新工科背景下基于OBE的《C語言程序設(shè)計》課程建設(shè)

李小玲 ，魏建國 ，袁繼敏

(1.成都大學(xué) 計算機(jī)學(xué)院，四川 成都 610000；2.成都職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610000；3.成都工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 成都 6100000)

0 引言

“新工科”教育需要從工程教育改革的新理念、專業(yè)的新結(jié)構(gòu)、人才培養(yǎng)新模式、教育教學(xué)新結(jié)構(gòu)和發(fā)展的新體系等方面進(jìn)行推進(jìn)。 符合“新工科”理念的新型人才需要具備終身學(xué)習(xí)的能力，引領(lǐng)技術(shù)進(jìn)步的想象力和創(chuàng)造力[1-3]?！禖語言程序設(shè)計》是電子信息和計算機(jī)類專業(yè)大學(xué)生普遍開設(shè)的應(yīng)用性非常強(qiáng)的基礎(chǔ)課程，在教學(xué)內(nèi)容方面著重C語言程序設(shè)計的基本方法和編程技巧的講解，突出學(xué)生掌握傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的良好的風(fēng)格、形成工程問題與數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化能力、以及邏輯思維能力的培養(yǎng)，特別注重訓(xùn)練學(xué)生編程解決實(shí)際問題的能力，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下扎實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

《C語言程序設(shè)計》教學(xué)難度大，傳統(tǒng)教學(xué)難以培養(yǎng)學(xué)生建立編程思想、難以把實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型、難以應(yīng)用解決實(shí)際問題。本文按照新工科背景下教育改革建設(shè)的理念，推動課程內(nèi)容轉(zhuǎn)向工程實(shí)踐取向，對現(xiàn)有教材內(nèi)容選取、編排邏輯、案例選編等開展研究，探究現(xiàn)有課程內(nèi)容模塊分塊貫通性不夠、實(shí)踐應(yīng)用案例少、綜合應(yīng)用不強(qiáng)、案例遞進(jìn)度不夠等問題的改革方法。同時，按照由教師教轉(zhuǎn)向?qū)W生學(xué)，推動以學(xué)生為中心的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變，研究《C語言程序設(shè)計》課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)組織策略，設(shè)計創(chuàng)新型課程教材編排結(jié)構(gòu)和案例建設(shè)思路與策略，提高C語言程序設(shè)計課程教學(xué)質(zhì)量[4-5]，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和效率[6-7]。

1 課程建設(shè)現(xiàn)狀與問題

1.1 教材類別與使用情況

《C語言程序設(shè)計》課程的教材很多，除了原版翻譯教材外，國內(nèi)自編主要包括三類。第一類是以知識體系完備性為主、應(yīng)用于本科學(xué)生的教材[8]。比如譚浩強(qiáng)編著的各種版本經(jīng)典教材，這類教材主要在“雙一流”大學(xué)和新建應(yīng)用型本科院校使用，包括計算機(jī)和計算機(jī)類專業(yè)，如電類專業(yè)、機(jī)械類等工科專業(yè)。第二類是社會化職業(yè)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)編排的教材[9]，這類教材在本科教材的基礎(chǔ)上減少了理論部分，增強(qiáng)了實(shí)際運(yùn)用，主要是運(yùn)用于社會培訓(xùn)機(jī)構(gòu)，也作為在校學(xué)生學(xué)習(xí)C 語言程序設(shè)計參考資料。第三類是以情景為單元方式組織教材內(nèi)容、應(yīng)用于高職學(xué)生教材，也作為應(yīng)用型本科生學(xué)習(xí)參考。

第一類教材注重體系完備，注重理論知識，利于促進(jìn)學(xué)生掌握C語言編程的基本理論和基本知識，為學(xué)生后續(xù)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，利于幫助學(xué)生針對問題開展數(shù)學(xué)建模和建立C語言程序設(shè)計的思想。但是，學(xué)生入門上手較慢，體會C語言的強(qiáng)大功能和編程樂趣需要的時間長。第二類教材主要針對社會培訓(xùn)基礎(chǔ)知識差的群體，注重以導(dǎo)學(xué)組織教學(xué)內(nèi)容，案例選編突出應(yīng)用性、綜合性，有利于幫助學(xué)生理解程序設(shè)計方法、建立程序設(shè)計思想、掌握復(fù)查問題的程序設(shè)計流程和邏輯思維，對培養(yǎng)C語言的技能人才效果好。第三類教材降低了理論難度，減少了引導(dǎo)知識，教材增加了大量案例編排，注重學(xué)生上機(jī)實(shí)踐，入門難度小。由于有利于培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用技能。但是案例經(jīng)典性不強(qiáng)、應(yīng)用功能弱、場景選擇小，導(dǎo)致課程后段學(xué)習(xí)后勁不足。

1.2 教學(xué)模式對課程支持度小

《C語言程序設(shè)計》課程有著自身的特色，基礎(chǔ)知識多，占比大；知識點(diǎn)多、實(shí)踐練習(xí)內(nèi)容多，需要用理實(shí)結(jié)合教學(xué)法；理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)都具有片段性，需要把知識和應(yīng)用切片為小單元，單元完成時間設(shè)計10分鐘左右比較合適。例如基本語法、基本變量、數(shù)據(jù)類型、運(yùn)算符與表達(dá)式、各種運(yùn)算、優(yōu)先級別、以及數(shù)組、結(jié)構(gòu)體、和指針等。由于需要記憶規(guī)則多，傳統(tǒng)的教學(xué)模式以“教師為中心”，課堂講授為主，無法有效調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)積極性，在學(xué)生最需要上機(jī)實(shí)踐時難以安排學(xué)生上機(jī)練習(xí)，所以，多年來教學(xué)實(shí)際效果不夠理想?，F(xiàn)有的教學(xué)模式需要改變，開展以“學(xué)生為中心”的教學(xué)模式，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)主動性和能動性，讓學(xué)生能夠?qū)W以致用。

1.3 線上教學(xué)資源符合度不高

開展教學(xué)模式的改革，需要有合適的、足夠的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源?？箵粢咔槠陂g各個高校相繼開展了網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)，而在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)開展前期，清華大學(xué)、三峽大學(xué)等多所大學(xué)教務(wù)處長對當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源建設(shè)情況做了分析，對當(dāng)前慕課資源支持線上和線下教學(xué)建設(shè)情況做了概述，指出課程線上資源存在不能滿足不同層次教學(xué)需求的問題。事實(shí)上，在利用MOOC進(jìn)行線上線下混合式教學(xué)的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)目前很多網(wǎng)絡(luò)課程資源不能很好服務(wù)不同層次的學(xué)生自主學(xué)習(xí)。目前的各類精品資源課程、在線共享課程不是按照“學(xué)生為中心”的教學(xué)理論設(shè)計開發(fā)的，不能支持高效的“以學(xué)生為中心”學(xué)習(xí)模式。特別是《C語言程序設(shè)計》課程，目前很多教學(xué)資源對不同層次的學(xué)校開展線上線下、“以學(xué)生為中心”的學(xué)習(xí)模式轉(zhuǎn)變還有差距，缺少適合不同層次學(xué)生線上學(xué)習(xí)需要的微課資源。

2 基于新工科要求的課程建設(shè)思路

按照新工科C語言課程培養(yǎng)目標(biāo)，加強(qiáng)課程資源建設(shè)，注重遵循教學(xué)規(guī)律，堅(jiān)持目標(biāo)導(dǎo)向，注重整體性原則、基礎(chǔ)性原則，形成完整的系統(tǒng)，做到知識、邏輯與教學(xué)模式三者相統(tǒng)一[10-12]。堅(jiān)持以“學(xué)生為中心”的學(xué)習(xí)模式改革，激發(fā)學(xué)生積極性，形成自主學(xué)習(xí)能力，為終身學(xué)習(xí)創(chuàng)造條件。

遵循C語言自身規(guī)律，圍繞計算機(jī)外設(shè)與內(nèi)部部件人機(jī)交互組織內(nèi)容，讓學(xué)生從全局上理解和掌握編程思想，突出邏輯思維能力的培養(yǎng)?！禖語言程序設(shè)計》課程應(yīng)用性很強(qiáng)，需要注重理論聯(lián)系實(shí)際統(tǒng)一，注重學(xué)生編程能力培養(yǎng)、注重培養(yǎng)解決實(shí)際應(yīng)用問題，加強(qiáng)接口驅(qū)動和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用能力的培養(yǎng)。通過增加案例、優(yōu)化案例促進(jìn)學(xué)生融會貫通知識、提升深入應(yīng)用技能。

開展線上學(xué)習(xí)的資源建設(shè)，推進(jìn)以O(shè)BE為導(dǎo)向的教學(xué)目標(biāo)分解，并研究與其匹配的課程內(nèi)容重組策略。結(jié)合當(dāng)前信息化教學(xué)手段的改革和在C語言教學(xué)中的創(chuàng)新應(yīng)用[13，14，15]，比如利用雨課堂提供的有利于教學(xué)達(dá)成的多種途徑，例如任務(wù)提醒、實(shí)時答題、多屏互動、答疑彈幕、分組討論、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等途徑，采用適合《 C 語言程序設(shè)計》教學(xué)內(nèi)容以及雨課堂提供的比較教學(xué)法、問題教學(xué)法、案例教學(xué)法、小組討論教學(xué)法等形式進(jìn)行教學(xué)，激發(fā)學(xué)生交流合作、培養(yǎng)學(xué)生多維度思考和解決問題的實(shí)踐能力。教材內(nèi)容組織充分考慮不同類型學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)方法的差異性，根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行差異化考核，全方位立體化推進(jìn)課程內(nèi)容重組。

3 基于OBE理念的課程建設(shè)實(shí)施途徑

3.1引領(lǐng)應(yīng)用能力培養(yǎng)的案例建設(shè)舉措

語言學(xué)習(xí)有自身獨(dú)有規(guī)律，模仿和運(yùn)用是計算機(jī)語言學(xué)習(xí)十分有效的方法?！禖語言程序設(shè)計》課程應(yīng)增加應(yīng)用案例引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)案例中了解語法、掌握基本理論、并模仿語句功能開展編程。針對目前《C語言程序設(shè)計》教材案例選編不夠、選編不好的問題加以改革。

一是結(jié)合計算機(jī)軟件本身的特點(diǎn)，按照計算機(jī)信息流的特點(diǎn)，配置以人機(jī)交互的各種庫函數(shù)組合應(yīng)用的案例，促進(jìn)學(xué)生系統(tǒng)、理解、掌握和應(yīng)用庫函數(shù)，思考人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)的原理和方法。二是增加實(shí)際應(yīng)用案例，注重案例分層性。學(xué)生在各個模塊學(xué)習(xí)中具備了應(yīng)用能力，為了進(jìn)一步提高應(yīng)用能力，需要把應(yīng)用綜合起來實(shí)現(xiàn)綜合功能，解決復(fù)雜應(yīng)用問題。例如增加文件編輯應(yīng)用、結(jié)構(gòu)驅(qū)動、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等案例，有利于促進(jìn)應(yīng)用能力遞進(jìn)的培養(yǎng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。三是增加提升學(xué)生綜合學(xué)習(xí)能力和系統(tǒng)分析問題能力的案例。幫助學(xué)生將各個單元模塊知識有機(jī)地連接起來，融會貫通，促進(jìn)學(xué)生形成系統(tǒng)邏輯思維，培育學(xué)生分析問題的能力、思考問題的能力。例如在課程模塊中編排把基本語法、數(shù)組、結(jié)構(gòu)體、指針和文件等知識系統(tǒng)化起來的案例、處理好知識點(diǎn)與知識點(diǎn)之間關(guān)系，注重服務(wù)學(xué)生鞏固知識，靈活運(yùn)用知識，形成系統(tǒng)化知識。又比如在字符數(shù)組、庫函數(shù)、編程結(jié)構(gòu)中編排綜合案例，達(dá)到知識鞏固提高、貫通。四是增加，突出學(xué)習(xí)能力的案例，培育“新工科”理念的新型人才。案例選編結(jié)合學(xué)習(xí)規(guī)律，彰顯自主學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、引導(dǎo)學(xué)生思考，引領(lǐng)技術(shù)進(jìn)步的想象力和創(chuàng)造力。例如學(xué)生學(xué)習(xí)了庫函數(shù)、編譯軟件，如果增加擴(kuò)充庫函數(shù)、編寫編譯軟件的具體方法案例，不僅能促進(jìn)學(xué)生理解理論，還能夠提高學(xué)生想象力、創(chuàng)造力，作用十分突出。

3.2 以應(yīng)用能力培養(yǎng)為主線創(chuàng)新課程內(nèi)容組織

《C語言程序設(shè)計》課程教學(xué)內(nèi)容組織既要注重知識，又要重視能力培。按照新工科的要求，學(xué)習(xí)知識和培養(yǎng)能力兩條線中能力線最為重要，課程內(nèi)容組織需要處理好知識體系邏輯性與能力培養(yǎng)遞進(jìn)性關(guān)系，突出能力培養(yǎng)，教學(xué)才能收到突出效果。目前課程教學(xué)主要按照知識線組織教學(xué)內(nèi)容，比如語法、變量、輸入輸出函數(shù)、循環(huán)控制、數(shù)組、函數(shù)、指針等。按此組織教學(xué)，芮然有利于知識傳遞和培養(yǎng)能力，但是部分知識的編排和組織對于能力培養(yǎng)還是不能取得很好的效果。比如從知識層面角度對比數(shù)據(jù)類型、數(shù)組、循環(huán)結(jié)構(gòu)、函數(shù)幾部分內(nèi)容，數(shù)組為一種數(shù)據(jù)類型，歸類到數(shù)據(jù)類型部分更為合適；《C語言程序設(shè)計》課程函數(shù)是關(guān)鍵，指針是為函數(shù)服務(wù)的，把指針作為數(shù)據(jù)類型看待更為合適；從培養(yǎng)編程應(yīng)用能力培養(yǎng)的角度分析和研究，把數(shù)組與數(shù)據(jù)類型分離，把指針編排在函數(shù)部分后，不利于學(xué)生理解和建立邏輯思維，對于應(yīng)用能力遞進(jìn)培養(yǎng)效果也不是理想。

3.3 基于OBE理念的教學(xué)目標(biāo)分解與教學(xué)內(nèi)容組織

以O(shè)BE為導(dǎo)向，對《 C 語言程序設(shè)計》課程目標(biāo)分解和內(nèi)容重組。在目標(biāo)分解和任務(wù)重組時，運(yùn)用好多種教學(xué)方法，比如比較教學(xué)法、問題教學(xué)法、案例教學(xué)法、小組討論教學(xué)法等，充分發(fā)揮利用這些方法分解好目標(biāo)，根據(jù)目標(biāo)選擇有效的方法，再由分解的目標(biāo)設(shè)置教學(xué)內(nèi)容和案例。結(jié)合線下教學(xué)各種軟件平臺，利用平臺自由的功能分解目標(biāo)，編排學(xué)習(xí)單元任務(wù)。例如結(jié)合雨課堂中任務(wù)提醒、實(shí)時答題、多屏互動、答疑彈幕、分組討論、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等功能開發(fā)對應(yīng)的任務(wù)單元模塊，激發(fā)學(xué)生交流討論、合作、創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生多維度思考和解決問題的實(shí)踐能力。充分考慮不同類型學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)方法的差異性，運(yùn)用軟件考核功能，根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行差異化考核，全方位立體化推進(jìn)課程內(nèi)容重組。如圖1所示。

3.4基于在線程序設(shè)計類課程教學(xué)平臺的線上線下混合式教學(xué)模式

基于OBE理念的《C語言程序設(shè)計》課程特別適合開展線上線下混合式教學(xué)模式。教師通過雨課堂等智慧教學(xué)工具課堂講授理論知識。同時為了克服當(dāng)前滿足不同層次教學(xué)的線教育資源不足的問題，采用如圖2所示的集合實(shí)時編程、實(shí)時測試、實(shí)時學(xué)習(xí)的在線程序設(shè)計類課程教學(xué)平臺，邊學(xué)習(xí)實(shí)踐，理論學(xué)習(xí)和上機(jī)實(shí)踐練習(xí)隨時切換，隨時檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果，同時教師可以通過教學(xué)平臺實(shí)時看到學(xué)生實(shí)踐結(jié)果隨時調(diào)整教學(xué)策略，并能通過在線編程平臺的大數(shù)據(jù)分析對學(xué)習(xí)極度困難的學(xué)生提供幫助，對學(xué)習(xí)優(yōu)秀的學(xué)生提出高階的要求，由此實(shí)現(xiàn)因材施教，個性化培養(yǎng)。

圖 2 在線程序設(shè)計類課程教學(xué)平臺

4 結(jié)論

基于新工科背景開展課程建設(shè)，以O(shè)BE理念為指導(dǎo)、利用雨課堂智慧教學(xué)工具和在線程序設(shè)計類課程教學(xué)平臺開展線上線下混合式教學(xué)模式實(shí)施參與式、討論式、實(shí)踐式的以學(xué)生為主的教學(xué)改革，按照應(yīng)用能力培養(yǎng)主線創(chuàng)新課程內(nèi)容組織，探索圍繞計算機(jī)輸入輸出應(yīng)用、強(qiáng)化實(shí)用案例、注重能力遞進(jìn)案例、突出綜合應(yīng)用案例建設(shè)策略和舉措，對于《C語言程序設(shè)計》課程的建設(shè)有著實(shí)際的意義，在實(shí)際的教學(xué)中取得了良好的效果，對于推動新工科人才課程建設(shè)有著參考意義。