基于OBE培養(yǎng)計算思維能力的實踐探索

羅衛(wèi)敏 吳元斌 劉雨露

摘?要：基于OBE教育理念，以培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力為目標(biāo)，對“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”課程的實驗教學(xué)進(jìn)行改革。針對實驗教學(xué)缺乏有效設(shè)計、計算思維能力鍛煉不夠、實驗報告作用不足等現(xiàn)存問題，提出統(tǒng)一實驗教學(xué)教案、強(qiáng)調(diào)過程中培養(yǎng)計算思維以及修訂實驗報告等解決措施。從實踐效果來看，得到師生的認(rèn)可，學(xué)生計算思維能力得到切實增強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：OBE;計算思維;大學(xué)計算機(jī);實驗教學(xué)

中圖分類號：G642?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”課程是高校通識教育的重要組成部分，在計算機(jī)廣泛普及的今天，該課程教學(xué)內(nèi)容不再局限于操作系統(tǒng)和辦公軟件的基本使用，逐步發(fā)展至軟/硬件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、程序設(shè)計、數(shù)據(jù)庫和多媒體等諸多內(nèi)容，滿足了信息時代對信息化人才培養(yǎng)的更高要求。

2006年美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)周以真教授提出了計算思維這一概念，受到廣大教育者的關(guān)注和思考。2010年九校聯(lián)盟發(fā)表了“九校聯(lián)盟（C9）計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明”，指出大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力，由此為國內(nèi)高校大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)指明了方向。計算思維的核心是基于計算模型和約束的問題求解，要求建立運用現(xiàn)代計算方法解決實際問題的能力[1]。在大學(xué)通識課程中貫穿計算思維的培養(yǎng)，可以很好地建立和鍛煉學(xué)生系統(tǒng)的計算思維能力，為今后的專業(yè)學(xué)習(xí)和職場工作打下基礎(chǔ)，同時促使學(xué)生靈活運用計算機(jī)知識解決實際問題，真正完成從知識向?qū)嵺`能力的轉(zhuǎn)變[2]。

OBE是一種基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式理念，最早出現(xiàn)于美國和澳大利亞的基礎(chǔ)教育改革。西澳大利亞教育部門把OBE定義為基于實現(xiàn)學(xué)生特定學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育過程，教育結(jié)構(gòu)和課程被視為手段而非目的，如果無法為培養(yǎng)學(xué)生特定能力作出貢獻(xiàn)，就要被重建。學(xué)生產(chǎn)出驅(qū)動教育系統(tǒng)運行[3]。在OBE教育模式中，學(xué)生學(xué)到了什么和是否成功遠(yuǎn)比怎樣學(xué)習(xí)和什么時候?qū)W習(xí)重要[4]。從本質(zhì)上講，OBE圍繞“定義預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出——實現(xiàn)預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出——評估學(xué)習(xí)產(chǎn)出”這條主線而展開，學(xué)生產(chǎn)出評估構(gòu)成教育質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)的閉環(huán)，實現(xiàn)了教育范式由“內(nèi)容為本”向“學(xué)生為本”的根本轉(zhuǎn)變，有利于建立開放、透明、富有彈性和互認(rèn)的教育結(jié)構(gòu)[5]。

現(xiàn)代社會對高校人才培養(yǎng)的要求越來越高，基于OBE教育理念，以“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”課程的實驗教學(xué)為切入點，以培養(yǎng)計算思維能力為核心任務(wù)，不僅有利于學(xué)生綜合素質(zhì)的提高，更是對后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下堅實的思維基礎(chǔ)，使學(xué)生基于信息化手段的問題求解能力得到顯著增強(qiáng)，對課程教學(xué)改革的開展具有很好的實踐意義。

1 存在的問題

當(dāng)前“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”課程的實驗教學(xué)存在一些問題，其中比較典型的問題有以下三點。

1.1 實驗教學(xué)缺乏有效設(shè)計

目前實驗教學(xué)過程遵循教師先講解演示、學(xué)生后自主實踐的總體原則，但缺乏有效的過程設(shè)計。講解演示的內(nèi)容隨教師不同而不同，重點不夠突出，缺乏深度提煉加工，針對性和有效性不足。講解演示的方式方法缺乏有效設(shè)計，平鋪直敘毫無趣味，無法抓住學(xué)生注意力。學(xué)生實踐操作缺乏引導(dǎo)，基本要求學(xué)生完全依照教材步驟進(jìn)行操作，無論在內(nèi)容上還是步驟上缺乏層層推進(jìn)的邏輯設(shè)計。這些問題最終導(dǎo)致學(xué)生的計算思維未得到充分培養(yǎng)，學(xué)生對學(xué)到了什么、操作結(jié)果有無改進(jìn)等問題比較模糊，實驗教學(xué)效果不盡如人意。

1.2 計算思維能力鍛煉不夠

“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”課程共有12個實驗項目，但目前各個實驗項目僅僅關(guān)注自身模塊的知識技能，計算思維未能得到有效建立和鍛煉，學(xué)生的綜合求解問題能力較差。實驗項目的實踐操作在實施過程中，學(xué)生完全按照實驗教材的步驟，逐步按書操作，過程中缺乏主動思考，計算思維無法得到有效鍛煉。學(xué)生在交流中普遍反映，自己對于綜合性問題求解能力未得到充分提高，學(xué)習(xí)目標(biāo)模糊，過程中只關(guān)注步驟的實現(xiàn)，對于相關(guān)理論知識理解不足，缺乏信息化能力的綜合培養(yǎng)。

1.3 實驗報告的作用不足

傳統(tǒng)的實驗報告注重步驟復(fù)述和結(jié)果陳列，符合物理、化工等其他學(xué)科的課程要求，但是對于計算機(jī)相關(guān)的課程來說，這樣的設(shè)計就顯得不合理。計算機(jī)課程的實驗報告應(yīng)該著重關(guān)注學(xué)生對實驗方法、內(nèi)容的總結(jié)和回顧，以及對實驗操作和結(jié)果的反思和優(yōu)化，這些也是培養(yǎng)計算思維的重要過程。缺少這些環(huán)節(jié)，學(xué)生無法深入理解操作的內(nèi)容，知識視野擴(kuò)展不足，無法有效認(rèn)知自身能力的變化，實踐技能得不到有效提升，并且進(jìn)一步導(dǎo)致學(xué)生缺乏興趣和意愿去認(rèn)真填寫實驗報告，導(dǎo)致實驗報告的作用不斷流失。

2 解決措施

針對上述問題，為了切實增強(qiáng)實驗教學(xué)效果，鍛煉學(xué)生的實踐動手能力，真實有效地培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力，基于OBE的教育理念提出了以下解決措施：

2.1 統(tǒng)一實驗教學(xué)教案規(guī)范教學(xué)過程

OBE要求通過學(xué)習(xí)成果確定學(xué)生所具備的能力結(jié)構(gòu)，而課程教學(xué)就是培養(yǎng)和實現(xiàn)這種能力的手段。規(guī)范的教學(xué)才能明確實現(xiàn)預(yù)期的能力目標(biāo)，而教學(xué)中的教師和學(xué)生，即使不同班級、不同教師各有特點，也應(yīng)該遵循一個大致的標(biāo)準(zhǔn)，通過詳細(xì)的、統(tǒng)一的實驗教學(xué)教案，規(guī)范教師開展實驗教學(xué)。在遵循教師先講解演示、學(xué)生后自主實踐的總體原則的基礎(chǔ)上，實驗教學(xué)教案在制定過程中，特別針對以下幾點明確教學(xué)要求：

（1）演示內(nèi)容。講解的實踐知識點不宜過多，教案里給出建議的重難點知識，教師可以修改，但不能過多添加，只挑選一定的重點難點進(jìn)行講解，其他實踐操作留給學(xué)生自行實踐。

（2）演示時長。嚴(yán)格控制講解演示時長，要求教師在備課時計算自己的時間，超過時長的要精簡自身的話語，加快演示的速度。

（3）緊密聯(lián)系理論。強(qiáng)調(diào)操作源于理論，將理論知識背景融入操作過程，列出各個實驗主要步驟所包含的理論知識點。

（4）預(yù)期成果。明確一系列的實踐操作后，學(xué)生應(yīng)該明白相關(guān)操作對最終結(jié)果的影響，理解相關(guān)理論知識點的概念和應(yīng)用，在操作中達(dá)到一定計算思維的訓(xùn)練。

（5）教學(xué)資源。列出詳細(xì)的、有效的教學(xué)資源列表，主要包括文檔資源和微課資源，方便教師參考和學(xué)生課外學(xué)習(xí)。

另外，根據(jù)教案規(guī)范的教學(xué)內(nèi)容和過程，制作重點突出、生動有趣的實驗PPT課件，在課件里有效串聯(lián)各個知識點，抓住學(xué)生注意力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生思考，幫助學(xué)生有效建立計算思維。教師在熟悉教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)課件的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)自己的內(nèi)容理解和教學(xué)特點，以及教學(xué)班具體的學(xué)習(xí)情況，對課件進(jìn)行修改，通過課件的引入，理清學(xué)生的實踐思路，認(rèn)知當(dāng)前的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

2.2 強(qiáng)調(diào)實踐過程中計算思維的培養(yǎng)

OBE強(qiáng)調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，希望通過研究型教學(xué)模式強(qiáng)化教學(xué)的輸出結(jié)果。要切實培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，必須在實驗教學(xué)過程中潛移默化地幫助學(xué)生建立計算思維。在實踐過程中，基于OBE思想對學(xué)習(xí)成果進(jìn)行強(qiáng)調(diào)和鞏固，包含以下幾點：

（1）強(qiáng)調(diào)動手前的整體規(guī)劃。對每個實驗項目給出具體的目標(biāo)成果，指導(dǎo)學(xué)生從整體出發(fā)規(guī)劃實現(xiàn)的主要步驟，培養(yǎng)學(xué)生的大局觀。例如在做Word圖文排版這一實驗項目時，先給出排版結(jié)果截圖，引導(dǎo)學(xué)生觀察相關(guān)元素的變化和表現(xiàn)，包括頁面、文字、段落、圖形和表格;再指導(dǎo)學(xué)生在草稿紙上寫出主要的實現(xiàn)對象和實現(xiàn)步驟，同時思考步驟的相關(guān)順序;最后針對每個步驟寫出主要排版操作所涉及的選項卡和功能區(qū)。通過整體規(guī)劃，先理清學(xué)生思路，建立計算思維中的整體思想，全局掌控任務(wù)實現(xiàn)的過程。

（2）強(qiáng)調(diào)過程中的階段性總結(jié)和回顧。實驗項目在進(jìn)行過程中需要短暫停頓，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行階段性的回顧，總結(jié)已完成操作的感受和經(jīng)驗，思考操作過程中出現(xiàn)的問題。例如開展非對稱加解密實驗項目時，在生成用戶密鑰對后暫停，指導(dǎo)學(xué)生查看密鑰對文件和公鑰文件的內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生對密鑰的加密存儲和明文存儲兩種方式進(jìn)行思考，理解引發(fā)不同方式的原因;在用戶解密其他用戶的加密文件后暫停，總結(jié)非對稱加解密的流程以及過程中容易出現(xiàn)的問題;在數(shù)字簽名認(rèn)證通過后暫停，引導(dǎo)學(xué)生思考非對稱加解密技術(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)通信和數(shù)字簽名的不同之處。計算思維包含將一個復(fù)雜的大問題分解成多個易解決的小問題的思想，而階段性的總結(jié)和回顧，可以幫助學(xué)生在解決小問題的同時不偏離原復(fù)雜大問題的解決，培養(yǎng)局部是整體有機(jī)組成的思想。

（3）強(qiáng)調(diào)結(jié)束時的整合和復(fù)盤。一個實驗項目在各個步驟的操作完畢后，必須及時進(jìn)行整合和復(fù)盤，引導(dǎo)學(xué)生思考前后操作的因果關(guān)系，發(fā)現(xiàn)其中的問題和不足。例如猜數(shù)游戲程序設(shè)計項目，在游戲準(zhǔn)備、猜數(shù)過程和結(jié)果輸出三個步驟完成后，引導(dǎo)學(xué)生思考猜數(shù)次數(shù)對循環(huán)語句的影響、中途猜正確的循環(huán)終止和輸出語句出現(xiàn)位置等問題，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考用不同循環(huán)的應(yīng)用，同時指導(dǎo)學(xué)生回顧編程過程中出現(xiàn)的問題以及能否對程序進(jìn)行優(yōu)化和完善。計算思維有局部解決和重新整合的思想，局部問題解決后，需要重新整合成完整的整體，從而最終解決復(fù)雜問題。整合過程中的總結(jié)，以及對處理問題全過程的復(fù)盤，都可以幫助學(xué)生建立真正有效的計算思維。

2.3 設(shè)計實驗報告強(qiáng)化計算思維的鍛煉

OBE教育理念要求對學(xué)生應(yīng)達(dá)到的能力及其水平有清楚的認(rèn)知。這種認(rèn)知無論對于學(xué)生還是教師，都是非常重要的，不僅方便學(xué)生認(rèn)識其自身的不足，也便于教師及時調(diào)整教學(xué)從而保證教學(xué)效果?；诖?，重新制定實驗報告，去掉以前的步驟復(fù)述、結(jié)果陳列和主要特色等欄目，以強(qiáng)化計算思維鍛煉、增強(qiáng)學(xué)生信息化能力和實踐能力為目標(biāo)，從整體規(guī)劃、階段性總結(jié)回顧和整合復(fù)盤這三個方面出發(fā)，設(shè)計出實驗方案整體規(guī)劃、問題闡述、已掌握實踐知識點、回顧和優(yōu)化、實驗作業(yè)等五個欄目，具體的設(shè)計方案如下表所示。

3 實踐效果

在OBE教育理念的引領(lǐng)下，“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”課程的實驗教學(xué)效果提升比較明顯，學(xué)生的計算思維能力得到較好培養(yǎng)，主要體現(xiàn)在以下三點。

3.1 實驗教學(xué)效果有一定增強(qiáng)

通過修訂實驗教案、提煉加工實驗內(nèi)容、編制講解演示PPT以及重構(gòu)實驗教學(xué)過程，規(guī)范了實驗教學(xué)的開展，減少了教師講解時長，避免照本宣科的枯燥乏味和泛泛而談的簡單化。同時學(xué)生對實驗任務(wù)的認(rèn)知更加清楚，實踐動手的熱情得到進(jìn)一步提升。

3.2 學(xué)生計算思維能力有相應(yīng)提高

從實驗教學(xué)的各個方面，包括實驗規(guī)劃、實驗內(nèi)容、實驗過程以及實驗報告，重點關(guān)注學(xué)生的計算思維能力培養(yǎng)。學(xué)生普遍反映，實驗過程中不僅動手能力得到有效增強(qiáng)，思維能力也得到一定培養(yǎng)，開始習(xí)慣從全局視角觀察問題，習(xí)慣了將復(fù)雜任務(wù)分解成易完成的多個小任務(wù)，并切實體會到復(fù)盤反思的作用。

3.3 實驗報告質(zhì)量有明顯改善

重新定制實驗報告后，師生反映較為熱烈。教師普遍反映，實驗報告的質(zhì)量有提高，抄襲現(xiàn)象得到一定遏制，并且在實驗方案整體規(guī)劃和回顧優(yōu)化這兩個欄目，有時還出現(xiàn)讓教師耳目一新的思路。學(xué)生的反映主要有三點，一是實驗報告比以前有意思，像做一份問卷;二是要求填寫的內(nèi)容更具體;三是回顧了實驗過程，養(yǎng)成了一定的反思習(xí)慣。

結(jié)語

基于OBE教育理念，對“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”課程的實驗教學(xué)進(jìn)行了改革，根據(jù)普遍存在的問題提出對應(yīng)的解決方案，培養(yǎng)了學(xué)生的計算思維能力，增強(qiáng)大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)的實驗教學(xué)效果。改革方案為其他課程的教學(xué)改革做出了一定的示范作用，相應(yīng)的教學(xué)方法和手段可以得到推廣，達(dá)到以點帶面的效果。

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作者簡介：羅衛(wèi)敏（1977—?），男，重慶萬州人，碩士，高級實驗師，研究方向：復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)同步及計算機(jī)基礎(chǔ)教育;吳元斌（1965—?），男，重慶奉節(jié)縣人，碩士，副教授，研究方向：程序設(shè)計語言及計算機(jī)基礎(chǔ)教育;劉雨露（1980—?），女，重慶潼南人，碩士，副教授，研究方向：數(shù)據(jù)庫原理及計算機(jī)基礎(chǔ)教育。