基于PBL 和OBE 融合的程序設計實驗金課建設研究
——以高級語言程序設計實驗課程為例

于 延，李英梅

（哈爾濱師范大學 計算機科學與信息工程學院，黑龍江 哈爾濱 150025）

0 引 言

問題導向學習法（Problem-Based Learning，PBL）由美國教授Barrows 于1969 年首次創(chuàng)立，它以現(xiàn)代建構主義學習理論為指導，是一種在有意義的問題情境中，以問題為中心，通過合作解決真實問題的開放性、研究性、探索性的學習方法[1-2]。

成果導向教育(Outcome-Based Education，OBE）由Spady等人于1981年提出，已成為美國、英國、加拿大等國家教育改革的主流理念。美國工程教育認證協(xié)會將其貫穿于工程教育認證標準的始終。中國在2016 年6 月正式加入《華盛頓協(xié)議》，工程教育質(zhì)量得到國際認可。OBE 理論要求突出學生中心、產(chǎn)出導向和持續(xù)改進，更多地關注學生最終學習成果，這一理念正在成為我國高校人才培養(yǎng)的指導理論[3]。

在程序設計類實驗課程教學中采用問題導向學習法和成果導向教育理念相結合，可以徹底改變“預習—實驗—復習—考試”的傳統(tǒng)教學模式，讓問題導向和成果導向貫穿實驗教學始終，使學生在提出問題、分析問題、解決問題的過程中深刻理解所學知識，形成獨立思考和團隊合作的能力，從而有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

1 程序設計實驗教學中存在的問題

隨著國內(nèi)高校專業(yè)認證的逐年開展，在人才培養(yǎng)方案制定和課程教學改革中不斷引入先進的教育理念和方法，例如翻轉課堂、混合式教學模式等，PBL 方法和OBE 理念也逐漸被接受，并貫徹于人才培養(yǎng)過程中，特別是人才培養(yǎng)方案制定和課程教學改革中[4-6]。應用PBL 方法和OBE理念相結合指導程序設計實驗課程的教學改革，目前的研究不是很多。實際上，程序設計類課程實驗教學效果還存在很多問題，應對形成原因進行更深入的分析。

（1）知識龐雜，內(nèi)容較抽象。程序設計類課程本身知識內(nèi)容比較龐雜，包括數(shù)據(jù)、運算、控制結構、函數(shù)、文件、輸入輸出、指針、鏈表、簡單算法等，程序設計問題往往涉及數(shù)學、物理等學科。程序設計的問題分析、模型創(chuàng)建、程序編寫和調(diào)試等內(nèi)容和過程也比較抽象。

（2）課時有限，教學任務重。據(jù)調(diào)查，我國高校計算機類專業(yè)高級語言程序設計課程總課時在72～84 學時，實驗教學課時在18～30 學時，總的來說實驗教學學時非常有限，學生得不到充分的解題訓練。

（3）實驗教學形式單一，學生創(chuàng)新能力不足。程序設計實驗課程往往以感受式或培訓式的方式進行，形式比較單一，導致學生積極性不高。實驗課程訓練題目有限，不能體現(xiàn)整個課程內(nèi)容，從而使學生不能得到全面深刻的訓練，導致創(chuàng)新能力不足。

（4）教學資源配置不佳，評價與改進機制缺乏。實驗教學資源配置不合理，實驗題目案例數(shù)量少，知識點覆蓋率低，缺乏有效的執(zhí)行、監(jiān)督和評價機制，這些問題都導致實驗教學效果不理想。

2 基于PBL和OBE融合的金課設計

問題導向強調(diào)把學習任務和目標的達成以問題情境為載體，通過讓學習者合作解決問題來學習知識，并形成自主學習的能力。成果導向強調(diào)教學設計和實施的目標是學生的學習成果，主張教學目標和實施方案都為學生的學習成果服務。從本質(zhì)上講，成果導向教育模式就是圍繞“預期產(chǎn)出—實現(xiàn)預期產(chǎn)出—評估產(chǎn)出”的主線開展教學活動，從而構成了教育質(zhì)量持續(xù)改進的閉環(huán)[7]。

PBL 關注問題，OBE 關注成果，這兩種教學模式非常適合程序設計實驗的課程教學，我們在多年教學改革實踐中，以問題為載體，以成果為導向，設計了基于PBL 和OBE 融合指導下的程序設計實驗教學模式，如圖1 所示。該模式主要分為問題導向設計、方法與實施設計、成果導向設計和評價反饋設計4 個方面。

圖1 PBL 和OBE 融合指導下的教學模式設計

3 PBL與OBE的深度融合

程序設計實驗是完全實踐性的課程，是程序設計課程的重要組成，是對學生計算機系統(tǒng)能力培養(yǎng)和計算思維養(yǎng)成的重要前提和保障，是學生學習計算機技術的重要基礎。

3.1 問題導向設計

問題導向要求教學全過程以實際問題為載體，以解決問題為結果，達成教學目標。這就需要大量的問題，并科學地設計問題的難度和梯度，問題主要來源有：

（1）課程組編寫主教材《C 語言程序設計與實踐》，采用“章—節(jié)—知識單元”三級體例編寫，包括500 個程序案例。配套的實驗教材為《C 語言程序實驗與課程設計教程》，與主教材體例一致，每一章都設置足量的實驗問題、解題思路和題解，并注意設計問題的難度和梯度，所有實驗問題都來自網(wǎng)絡OJ 平臺，全書共包括400 個問題。教材中足量的問題設計滿足學生不同程度的學習需要。

（2）混合式教學模式也要求學生充分利用網(wǎng)絡線上資源，國內(nèi)外著名的線上OJ 平臺提供海量問題空間，應該鼓勵學生自主搜索問題，提升學習興趣。

（3）問題導向的目的是解決問題，對解決問題的成果設計之一就是讓學生可以自主設計問題，并在小組之間以游戲化方式進行對抗，從而激勵學生的創(chuàng)新能力。

3.2 成果導向設計（能力產(chǎn)出）

成果導向要求關注學生的學習成果，要求教學的全過程為達成成果服務。課程的教學目標要覆蓋需要達成的成果，要以專業(yè)人才培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求為依據(jù)。我們的教學模式中設計了作為教學目標的成果產(chǎn)出設計，以支撐畢業(yè)要求，并給出實施方法，見表1。

表1 能力產(chǎn)出目標與畢業(yè)要求的支撐

所有能力產(chǎn)出目標的達成都以問題為載體，學生在解決問題的教學過程中可以發(fā)現(xiàn)能力不足、培養(yǎng)能力需求、建構能力水平，最終達成能力產(chǎn)出。

4 實施方法

為保證課程教學目標的有效實現(xiàn)，保證問題與成果導向的有效融合，根據(jù)設定的目標成果，設計了一系列具體教學方法和手段，來保障教學過程的實施與評價。

4.1 五段式教學模式

教學團隊設計了全程實踐貫穿的“預習—課堂—復習—創(chuàng)新—評價”的5 段式教學模式，全過程以問題為導向，每個階段設計不同的學習任務。采用“提出問題—查找資料—討論研究—總結反思”的方法，通過完成這些學習任務以達成能力產(chǎn)出目標，見表2。

4.2 團隊合作與游戲化教學模式

基于團隊協(xié)作精神的分組教學模式，以協(xié)作研討為主要手段，同樣強調(diào)問題和任務導向，同樣強調(diào)學生為中心，同樣強調(diào)成果產(chǎn)出，可以激發(fā)學生獨立思考、促進學生相互交流幫助、建立團隊協(xié)作精神、有效提高學生的學習效率和綜合素質(zhì)[8-10]。在程序設計實驗教學實踐中始終以分組合作的團隊協(xié)作方式運作，團隊的成員數(shù)量應以3～6 人為宜。

表2 五段式教學模式對應能力產(chǎn)出

教學過程游戲化強調(diào)讓學生在現(xiàn)實世界中完成學習任務，將課程日常教學、管理、評價等教學活動以游戲形式開展。將教學中的所有章設計成關卡，章內(nèi)所有問題均以任務的形式發(fā)布，以游戲化手段進行管理與評價，以積分、徽章、等級等游戲元素為成績記錄和激勵，可以最大限度地激勵學生的興趣和創(chuàng)新意識，促進任務完成和學習成果產(chǎn)出。

PLB 與OBE 融合指導下實驗教學模式中各種五段式教學模式、團隊和游戲化教學以及綜合評價體系等教學保證措施之間的關聯(lián)和有機結合如圖2 所示。

圖2 保證措施的關聯(lián)和有機結合

4.3 教師指導下學生助教全程陪伴的輔導模式

程序設計實驗課程計劃學時十分緊張，教師的工作時間和精力也十分有限，而問題導向和成果導向指導下教學模式的實施、指導、監(jiān)督和評價工作是復雜和繁重的。聘請高年級學生助教可以解決以上問題，采用“教師（教學團隊）指導—學生助教全程陪伴、輔導、監(jiān)督”的模式，既解決教師精力不足的問題，又解決學生之間同伴教育的實現(xiàn)。

學生助教可以在高年級學生中選拔并簡單培訓，每名學生助教負責陪伴和輔導3～6 人的學生團隊，在教師的指導下對學生進行陪伴、輔導、監(jiān)督和評價。學生助教可以很好地實現(xiàn)學生之間的“自組織、自實施、自監(jiān)督、自評價”，實踐表明學生助教對教學效果提升和教學過程保障起到極大提升作用。

4.4 一題多解和自主設計問題的創(chuàng)新模式

以問題為載體，問題導向關心問題的解決，成果導向關心解決問題過程中學生獲得的能力產(chǎn)出。對同一個問題，不同的學生在不同的時間，或者不同的約束條件下，解決的方法和過程往往是不同的。訓練學生一題多解的能力可以培養(yǎng)學生發(fā)散思維、聯(lián)想思維等思維訓練，可以培養(yǎng)學生自主建構新知識、新思想、新事物、新方法，更是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的有效方法。所以，在設計問題和任務時，應該有意識地要求學生用不同的思路和方法去解決，并對比不同方法的特點和優(yōu)劣，從而更好地提升教學效果。

解決問題甚至實現(xiàn)一題多解看似是教學目標已經(jīng)實現(xiàn)，實際上學生的能力產(chǎn)出還有很大的提升空間。讓學生“自主設計問題（任務）”，是訓練學生掌握知識的高度綜合應用能力和具有高超創(chuàng)新能力的體現(xiàn)，也是培養(yǎng)學生發(fā)明創(chuàng)造能力的好方法，實踐證明這一措施取得良好效果。

5 建立綜合性立體評價體系，反饋教學設計

從問題導向出發(fā)，學生通過完成一系列各種類型的任務（問題），從而實現(xiàn)成果導向的各種能力產(chǎn)出。通過教師指導下的學生助教全程陪伴、輔導和監(jiān)督，通過“預習—課堂—復習—創(chuàng)新—評價”5步教學法，學生完成學習任務（解決問題）后的成果可能有：學習筆記、解題報告、程序代碼、演講和講解、測試與考試、討論或辯論、回答與交流、學科競賽等結果性或過程性成果。

針對課程特點和教學實施要求，采取個人考核與團隊考核相結合、教師評價與學生互評相結合的綜合性立體評價體系，包括自我評價、小組評價、助教評價、教師評價、游戲化評價5 個一級指標和若干二級指標，并設計了各級指標的考核比例，表3 為課程組設計的綜合評價體系與指標分解。

按以上評價體系可以對學生和教學效果進行周評價、關卡(章)評價、月評價或期中期末評價等多種不同形式的階段性評價，隨時掌握教學設計和實施效果以及學生學習效果，從而對未來的教學設計進行反饋和持續(xù)改進。

從以上評價體系可以看出，教師已經(jīng)從繁重的傳統(tǒng)教學檢查和評價任務中解放出來，真正實現(xiàn)以學生為中心，以問題和成果為導向。學生學習的所有內(nèi)容已經(jīng)轉化為游戲化教學中的關卡與任務，學生在助教陪伴下，在團隊協(xié)作中，自主地完成游戲任務。此時教師的職責主要是對學習問題(游戲任務)的設計，學生助教的指導，以及對學生專業(yè)理想、人格塑造和未來成長規(guī)劃的指導，特別是人格塑造，教師更應該培養(yǎng)學生養(yǎng)成正確的家國情懷觀、孝親尊師觀、道德情操觀念等思政方面涉及的內(nèi)容，從而實現(xiàn)培養(yǎng)學生的全面發(fā)展。

表3 綜合性立體評價體系與指標分解

6 結 語

基于PBL 和OBE 融合的金課建設是一項十分復雜的工程，需要科學的設計、嚴格的實施和精準的評價。從認知規(guī)律出發(fā)設計的“預習—課堂—復習—創(chuàng)新—評價”五步教學模式，是學習一切知識的正確方法；游戲化教學模式的設計使所有問題成為游戲任務，在學習過程中加入了一系列游戲性元素設計，從而增加游戲（學習任務）的可玩性和黏度；學生助教和團隊的設計充分發(fā)揮了同伴教育的作用，并且大大拓展了教學實施的時間和空間，把教師解放出來；一題多解和學生自主設計題目可以最大程度地激發(fā)學生的創(chuàng)新熱情和開發(fā)學生的智慧及潛能；綜合性立體評價體系可以全方位考查學生的能力產(chǎn)出，從而實現(xiàn)成果導向設計，不僅關注學生“學到、學會、學好了什么”，更關注培養(yǎng)學生健全的人格和高尚的品格，實現(xiàn)全過程育人、全方位育人。關于金課建設的具體標準、先進教育理念互相融合的理論基礎等問題有待學者進一步研究。