導(dǎo)論”課程，將“計算思維”與“計算機導(dǎo)論”課程相結(jié)合。同時文獻［11-12］中都論述了如何在計算機類基礎(chǔ)課以及程序設(shè)計類課程中運用計算思維的理念培養(yǎng)學(xué)生，收到較好的教學(xué)效果。

綜上所述，本文將基于OBE理論與計算思維相結(jié)合對目前的“計算機導(dǎo)論”課程進行改革和實踐。針對計算機專業(yè)的特點，明確課程的產(chǎn)出:首先讓學(xué)生了解計算機專業(yè)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;再培養(yǎng)學(xué)生運用計算機相關(guān)技術(shù)解決問題的能力，拓展計算思維的意識;最后要學(xué)生了解計算機領(lǐng)域的新知識、新技術(shù)。通過研究與改革建立一種適合應(yīng)用型高校的“計算機導(dǎo)論”課程的知識體系。

2 研究思路與改革方向

以O(shè)BE理念的產(chǎn)出為導(dǎo)向，以計算思維的培養(yǎng)為核心，優(yōu)化“計算機導(dǎo)論”課程教學(xué)內(nèi)容。以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目的，培養(yǎng)學(xué)生運用計算思維的方式發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。由于“計算機導(dǎo)論”課程涉及的學(xué)科廣泛，內(nèi)容繁雜，要讓學(xué)生通過課程的學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣并能對所學(xué)知識模塊自行深入挖掘。本文對課堂教學(xué)和實踐教學(xué)兩個部分進行優(yōu)化改革，擬建立一種合理的教學(xué)體系。

按照計算思維理念建構(gòu)“計算機導(dǎo)論”課程體系［13］，包括計算機基礎(chǔ)知識、系統(tǒng)平臺、算法基礎(chǔ)與程序設(shè)計、計算機應(yīng)用技術(shù)等模塊。如圖1所示:

圖1 基于計算思維的“計算機導(dǎo)論”課程體系

2.1 建立“預(yù)習(xí)－討論－總結(jié)－任務(wù)”的課堂教學(xué)體系

“計算機導(dǎo)論”課程課堂教學(xué)的產(chǎn)出設(shè)定為:以學(xué)生為主體，讓學(xué)生能夠通過計算思維的方式認識和分析問題，主動參與到課堂教學(xué)中來，建立“預(yù)習(xí)－討論－總結(jié)－任務(wù)”的課堂教學(xué)體系。課堂教學(xué)以學(xué)生為主體，教師的主要工作由完全講授轉(zhuǎn)變?yōu)?(1)設(shè)計預(yù)習(xí)內(nèi)容，提出需要學(xué)生了解和分析的問題;(2)引導(dǎo)學(xué)生思考如何解決問題;(3)幫助學(xué)生對解決問題的過程進行總結(jié)。以計算機硬件系統(tǒng)介紹為例進行課堂教學(xué)體系的說明。

首先，明確通過計算機硬件系統(tǒng)介紹內(nèi)容的教學(xué)產(chǎn)出，就是希望學(xué)生通過對計算機硬件系統(tǒng)的學(xué)習(xí)可以明確:(1)計算機的硬件由哪些部分組成;(2)每一部分的硬件起到什么樣的作用;(3)如何根據(jù)自己的需要配置一臺計算機，并說明配置的理由。通過這些過程希望學(xué)生可以具備學(xué)習(xí)能力、資料查找的能力、綜合應(yīng)用的能力。教學(xué)產(chǎn)出及思維培養(yǎng)如圖2所示:

圖2 OBE及思維培養(yǎng)目標(biāo)(以硬件系統(tǒng)課堂教學(xué)為例)

其次，教師將計算機的硬件基本組成，及每部分硬件的作用兩個問題布置給學(xué)生，由學(xué)生做課前調(diào)查預(yù)習(xí)。課堂上將學(xué)生調(diào)查預(yù)習(xí)的內(nèi)容進行分組討論，按小組匯報補充調(diào)查內(nèi)容;教師在學(xué)生討論的過程中要不停的引導(dǎo)學(xué)生思考為什么，從而更深入地解決硬件作用的問題;討論結(jié)束，要對學(xué)生在調(diào)查預(yù)習(xí)和討論過程中出現(xiàn)的問題進行總結(jié)，同時對硬件系統(tǒng)的知識進行全面的梳理和總結(jié)，提醒學(xué)生哪些知識點是重點，哪些知識點是難點。

最后，對課堂教學(xué)內(nèi)容進行總結(jié)和討論，給學(xué)生布置課后調(diào)查作業(yè)，讓學(xué)生結(jié)合課堂教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)自己需要，為自己配置一臺計算機，并說明理由。這樣學(xué)生就可以通過課后調(diào)查更深一層思考和理解硬件系統(tǒng)的每一部分硬件的作用，并且能夠理論聯(lián)系實際，解決生活中的實際問題。

2.2 建立“綜合應(yīng)用能力培養(yǎng)”為產(chǎn)出的實踐教學(xué)體系

由于信息化的普及，目前高中階段都已開設(shè)了信息類課程，學(xué)生在高中階段就已經(jīng)學(xué)習(xí)了辦公軟件如word、excel、powerpoint的基本功能和操作，在“計算機導(dǎo)論”中，上機操作就以綜合能力培養(yǎng)為產(chǎn)出目標(biāo)進行設(shè)定，同時以培養(yǎng)學(xué)生使用軟件為目的，應(yīng)用軟件只是解決問題的工具，不要把焦點集中在軟件的功能，而是學(xué)會遇到問題時查閱如何使用應(yīng)用軟件解決問題的綜合能力。實踐教學(xué)中，主要講解辦公軟件和一些應(yīng)用軟件的使用，教師的主要工作為:(1)設(shè)計綜合應(yīng)用案例，并進行講解;(2)布置綜合案例任務(wù)，指導(dǎo)學(xué)生完成;(3)幫助學(xué)生總結(jié)應(yīng)用軟件功能在綜合案例中的作用。講解過程強調(diào)應(yīng)用軟件只是一種處理問題的工具，實踐教學(xué)中不要求工具使用的熟練程度，而是要求學(xué)生明白這一工具可以處理什么樣的問題，什么樣的場合需要選擇什么樣的工具進行處理。下面以word實踐教學(xué)為例進行說明。

首先，明確通過word實踐教學(xué)的產(chǎn)出，希望學(xué)生可以通過上機實踐課學(xué)習(xí)到以下內(nèi)容:(1)明白word的主要功能;(2)掌握word的基本操作;(3)能夠利用word完成日常生活中的文字排版需求。教學(xué)產(chǎn)出及思維培養(yǎng)如圖3所示:

圖3 OBE及思維培養(yǎng)目標(biāo)(以word應(yīng)用實踐教學(xué)為例)

其次，教師制作一個綜合實例并在實踐課堂為學(xué)生演示和講解，講解側(cè)重于每一種功能可以解決什么樣的問題，并且讓學(xué)生明確哪些是必須掌握的內(nèi)容，哪些是可以了解今后再加強練習(xí)的內(nèi)容。接下來，把一個綜合實例發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生按要求進行排版操作，操作過程中教師進行糾正和指導(dǎo)，歸納大多數(shù)學(xué)生存在的共性問題，并在實踐教學(xué)的最后環(huán)節(jié)進行總結(jié)。

最后，再次強調(diào)大家都容易出錯的操作，同時布置課后任務(wù)給學(xué)生。讓學(xué)生總結(jié)自己哪些操作掌握不清楚，并進一步思考word的主要使用場合。

2.3 建立“分組式、討論式”的評價體系

傳統(tǒng)的評價標(biāo)準(zhǔn)多注重學(xué)生學(xué)習(xí)的全面性和系統(tǒng)性，難以兼顧到學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題等思維能力的培養(yǎng)。OBE模式的實施原則之一就是“自頂向下，反向設(shè)計”［6］。教師在授課過程中要緊扣培養(yǎng)目標(biāo)，理清知識點之間的關(guān)系，讓學(xué)生能夠把零散的知識點形成一個完整的邏輯框架，而不是知識的簡單堆砌。

在“計算機導(dǎo)論”課程學(xué)習(xí)中，通過考核了解學(xué)生是否具備以下能力:(1)能夠明確計算機學(xué)科各專業(yè)課的內(nèi)容及課程之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系;(2)是否具備通過資料的查閱，分析和解決問題的能力;(3)是否可以通過團隊配合的方式完成既定任務(wù)。

根據(jù)以上目標(biāo)，在“計算機導(dǎo)論”課程中將班級同學(xué)以4～5人一組進行分組，考核方式以“分組式、討論式”的形式進行，考核內(nèi)容分兩部分:第一部分，基于知識點的調(diào)查報告。在每一個知識點結(jié)束的時候，都給學(xué)生出若干個相關(guān)內(nèi)容的思考題，如在調(diào)查計算機著名組織與公司時，要求學(xué)生調(diào)查計算機領(lǐng)域相關(guān)學(xué)術(shù)組織有哪些，計算機領(lǐng)域的科技代表公司有哪些等，并以調(diào)查報告的形式提交。教師對學(xué)生提交的調(diào)查報告進行打分，匯總到期末成績中。第二部分，期末考試。教師對“計算機導(dǎo)論”課程大綱中需要學(xué)生掌握的知識點進行梳理，出一套包括理論、調(diào)查、操作的試題，試題的性質(zhì)以考核綜合應(yīng)用、解決問題的能力為主。學(xué)生仍然采用小組式、討論式的方式進行?？荚囘^程圍繞解決問題的思維方式為主，不限制解決問題的手段，學(xué)生可以相互討論、可以查閱教材、可以通過網(wǎng)絡(luò)進行查找。并在最后對自己小組成員在考試過程遇到的問題以及解決問題的方法進行總結(jié)。

根據(jù)以上兩部分內(nèi)容的考核，按比例對學(xué)生進行綜合評分。經(jīng)過考試改革，提高了學(xué)生對課程的認知，同時通過這種考核方式讓學(xué)生明白，計算思維就是一種解決問題的思維方式，計算機技術(shù)是解決問題的一種工具和手段，收到了較好的評價效果。

綜上所述，本文提出的基于OBE理念與計算思維相結(jié)合的“計算機導(dǎo)論”課程的改革與實踐方法，通過教學(xué)改革，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，資料調(diào)查和運用計算思維分析和解決問題的能力。在下一步的工作中，繼續(xù)將OBE理念應(yīng)用到計算機相關(guān)課程的課程體系中。