OBE與CDIO融合的Python程序設(shè)計(jì)教學(xué)模式研究

蘭添才　陳振武　黃婧　鄭漢垣

摘? 要： 借鑒OBE教學(xué)理念并結(jié)合CDIO教學(xué)模式，對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)Python程序設(shè)計(jì)課程開展教學(xué)理念、模式、方法的改革。融合傳統(tǒng)的線下教學(xué)與線上教學(xué)方式，從知識(shí)分解、階段設(shè)計(jì)、內(nèi)涵組織、資源整合、授課方式和效果評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行探索研究。實(shí)踐結(jié)果表明，該教學(xué)模式可以將教與學(xué)融為一體，豐富編程課堂教學(xué)氛圍，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并有效地提升教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： OBE理念; CDIO模式; 非計(jì)算機(jī)專業(yè); Python程序設(shè)計(jì); 教學(xué)質(zhì)量

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1006-8228（2022）03-98-03

Abstract： Drawing on the OBE teaching concept and combining with the CDIO teaching model， reform on the teaching concepts， modes and methods is carried out for Python programming course of non-computer specialties. By integrating traditional offline teaching and online teaching methods， the knowledge decomposition， stage design， connotation organization， resource integration， teaching methods and effect evaluation are explored and researched. The practical result shows that the teaching mode can integrate teaching and learning， enrich the teaching atmosphere of programming classroom， stimulate students' interest in learning and effectively improve the teaching quality.

Key words： OBE concept; CDIO mode; non-computer specialty; Python programming; teaching quality

0 引言

近年來(lái)由于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)應(yīng)用編程不斷在社會(huì)各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用，促使諸多高校針對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)的在校學(xué)生開設(shè)程序設(shè)計(jì)課程[1-2]。

CDIO（Conceive Design Implement Operate）強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為教學(xué)中心主體、將“做中學(xué)”與“基于項(xiàng)目教與學(xué)”結(jié)合、對(duì)學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)學(xué)習(xí)引導(dǎo)，并采用多元的傳統(tǒng)與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合的教學(xué)手段[3，4]。

OBE（Outcome-Based Education）則是一種通過(guò)預(yù)定學(xué)習(xí)效果，反過(guò)來(lái)組織、實(shí)施與評(píng)價(jià)教學(xué)過(guò)程合理性的工程教育理念模式，為應(yīng)用型人才綜合素質(zhì)與能力培養(yǎng)、卓越工程教育體系的建立與改革提供良好的指導(dǎo)方向[4]。王慧等人利用這種模式，對(duì)高校Java程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)進(jìn)行改革，提出了編程課程改革實(shí)施可分解為編程基礎(chǔ)能力、提升編程能力與高級(jí)應(yīng)用設(shè)計(jì)能力三個(gè)階段[5]。

本文針對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的計(jì)算機(jī)理論、編程技能薄弱的特點(diǎn)，將OBE教育理念與CDIO學(xué)習(xí)模式融合，分模塊地將抽象、難懂的程序設(shè)計(jì)知識(shí)，因材施教地轉(zhuǎn)化成為學(xué)生容易理解掌握的知識(shí)點(diǎn)，并選擇Python課程進(jìn)行實(shí)際教學(xué)應(yīng)用實(shí)踐。

1 基于OBE與CDIO的課程知識(shí)分解

在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，教師針對(duì)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)普遍采取自我為中心的“一言堂”[6]的形式授課，學(xué)生難以對(duì)抽象編程理論知識(shí)理解掌握，易產(chǎn)生厭學(xué)情緒[7]。本文將Python知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行CDIO分解為四個(gè)階段模塊，建立課程教學(xué)內(nèi)容與分層結(jié)構(gòu)[8-9]，如圖1所示。驅(qū)動(dòng)案例分別以求解一元二次方程ax2 +bx+c=0（基礎(chǔ)模塊）、學(xué)生綜合積分管理系統(tǒng)（課后項(xiàng)目實(shí)踐及擴(kuò)展項(xiàng)目模塊）為例。

⑴ 編程基礎(chǔ)模塊（基礎(chǔ)知識(shí)能力），結(jié)合編程方法，如語(yǔ)言描述、流程圖、代碼實(shí)現(xiàn)等，指導(dǎo)學(xué)生明確程序設(shè)計(jì)的基本思路及關(guān)鍵點(diǎn)，尤其是代碼實(shí)現(xiàn)的講解與演示。

⑵ 案例驗(yàn)證與實(shí)現(xiàn)模塊（基礎(chǔ)能力驗(yàn)證的實(shí)踐），要求并鼓勵(lì)學(xué)生積極主動(dòng)利用實(shí)驗(yàn)課和課余時(shí)間進(jìn)行相應(yīng)編程基礎(chǔ)訓(xùn)練，完成第一模塊提出的各種操作案例任務(wù)要求。

⑶ 課后項(xiàng)目實(shí)踐模塊（提升編程能力），由于不同學(xué)生的邏輯思維、知識(shí)接受能力都是不盡相同的，遵循OBE理念依據(jù)不同情況制訂相應(yīng)的項(xiàng)目?jī)?nèi)容，對(duì)學(xué)習(xí)效果較好的學(xué)生進(jìn)行初步的擴(kuò)展項(xiàng)目訓(xùn)練，以鞏固在第1、2模塊學(xué)習(xí)中獲得成就感與信心。

⑷ 課后總結(jié)與擴(kuò)展項(xiàng)目模塊。高級(jí)應(yīng)用設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)，要求每位學(xué)生完成對(duì)問(wèn)題求解過(guò)程的語(yǔ)言描述、流程圖、fChart方式及Python編程;引導(dǎo)學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生將基礎(chǔ)能力與擴(kuò)展項(xiàng)目進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)對(duì)接，并進(jìn)一步完成面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)基礎(chǔ)及擴(kuò)展項(xiàng)目（如學(xué)生綜合積分管理設(shè)計(jì)）的學(xué)習(xí)，從而進(jìn)一步提高學(xué)生對(duì)編程能力、知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣。

2 階段教學(xué)實(shí)例

傳統(tǒng)的教學(xué)模式，任課教師針對(duì)程序設(shè)計(jì)教學(xué)引入的實(shí)例一般都僅僅是一些與課程相應(yīng)環(huán)節(jié)有關(guān)的示例程序或語(yǔ)句，缺乏互動(dòng)性與應(yīng)用性[10]。本文改革教學(xué)模式實(shí)施以“fChart流程圖方式+程序設(shè)計(jì)”框架實(shí)例分解教學(xué)階段的實(shí)際操作，以求解一元二次方程：ax2+bx+c=0分級(jí)編程中的循環(huán)結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行CDIO。

⑴ Conceive，將fChart可視化程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與Python結(jié)合起來(lái)，要求學(xué)生利用fChart表達(dá)出循環(huán)結(jié)構(gòu)（If-then、while-loop、do-while-loop、For-loop）的流程圖。

⑵ Design，引導(dǎo)學(xué)生如何依據(jù)流程圖進(jìn)行語(yǔ)言描述：

輸入a，輸入b，輸入c

輸入數(shù)據(jù)的可能性：

① a==0，則一元二次方程就簡(jiǎn)化為：bx+c=0、x=-c/b

b==0，則輸出”無(wú)解”，否則輸出”x=”， -c/b，即輸出”x=”，x

① a<>0

d=b*b-4*a*c

d<0? 則輸出“無(wú)解” （若要寫有解，則為復(fù)數(shù)解）

否則 x1，x2=（-b±sqr（b*b-4*a*c））/（2*a）

輸出”x1=”，x1

輸出”x2=”，x2

⑶ Implement，引導(dǎo)學(xué)生理解流程圖的設(shè)計(jì)與程序?qū)崿F(xiàn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，分析流程圖設(shè)計(jì)的不合理或錯(cuò)誤與可能產(chǎn)生程序問(wèn)題的關(guān)系。

⑷ Operate，要求學(xué)生對(duì)照流程圖與語(yǔ)言描述，實(shí)現(xiàn)ax2+bx+c=0求解的代碼編寫。

3 應(yīng)用實(shí)踐

3.1 線上+線下教學(xué)模式

⑴ 創(chuàng)建SPOC（小型在線學(xué)習(xí)課程）。利用學(xué)習(xí)通平臺(tái)為學(xué)生提供學(xué)習(xí)資源、建立小型的在線學(xué)習(xí)交流、績(jī)分制（獲得在線學(xué)習(xí)績(jī)分按一定比例列入課程成績(jī)總評(píng)）;

⑵ 在線學(xué)習(xí)。學(xué)生充分利用在線平臺(tái)的資源來(lái)自主學(xué)習(xí)與反饋，教師根據(jù)學(xué)生在線學(xué)習(xí)狀況，進(jìn)行有的放矢的線下課堂精講;

⑶ 課堂精講。通過(guò)在線學(xué)習(xí)與輔導(dǎo)，適時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，為線下教學(xué)提供依據(jù);

⑷ 在線訓(xùn)練。學(xué)生通過(guò)線上、線下學(xué)習(xí)后，還要完成課后習(xí)題及實(shí)驗(yàn)操作，以達(dá)到對(duì)編程理論知識(shí)與技能的有機(jī)理解與掌握。

3.2 教學(xué)效果分析

選擇新媒體專業(yè)的不同年級(jí)（2015級(jí)48人、2017級(jí)40人）、同年級(jí)不同班級(jí)（2019級(jí)一班35人、二班35人）進(jìn)行教學(xué)效果對(duì)比，前者實(shí)施普通線下教學(xué)模式，后者則融合OBE與CDIO并采用線上、線下結(jié)合教學(xué)模式。課程總評(píng)成績(jī)按平時(shí)成績(jī)占10%、階段性考核（三次）成績(jī)占15%、實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)占15%、期末終結(jié)考核成績(jī)占60%。

⑴ 不同年級(jí)教學(xué)效果統(tǒng)計(jì)見表1。

⑵ 同年級(jí)不同班級(jí)教學(xué)效果統(tǒng)計(jì)見表2。

分析表1、表2，可以明顯看出：

① 融合OBE與CDIO教學(xué)模式的課程總評(píng)平均成績(jī)要優(yōu)于普通教學(xué)模式;

② 各部分成績(jī)的高低，均與學(xué)生的考勤成績(jī)存在相關(guān)性;融合OBE與CDIO模式的實(shí)驗(yàn)成績(jī)不及格率降到零，體現(xiàn)了學(xué)生編程操作的能力明顯優(yōu)于普通教學(xué)模式。

⑶ 調(diào)查問(wèn)卷。

針對(duì)已修讀（包括必修、選修或公共選修）本課程的2017、2018、2019級(jí)的180名在校學(xué)生及往屆已畢業(yè)的120名學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)問(wèn)卷調(diào)查，統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析如下：

① 對(duì)300名學(xué)生問(wèn)卷調(diào)查的結(jié)果分析，可以發(fā)現(xiàn)53%的學(xué)生認(rèn)為線上+線下結(jié)合授課方式更適合編程教學(xué)，75%的學(xué)生認(rèn)為問(wèn)題+成果導(dǎo)向（即OBE）對(duì)自己的學(xué)習(xí)幫助很大，81%的學(xué)生對(duì)編程案例教學(xué)較滿意并認(rèn)為對(duì)學(xué)習(xí)很有幫助，89%的學(xué)生認(rèn)為fChart可視化編程與代碼設(shè)計(jì)結(jié)合使編程知識(shí)更容易掌握;

② 120名畢業(yè)生中，75%學(xué)生認(rèn)為非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生也應(yīng)該學(xué)習(xí)編程知識(shí)，18%的畢業(yè)生表示從事與編程基礎(chǔ)知識(shí)無(wú)關(guān)的工作。

4 結(jié)論

通過(guò)OBE與CDIO融合的教學(xué)模式，可以大大提高非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)與應(yīng)用問(wèn)題的Python編程求解能力的教學(xué)效果，具有一定的推廣應(yīng)用意義。當(dāng)然，該教學(xué)模式推廣應(yīng)用首先需要建立對(duì)應(yīng)課程的足夠豐富、形式多樣的資源（如案例、習(xí)題、討論主題等）及內(nèi)容的智能推送、課程考核體系的智能化等，才能取得教學(xué)效果的最大化。

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