基于OBE理念的C語言程序設(shè)計課程改革實踐

黃繼海,劉秋菊，姜 宇，許鑌督

(鄭州工程技術(shù)學(xué)院 信息工程學(xué)院,河南 鄭州 450044)

一、引言

在計算機與人工智能迅速發(fā)展的今天，社會急需一批動手能力強的應(yīng)用型人才。C語言程序設(shè)計作為計算機類本科專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，是面向?qū)ο驝+ +程序設(shè)計、單片機原理及應(yīng)用和嵌入式系統(tǒng)等課程的先修課程，適用于智能科學(xué)與技術(shù)、電子信息工程和物聯(lián)網(wǎng)工程等專業(yè)軟硬件層次的開發(fā)語言，在課程體系中起著至關(guān)重要的作用。在課程體系與知識結(jié)構(gòu)上以及在編程思維、實踐能力的塑造性上，這門課程對智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)和電子信息工程專業(yè)非常重要，甚至貫穿四年不斷線。

該課程也是大一新生在對專業(yè)認識還比較模糊的前提下接觸到的第一門編程課程。如果還是以傳統(tǒng)的教學(xué)方法“填鴨式”教學(xué)[1]，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性會隨著課程難度的增加逐漸降低甚至喪失，直接導(dǎo)致課程的教學(xué)效果不佳，進而影響與該課程關(guān)聯(lián)緊密的課程的學(xué)習(xí)，教學(xué)質(zhì)量難以保證。具體表現(xiàn)在：以教師為中心，重理論輕實踐，教師講授重在理論教學(xué)部分，實踐部分講授指導(dǎo)較少或?qū)嵺`設(shè)計內(nèi)容較為零散，缺乏專業(yè)工程應(yīng)用；教材內(nèi)容未能及時融入新技術(shù)；考核方式單一，很難準(zhǔn)確把握學(xué)生對知識的理解。

本文從課程培養(yǎng)目標(biāo)的重定位、以學(xué)生為中心的課程教學(xué)設(shè)計、產(chǎn)教深度融合模式、加強實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)與指導(dǎo)、注重學(xué)生實踐能力培養(yǎng)、融入課程思政等幾方面，闡述了基于OBE理念的C語言程序設(shè)計課程教學(xué)改革方案，在該方案中融入工程教育模式，對進一步深化C語言程序設(shè)計課程教學(xué)改革與探索具有深遠的意義。

二、OBE理念

OBE(Outcome Based Education)成果導(dǎo)向教育是遵循結(jié)果導(dǎo)向，反向設(shè)計教學(xué)體系的教育模式[2]。與傳統(tǒng)的以教學(xué)內(nèi)容為中心的理念相比，OBE強調(diào)“以學(xué)生為中心”“成果導(dǎo)向”與“質(zhì)量持續(xù)改進”。這就要求教師和學(xué)生首先要明確教與學(xué)的目標(biāo)，即要取得的學(xué)習(xí)成果，學(xué)習(xí)成果不僅包含書本上的知識，也包括能力和素養(yǎng)。其次，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)過程的選擇和行為方式上都要以學(xué)習(xí)成果目標(biāo)為驅(qū)動，以學(xué)習(xí)成果目標(biāo)的達成度作為教學(xué)評價的重點，采用多元和階梯式的評價標(biāo)準(zhǔn)，在教與學(xué)的過程中根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問題及時做出調(diào)整，為下一輪教學(xué)做準(zhǔn)備。

成果導(dǎo)向教育如圖1所示，整個系統(tǒng)是一個閉環(huán)反饋系統(tǒng)。

圖1 基于OBE理念的教育模式

在新工科教育背景下，工程教育認證也全面融入了OBE理念。工程教育認證的過程為：首先確定認證專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，同時按照工程教育認證的標(biāo)準(zhǔn)給出畢業(yè)生所具備的畢業(yè)要求，設(shè)置課程體系、師資隊伍、教學(xué)條件都是圍繞這一要求展開的，對畢業(yè)生的畢業(yè)要求的達成度則是通過對各個教學(xué)環(huán)節(jié)的實施加以說明的，其中合理的課程體系是達成畢業(yè)要求的關(guān)鍵，因此，在新工科背景下，基于OBE理念的課程改革勢在必行[3-4]。

本文遵循 OBE教育模式，結(jié)合智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)及 C 語言課程的教學(xué)內(nèi)容，提出本課程的最終學(xué)習(xí)成果：

(1)掌握程序設(shè)計的基本方法，形成模塊化程序設(shè)計的邏輯思維能力，并逐步形成正確的程序設(shè)計思想。

(2) 能夠熟練地使用 C 語言進行程序設(shè)計，能運用合理的控制流編寫清晰高效的程序，具備分析與解決專業(yè)相關(guān)的實際問題的能力。

(3)為本專業(yè)后繼課程及其他程序設(shè)計課程的學(xué)習(xí)和應(yīng)用打下良好的知識基礎(chǔ)與技能基礎(chǔ)，同時促使學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)態(tài)度，為其將來從事專業(yè)活動和未來的職業(yè)生涯打下堅實的基礎(chǔ)。

三、基于OBE理念的C語言程序設(shè)計課程改革

(一)重定位課程培養(yǎng)目標(biāo)

C語言程序設(shè)計在許多工科類專業(yè)中作為專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有很強的應(yīng)用性。以筆者所在學(xué)院為例，電子信息工程、物聯(lián)網(wǎng)工程和智能科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)都開設(shè)這門語言課程，而且這3個專業(yè)對C語言程序設(shè)計的培養(yǎng)目標(biāo)基本一致，課程對畢業(yè)要求的支撐重點包括3個方面：軟硬件問題分析、設(shè)計解決方案、軟件開發(fā)與調(diào)試[5,6]。由此就可以確定課程的教學(xué)目標(biāo)為：學(xué)生通過學(xué)習(xí)C語言的基本語法規(guī)則，熟悉并掌握一些較為簡單的算法，具備計算思維和分析問題的能力；通過實驗環(huán)節(jié)，增強動手能力，鞏固所學(xué)的理論知識，并初步積累編程經(jīng)驗；通過課程綜合實踐，增強學(xué)生分析問題和解決問題的能力，激發(fā)計算思維和創(chuàng)新性思維，進一步解決一些比較復(fù)雜的程序課題，為今后專業(yè)學(xué)習(xí)奠定堅實的編程基礎(chǔ)。

C語言程序設(shè)計課程的培養(yǎng)目標(biāo)如表1所示。

表1 C語言程序設(shè)計課程的培養(yǎng)目標(biāo)

(二)以學(xué)生為中心的課程教學(xué)設(shè)計

受傳統(tǒng)大學(xué)學(xué)科教育的影響，在C語言程序設(shè)計的課程教學(xué)中，沿襲以教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式，注重知識的傳授，忽視學(xué)生能力的培養(yǎng)。教學(xué)內(nèi)容偏理論化，強調(diào)知識體系的完整性、全面性，缺乏趣味性。教師雖然能夠很容易地進行教學(xué)的組織管理和教學(xué)過程的調(diào)控，但學(xué)生被動地接受知識，學(xué)習(xí)效果欠佳。

表1中的“實現(xiàn)環(huán)節(jié)”就打破了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，為了實現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)，結(jié)合現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與信息技術(shù)，以學(xué)生為中心，實施學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)、線下面授有機結(jié)合的方式開展翻轉(zhuǎn)課堂與混合式教學(xué)。以具體案例為驅(qū)動，課前通過教師提出問題，學(xué)生線上自主預(yù)習(xí)學(xué)習(xí)，課堂教師組織對案例分析，解決學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的疑問；在實驗課中安排小組討論，教師講解語法與總結(jié)常見錯誤等不斷提升學(xué)生參與課堂的積極性，避免了教師的一味說教。結(jié)合案例分析介紹知識點，重視計算思維的培養(yǎng)，提倡算法的多樣化，同時拓展創(chuàng)新思維，發(fā)揮師生的創(chuàng)新能力，使學(xué)生不僅從應(yīng)用的角度汲取知識，而且還要為了解決問題而主動去挖掘知識點，學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和實踐能力不斷得到提升。真正做到“教師強起來”，“學(xué)生忙起來”。例如，在講解循環(huán)結(jié)構(gòu)時，為了完成學(xué)習(xí)目標(biāo)，制定該模塊的教學(xué)過程如表2所示。

表2 循環(huán)結(jié)構(gòu)模塊教學(xué)過程

(三)產(chǎn)教深度融合

在課堂教學(xué)中，注重學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)以提高學(xué)生的達成度。在設(shè)計任務(wù)時結(jié)合實際項目讓學(xué)生進行拓展訓(xùn)練，項目選取的是課程組設(shè)計的一款智能化產(chǎn)品——醫(yī)用智能配藥機。該醫(yī)用智能配藥機是依據(jù)“藥品集中配置理論”模型和“靜脈用藥配置工藝標(biāo)準(zhǔn)化”概念研發(fā)而成，能夠通過無線模塊多機聯(lián)合使用，具有快速、精準(zhǔn)、安全、輕松配藥的優(yōu)點，目前已經(jīng)在很多三甲醫(yī)院的靜脈用藥調(diào)配中心使用。把項目的軟件部分提取過來讓學(xué)生進行創(chuàng)新訓(xùn)練，該醫(yī)用配藥機的總?cè)蝿?wù)框圖如圖2所示。

基于智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，以 OBE 教學(xué)理念的最終學(xué)習(xí)成果為出發(fā)點，并結(jié)合具體的情境來設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，以便有效地培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力和創(chuàng)造性思維?；谏鲜鲰椖吭O(shè)計出“智能配藥機控制系統(tǒng)”作為教學(xué)案例，將C語言課程知識點構(gòu)建在綜合項目當(dāng)中，讓學(xué)生“從做中學(xué)”，有助于鞏固已學(xué)知識。 在研究和分析“智能配藥機控制系統(tǒng)”所需要的知識結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，本文根據(jù)該綜合項目對應(yīng)的 C 語言知識點，將項目劃分為 9個子模塊，每個子模塊包含了達到其實際能力所要完成的任務(wù)，涵蓋了教學(xué)內(nèi)容的所有知識點，并遵循了知識的連續(xù)性和擴展性，如表3所示。

圖2 醫(yī)用智能配藥機任務(wù)框圖

通過對醫(yī)用智能配藥機的分析，引導(dǎo)學(xué)生注重身邊存在的實際需求，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維，通過程序調(diào)試、測試機器的功能等過程，讓學(xué)生有滿滿的成就感，也極大地激發(fā)他們自主學(xué)習(xí)的興趣和對專業(yè)知識領(lǐng)域的探索欲望。利用以學(xué)生為中心的課中授課，有效解決了學(xué)生的疑問，提高了學(xué)生分析問題和解決問題的能力，從而提升課程的高階性，突出課程的創(chuàng)新性，增加課程的挑戰(zhàn)度。

表3 C語言課程模塊化教學(xué)任務(wù)表

(四)加強實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)與指導(dǎo)，注重學(xué)生實踐能力培養(yǎng)

C語言程序設(shè)計課程的實踐教學(xué)包括課內(nèi)實驗8學(xué)時、一周的課程設(shè)計和課外的開放性實驗、創(chuàng)新性實驗。實踐環(huán)節(jié)是增強學(xué)生動手能力、創(chuàng)新能力、分析問題解決問題能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了更好地達到實踐環(huán)節(jié)的培養(yǎng)目標(biāo)，課內(nèi)實驗一般提倡學(xué)生在業(yè)余時間先寫好，課內(nèi)有限的時間主要是用來調(diào)試和解決錯誤，避免學(xué)生把大部分課內(nèi)時間都用于錄入代碼。課內(nèi)實驗環(huán)節(jié)的考核成績按照學(xué)生任務(wù)的完成情況確定。課程設(shè)計主要選取綜合的應(yīng)用，課外的開放性實驗和創(chuàng)新性實驗主要是通過學(xué)生參與到學(xué)校的開放實驗室項目、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目和教師的課題進行的，鼓勵學(xué)生自主創(chuàng)新和創(chuàng)造發(fā)明。在指導(dǎo)教師的帶領(lǐng)和學(xué)生的積極參與下，學(xué)院也給予經(jīng)費支持，學(xué)生的創(chuàng)新能力得到進一步提升。

學(xué)生參與課程組利用C語言編寫的“鄭州市寵物管理系統(tǒng)”“醫(yī)用智能配藥機項目”“自行車運動員機能狀態(tài)數(shù)據(jù)分析平臺”，取得了“鄭州市科技進步二等獎”“全國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽二等獎”等成績，學(xué)院學(xué)生參加2019年全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽，智能巡線機器人項目獲得國賽二等獎1項、河南省一等獎3項的好成績。學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性、課程學(xué)習(xí)的廣度、解決問題的思路、實踐動手能力都得到了提升。

(五)思政課程與專業(yè)課程融合

課程組教師在進行教學(xué)改革中，也充分挖掘課程思政元素，把思政點和育人元素融入課堂教學(xué)中，達到實時育人、課課育人的功能，最終實現(xiàn)思想政治教育和專業(yè)知識教育二者的有機統(tǒng)一，教書和育人有機統(tǒng)一，實現(xiàn)“潤物無聲”的育人效果。

在C語言程序設(shè)計中，每個課程內(nèi)容模塊都可以設(shè)置一個思政點，表4中給出了思政教育目標(biāo)、思政教學(xué)內(nèi)容和部分課程知識單元的對應(yīng)關(guān)系。

表4 思政教育目標(biāo)、思政教學(xué)內(nèi)容與部分課程知識單元的對應(yīng)關(guān)系

通過表4不難發(fā)現(xiàn)，課程的思政元素、價值觀本身就能夠深深地吸引學(xué)生參與到課堂中，引起學(xué)生的思考和感悟，自然也能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，在一定程度上體現(xiàn)了教育理念的轉(zhuǎn)變，課堂教學(xué)由以教師為中心轉(zhuǎn)變到以學(xué)生為中心，從“教師教”轉(zhuǎn)向“學(xué)生學(xué)”，從學(xué)習(xí)知識的傳授轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)效果的達成。這就要求教師要正確引導(dǎo)學(xué)生，樹立正確的價值觀，看待問題客觀公正，激發(fā)學(xué)生的實業(yè)報國信心和勇氣，達到立德樹人的效果。

(六)采用更加合理科學(xué)的考核方式

基于OBE的課程改革，也要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的一張紙決定考核的方式，采取多元的考核方式，注重過程性考核。以學(xué)生學(xué)習(xí)效果為導(dǎo)向完善考核方式?？己说母鱾€模塊及所占的比例為：線上學(xué)習(xí)和線上考試占25%，平時表現(xiàn)占25%，期末考試(筆試或機試)占50%。線上學(xué)習(xí)和線上考試主要考查學(xué)生線上學(xué)習(xí)過程，在中國大學(xué)MOOC和雨課堂等平臺上都能記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，如觀看視頻的時間及進展、練習(xí)題的提交情況、參與互動的情況等，測試主要以選擇題、判斷題、填空題等客觀題為主。平時表現(xiàn)主要包括出勤、課堂討論、實驗報告的書寫、實驗考核成績等環(huán)節(jié)的綜合評定。期末考試根據(jù)需要可以采用筆試或機試，考試的結(jié)果要進行分析并給出改進措施，用于持續(xù)改進。

筆者所在學(xué)院從2017年開始進行C語言程序設(shè)計課程改革，從課前預(yù)習(xí)、課中授課到課后作業(yè)整個評價過程形成一個閉環(huán)培養(yǎng)反饋機制，每次評價可以為下一次教學(xué)改進提供依據(jù)。實踐表明，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和課堂的參與度進一步提高了，學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)的知識目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)基本達到，說明基于OBE理念的課程改革效果良好。

四、結(jié)束語

C語言程序設(shè)計課程是工科類本科專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，是今后從事專業(yè)工作與進行科學(xué)研究的基礎(chǔ)。學(xué)生對該課程學(xué)習(xí)的積極性與教師的教學(xué)效果都至關(guān)重要。以O(shè)BE教育理念為導(dǎo)向的教育模式逐漸在各院校展開，教育部關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實施意見中明確指出“必須把教學(xué)改革成果落實在課程建設(shè)上”。通過C語言程序設(shè)計課程改革的實踐證明，教學(xué)質(zhì)量得到進一步的提升，最終達到培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的目的。在今后的教學(xué)中，我們課題組將繼續(xù)完善、創(chuàng)新與實踐，探索新的教學(xué)模式提高課程的教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。