基于“OBE+OJ”的程序設計類課程混合式教學模式研究

杜少波

（貴州商學院計算機與信息工程學院 貴州 貴陽 550014）

“線上+線下”混合式教學模式，已成為當前高校教育教學的重點。通過線上線下混合式教學的開展，教師可以隨時隨地進行教學，同時可以拓展教學內容和增加學生的認知；學生可以不受學習時間和學習場所的限制，根據(jù)自己的實際情況利用碎片化時間進行學習，提高了學習效率。在線上線下混合式教學中，教師和學生的角色關系已經發(fā)生了較大的改變[1]。在傳統(tǒng)的教學中，學生是被動接收知識，而在線上線下混合式教學中學生的積極性得到了最大的發(fā)揮，學生不需要緊跟教師的授課進度，有更多的時間和空間進行自主學習，利用互聯(lián)網平臺還可以實現(xiàn)與教師的良性互動，保證教學效果具有質的提升。

程序設計課程是高校必開的學科基礎課程。無論是開設C語言還是Python程序設計，都可以通過程序設計語言的學習培養(yǎng)學生的計算思維、邏輯思維和應用計算機解決實際問題的能力。在日常教學中，教師將知識傳授給學生，布置練習作業(yè)，這種傳統(tǒng)教學方法只是將程序設計思想簡單傳授給學生，而在實際操作過程中學生仍然感覺無從下手。在當前的新工科建設背景下，這種傳統(tǒng)教學模型以無法勝任，因此需要進行改革創(chuàng)新。

2008年加拿大高校提出了在網上提供免費課程的大型開放式網絡課程（Massive OpenOnline Courses,MOOC）[2]。2013年國內大學開始了MOOC的建設，到今天中國MOOC已經形成較為完善的生態(tài)體系。雖然MOOC推動了教學模式的創(chuàng)新，但是由于學生缺乏自主學習主動性，導致教師無法及時了解學生的學習狀況。因此，2013年出現(xiàn)了小規(guī)模限制性在線課程（Small Private Online Course,SPOC）教學模式[3]。SPOC是一種線上線下相結合的混合式教學模式，與MOOC相比最大的區(qū)別在于規(guī)模。

在線評測系統(tǒng)（Online Judge,OJ）起源于ACM-ICPC國際大學生程序設計競賽，主要用于評測程序設計競賽程序代碼的正確性和選手排名。在線評測系統(tǒng)按照事先設計好的測試用例來自動編譯競賽選手的代碼并驗證程序結果[4]。一開始主要用于程序設計競賽，后來逐漸應用于高校的程序設計課程教學中。

通過線上線下混合式教學方法，將程序設計課程與在線評測系統(tǒng)相結合形成課程理論內容和實踐內容混合教學的模式，同時根據(jù)學生的產出，不斷改進課程的教學目標、教學內容和評價方法，引導學生積極參與到課堂教學中。將傳統(tǒng)教學中學生只是知識的被動接收者轉變?yōu)檎n堂的主動參與者，教師不再是課堂的主角。學生在學習了理論知識后，利用線上評測系統(tǒng)進一步鞏固所學內容，并將理論知識轉變?yōu)槌绦虼a，不僅有利于知識的掌握，同時也提升了學生的實踐動手能力。

1 構建“OBE+OJ”教學模式

傳統(tǒng)的課堂教學模式，如圖1所示。教師根據(jù)制訂好的教學計劃對課程內容進行講解，學生根據(jù)教師安排完成課堂實驗或課后實驗。這種教學模式對于程序設計類課程而言存在諸多問題。

圖1 傳統(tǒng)教學模式

首先，教師根據(jù)章節(jié)內容提出實驗要求、學生根據(jù)要求完成實驗、教師驗收實驗結果。在這種模式下，學生很難去構造更多的測試用例來驗證程序設計的正確性，僅僅停留在只要能夠運行，獲得實驗結果即可。程序設計的整體性、空間復雜度和時間復雜度等很難引起學生的重視，這樣不利于培養(yǎng)學生良好的程序設計習慣和意識。

學生在運行程序的過程中有可能出現(xiàn)語法錯誤或編譯錯誤的問題，同時存在運行結果不正確或只有部分正確的可能性，隨著時間的推移會逐漸打消學生學習的積極性，這樣不利于學生參與到課堂教學中。

其次，課程考核模式。程序設計類課程按照傳統(tǒng)筆試試卷考核，學生只是停留在試卷內容上，無法驗證自己編寫的程序是否正確，這樣很難調動學生日常學習的積極性和參與實踐的積極性，同時不利于學生編程能力的培養(yǎng)、掌握程序調試方法、程序設計樂趣、創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

最后，教學反饋。傳統(tǒng)教學模式中，教師只是簡單完成了教學任務，而對于學生對知識的掌握情況和學習效果很難把握，無法及時、準確地掌握學生在學習過程中遇到的問題，對于學情的分析缺乏支撐數(shù)據(jù)。這對于教師后期調整和修改教學目標是不利的。

針對傳統(tǒng)教學模式存在的問題，為了進一步提升學生學習程序設計課程的積極性，筆者設計了基于“OBE+OJ”的教學模式，利用EduCoder實踐教學平臺來實現(xiàn)線上線下混合式教學，通過混合式教學提高學生的課堂參與率和學生的學習興趣；根據(jù)在線學習和在線實驗效果反饋來優(yōu)化教學目標和教學內容，改善實驗內容，綜合提高學生的程序設計能力和創(chuàng)新能力；利用EduCoder平臺提供的SPOC模塊可以組建小規(guī)模限制性在線課堂，提供具有針對性的在線教學資料和課堂互動，進行個性化培養(yǎng)[5]?；贠BE模式對課程考核方式進行改革，將過程性考核與結果產出相結合，進一步提升學生參與課堂的積極性和自主學習能力；根據(jù)日常學習數(shù)據(jù)和最后的考核結果反饋，改善教學目標和教學內容，切實提升教學質量。

基于“OBE+OJ”的程序設計類課程混合式教學模式，如圖2（p59）所示。EduCoder實踐教學平臺結合了SPOC和OJ兩大功能，既可以實現(xiàn)SPOC教學，也可以實現(xiàn)程序在線評測。借助該平臺教師可以開展線上線下混合式教學，提前將課程內容上傳至平臺，學生可以完成課前內容學習、教學視頻觀看、自我測驗；通過線下課堂開展重點難點分析、課堂討論和答疑；課后完成在線作業(yè)和實驗。

圖2 OBE+OJ程序設計類課程混合式教學模式

利用“OBE+OJ”教學模式，實現(xiàn)以產出為目標的線上線下混合式教學，可以提升學生參與課堂的積極性，利用SPOC模塊學生通過課前線上學習掌握內容知識、課中對疑難問題進行針對性的解決、課后對內容進行鞏固、期末對教學目標進行改善形成一個以產出為導向、持續(xù)改進的混合教學模式，將其形成一個教學、評價、改進的閉環(huán)教學模式[6]。將學生從教學的被動接收者轉變?yōu)檎n堂的參與者，通過后臺數(shù)據(jù)對學生的各個學習環(huán)節(jié)進行量化分析，分析每個學生的學習情況，制訂具有針對性的教學策略，做到個性化教學、因材施教。

2 “OBE+OJ”的教學模式實施

開展“OBE+OJ”教學模式，需要對傳統(tǒng)教學課堂進行重新設計，同時需要建設線上教學資源?？梢砸劳蠩duCoder實踐教學平臺來完成線上線下混合式教學和實踐教學。

2.1 OBE+OJ教學資源的設計與開發(fā)

采用線上線下混合式教學模式開展程序設計類課程教學較為合適，因為程序設計類課程強調理論知識與實踐能力的重要性，同時對于學生的實踐操作能力和動手能力要求較高，而傳統(tǒng)課堂教學注重理論知識的教授，難以獲得較好的教學效果。因此，借助于線上線下混合式教學，可以在線上開展理論知識的教授和實際編程能力的培養(yǎng)，在進行線下教學時，重點解決學生在學習過程中遇到的疑難問題，這樣可以提升學生理論知識的掌握和實際動手操作能力。

開展線上教學最為重要的就是利用好線上教學資源，如教學視頻、教學文檔等。按照MOOC教學模式的思想，以課程知識為主線開展教學資源的開發(fā)，每個知識點對應一個教學視頻，視頻的時長通?？刂圃?0-20分鐘之內最為合適，這是根據(jù)人的持續(xù)關注的時間理論而設計的[7]。在EduCoder平臺上搭建程序設計類課程的課程目錄，根據(jù)知識點將課程教學視頻和教學資源放入目錄中，方便學生在上課前學習，同時對于各個知識點也設計了自我測試的內容，用于驗證學生對于知識的掌握情況，方便教師課下講解疑難點；在各個知識點之后還設計一個章節(jié)測驗，用于驗證學生對本章節(jié)內容的綜合掌握程度。

在線測評系統(tǒng)的優(yōu)點在于可以實現(xiàn)自動化測評，可以在設計課程目錄時利用平臺自帶或自建的題庫嵌入各個知識點，根據(jù)知識內容設計課后作業(yè)和實驗，進一步鞏固學生的程序編寫能力。

OBE教學理念是以產出為導向來設計教學目標和教學內容，將線上線下混合式教學與OBE理念結合，可以通過不斷優(yōu)化教學目標和教學內容來開展線上線下混合式教學。

2.2 開展線上線下混合式教學實踐

2.2.1 基于OBE的混合式教學實施計劃和教學設計

混合式教學打破了傳統(tǒng)的教學模式，因此需要重新設計教學計劃。依照OBE教學理論，依托教學目標、教學內容和課程學時、學分，制訂出每個章節(jié)的學時分配計劃；根據(jù)每次教學的重點進行教學計劃的制訂，如課程導入、預習內容、課堂內容的重難點內容和相關課程思政元素的融入、課后實驗等。

在進行混合式教學時，需要對每次的教學進行重新設計，總體上包含課前、課中和課后三個階段。課前需要在線上學習相關知識的教學視頻、知識點相關資料和自我測驗等；課中主要體現(xiàn)在線下教學上，重點講解知識疑難問題和開展相互討論；課后主要布置作業(yè)、實驗和小組討論等內容。

經過各個階段的設計后，教師可以根據(jù)教學內容和學生掌握程度來進行有針對性的調整或優(yōu)化，進一步改進教學設計。

2.2.2 混合式教學活動

教學活動是對教學計劃的具體體現(xiàn)，通過教學活動來完成教學計劃。教師在課前通過教學平臺將教學內容發(fā)給學生，學生可以了解應該學習什么內容和完成什么任務。

教師通過平臺查看學生的課前學習情況，如視頻觀看情況、自我測驗試題等，能夠很快了解學生對于當前知識點的掌握情況，以及需要重點講解的內容是什么，在課中對掌握不到位的內容進行5-10分鐘左右的講解。為進一步理解本次內容的重難點內容，可以讓學生在課后開展擴展閱讀和實驗等。對于程序設計類課程來講，課后作業(yè)中程序設計類題目要占到全部作業(yè)的90%以上。

2.2.3在線實踐教學

程序設計類課程對于學生的實踐動手能力要求較強，因此需要進行大量的編程實踐，才能提升學生的編程能力，如果實踐投入不夠，學生對于程序設計很難有一個本質性的認識和提高。教師在平臺上布置實驗作業(yè)時，需要強調時間觀念，即學生應在規(guī)定的時間內完成相關題目。作業(yè)完成后，平臺會根據(jù)學生完成的情況，依照準確率、用時和程序設計的復雜度進行評測，給出成績和綜合排名。通過在線評測系統(tǒng)，不僅可以培養(yǎng)學生的時間觀念，還可以培養(yǎng)學生解決問題的綜合能力。

2.3 課程團隊建設

開展混合式教學需要有一支善于鉆研新教法和教學模式的教師團隊，團隊成員可以由專業(yè)課程教師與思政課程教師共同組建，在進行專業(yè)課程教授的過程中不斷融入課程思政內容，完善和充實教學內容。

在混合式教學中融入思政元素，建議與馬克思主義學院課程思政咨詢團隊對接，請咨詢團隊在課程的教學設計、教學資料的制作、教學內容中思政元素的挖掘等方向，給予指導與幫助[8]。

同時，著力提升專業(yè)課程教師應用OBE教育理念和思政教育的能力，轉變傳統(tǒng)的教學方法，努力打造一支善于鉆研新教學方法和挖掘思政元素的課程教學團隊。在課程實施中，不僅將新的教育教學方法帶進課堂，同時還將中國的優(yōu)秀文化和歷史人物融入教學中，培養(yǎng)學生艱苦奮斗、精益求精和精誠團結的團隊精神，引導和幫助學生成為對社會和國家有用的可靠人才。

3 “OBE+OJ”教學效果反饋

根據(jù)產出導向的教育理念，在制訂課程目錄時，依據(jù)課程知識點要求創(chuàng)建不同數(shù)量的任務點，其中教學視頻占60%左右。以C語言程序設計課程為例，學生日常觀看視頻的參與度為95%。在教學初期學生平均提交在線測試次數(shù)為4.5次，說明教學初期學生剛接觸程序設計課程，還沒有完全掌握程序設計語法和要求，出現(xiàn)錯誤最多的為語法錯誤和運行時錯誤。通過不斷練習，學生掌握了程序設計的基本語法結構和一些調試技巧，測評次數(shù)也不斷減少。

對于課程最后的考核方式進行了改革，傳統(tǒng)考試注重最后的試卷成績，而忽略了學生學習過程的重要性。因此最終的考試加大過程性考核比例，如在線學習、自我測驗、作業(yè)和實驗等，占70%；而期末考試成績僅占總成績的30%。

在課程結束后，可以通過后臺數(shù)據(jù)、學生綜合成績、學生網上評教或調查問卷等多種形式對教學效果進行調查分析，其中有90%的學生表示，應用OJ在線評測系統(tǒng)提升了自身的程序設計能力。同時對于后期參加程序設計競賽也奠定了基礎，現(xiàn)階段計算機類研究生復試也是采用上機編程的考核方式，這也讓他們提前適應了線上程序設計環(huán)境?？梢愿鶕?jù)學生提出的問題和建議對教學的目標和教學內容進行不斷的優(yōu)化和完善，形成一個良性的互動。

4 結語

在新工科建設的背景下，開展線上線下混合式教學已經成為高校課程改革的重點。線上線下混合式教學打破了時間和空間的局限性，利用信息技術手段將教學進行延伸，充分調動學生參與課程的積極性和學習的主動性。針對程序設計類課程的特點，將OBE教學理念融入線上線下混合式教學模式中，構建了基于“OBE+OJ”的程序設計類課程混合式教學模式，依據(jù)教學產出來持續(xù)改進教學目標和教學內容。該模式將學生從被動接收者轉變?yōu)檎n堂的主角，學生的主動學習能力得到了提升，也提升了學生的編程能力和編程興趣。