OBE理念下“C語言程序設(shè)計(jì)”課程線上線下混合式“金課”建設(shè)的研究與實(shí)踐

行舒樂,閆 卓,羅 鑫,邱 棟,高海寧,肖偉中

(黃淮學(xué)院 能源工程學(xué)院,河南 駐馬店 463000)

2018年6月,教育部陳寶生部長(zhǎng)在“新時(shí)代全國(guó)高等學(xué)校本科教育工作會(huì)”上,第一次提出了“金課”概念.隨后,“金課”被寫入教育部文件.2018 年 11 月 24 日,教育部高等教育司司長(zhǎng)吳巖在第11 屆中國(guó)大學(xué)教學(xué)論壇上講道：“課程是中國(guó)大學(xué)普遍存在的短板、瓶頸、軟肋,是一個(gè)關(guān)鍵問題.”[1]線上線下混合式“金課”不是線下“金課”和線上“金課”的簡(jiǎn)單組合,而是利用線上技術(shù)手段,將先進(jìn)的教學(xué)理念和現(xiàn)代教學(xué)工具有機(jī)地滲入到教學(xué)過程中;利用線上教學(xué)資源拓展教學(xué)的時(shí)間和空間,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生在課堂外的時(shí)間,將知識(shí)點(diǎn)的闡述放在線上完成,線下教學(xué)則通過各種手段檢測(cè)學(xué)生線上學(xué)習(xí)的效果,測(cè)試學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)掌握的達(dá)成度,查漏補(bǔ)缺,同時(shí)完成“金課”對(duì)于“兩性一度”的要求[2-3].

1 “C語言程序設(shè)計(jì)”在“金課”建設(shè)過程中面臨的問題

“C語言程序設(shè)計(jì)”課程是高校理工科一年級(jí)學(xué)生的一門基礎(chǔ)必修課.隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的高速發(fā)展和計(jì)算機(jī)編程語言與各專業(yè)的專業(yè)知識(shí)交叉融合度的提高,“C語言程序設(shè)計(jì)”課程也成為各類理工科學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)前置課程.如機(jī)械類專業(yè)學(xué)生,在后期學(xué)習(xí)數(shù)值模擬軟件、機(jī)電信號(hào)分析軟件和單片機(jī)軟件等專業(yè)應(yīng)用軟件時(shí),都需要 C 語言作為學(xué)習(xí)這些軟件的基礎(chǔ).同時(shí),“C語言程序設(shè)計(jì)”課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,如何將傳統(tǒng)的以教學(xué)為中心的教學(xué)理念改進(jìn)為以學(xué)為中心的教學(xué)理念;如何有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)“C語言程序設(shè)計(jì)”課程的學(xué)習(xí)興趣和積極性;如何改變以往單一的“先理論,后實(shí)踐”的教學(xué)模式,改變學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識(shí)后只能“紙上談兵”,無法將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為應(yīng)用實(shí)踐能力的現(xiàn)狀;如何將“C語言程序設(shè)計(jì)”課程打造為符合兩性一度要求的“金課”,這些都是亟需解決的教學(xué)問題[3-4].結(jié)合非計(jì)算機(jī)專業(yè)的特點(diǎn),該課程在教改過程中需要解決的重點(diǎn)問題總結(jié)如下：

1)“眉毛胡子一把抓”：采取掃盲式教學(xué),對(duì)大學(xué)計(jì)算機(jī)課程各方面內(nèi)容進(jìn)行無差別、普及型教育,如軟硬件、網(wǎng)絡(luò)、多媒體、數(shù)據(jù)庫等.課程涉及面廣,學(xué)生無從理解,只能死記硬背,只求拿到學(xué)分,缺乏學(xué)習(xí)熱情.

2)“千人一面,以偏概全”：把非計(jì)算機(jī)專業(yè)的課程當(dāng)成計(jì)算機(jī)專業(yè)課程的簡(jiǎn)版或者濃縮版,內(nèi)容與學(xué)生的專業(yè)脫節(jié).學(xué)生對(duì)于在專業(yè)領(lǐng)域如何應(yīng)用計(jì)算和創(chuàng)新計(jì)算知識(shí)缺乏訓(xùn)練,更不用說實(shí)現(xiàn)“‘新工科’交叉融合、協(xié)作共享”的理念了.

3)“無米難為炊”：課時(shí)較少,從非計(jì)算機(jī)專業(yè)的角度來看,各章節(jié)課時(shí)分配不合理,無法深度分析專業(yè)問題的計(jì)算和求解過程,不能有效地向?qū)W生傳遞計(jì)算(機(jī))技術(shù)的核心思想與方法,難以完成計(jì)算思維培養(yǎng)的目標(biāo).

4)“置身事外,未戰(zhàn)先敗”：非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生不適應(yīng)計(jì)算思維模式,有畏難情緒或者持懷疑態(tài)度,認(rèn)為自己的專業(yè)學(xué)習(xí)計(jì)算思維沒有用處.

2 “金課”建設(shè)過程中的相關(guān)舉措

2.1 教學(xué)理念改革

OBE理念,即“成果導(dǎo)向教育”理念,是一種以學(xué)生為教學(xué)活動(dòng)中心,以預(yù)期成果驅(qū)動(dòng)整個(gè)教學(xué)過程的教學(xué)理念,其目的是讓教學(xué)目標(biāo)更為明確清晰,人才培養(yǎng)更符合社會(huì)需求.而OBE理念將學(xué)生作為教學(xué)活動(dòng)的主體,以學(xué)生的預(yù)期學(xué)習(xí)成果為教學(xué)出發(fā)點(diǎn),逆向設(shè)計(jì)所有的教學(xué)環(huán)節(jié),使得整個(gè)教學(xué)過程都圍繞著學(xué)生這一主體.在“C語言程序設(shè)計(jì)”的“金課”建設(shè)過程中,教學(xué)團(tuán)隊(duì)統(tǒng)一思想,在該課程的每一環(huán)節(jié)的建設(shè)中,達(dá)成了以O(shè)BE教學(xué)理念為核心的共識(shí).每個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)思完成后,團(tuán)隊(duì)內(nèi)部都會(huì)進(jìn)行頭腦風(fēng)暴：該教學(xué)環(huán)節(jié)是否真正以學(xué)生為中心;該環(huán)節(jié)完成后給學(xué)生預(yù)設(shè)的能力培養(yǎng)能否達(dá)成;有沒有更好的設(shè)計(jì)構(gòu)思能幫助學(xué)生更有效地、更積極地完成學(xué)習(xí)目標(biāo).在每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)結(jié)束后,通過調(diào)查問卷的形式收集學(xué)生對(duì)于該環(huán)節(jié)的意見,真正做到以學(xué)生為中心和持續(xù)改進(jìn)[5-6].

2.2 課程內(nèi)容改革

根據(jù)“C語言程序設(shè)計(jì)”課程的特點(diǎn),將課程內(nèi)容劃分為理論和實(shí)踐兩部分.在理論學(xué)習(xí)方面,不簡(jiǎn)單地以計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)習(xí)內(nèi)容為標(biāo)準(zhǔn),盲目拔高,而以本專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)為基準(zhǔn),確保學(xué)生在有限的學(xué)習(xí)時(shí)間內(nèi)完成預(yù)定的學(xué)習(xí)目標(biāo).根據(jù)非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo),將理論教學(xué)內(nèi)容進(jìn)一步精簡(jiǎn),使其更加符合本專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的要求.簡(jiǎn)化后的理論課程內(nèi)容,如圖1所示.

第一講程序設(shè)計(jì)與C語言第一個(gè)程序C語言計(jì)算機(jī)和編程語言第二講數(shù)據(jù)類型變量數(shù)據(jù)類型表達(dá)式Onlinejudge第三講判斷與循環(huán)1判斷循環(huán)第四講判斷與循環(huán)2邏輯類型和運(yùn)算級(jí)聯(lián)和嵌套的判斷多路分支循環(huán)的例子判斷和循環(huán)常見的錯(cuò)誤第五講循環(huán)控制循環(huán)控制多重循環(huán)循環(huán)應(yīng)用第六講數(shù)組與函數(shù)數(shù)組函數(shù)的定義與使用函數(shù)的參數(shù)和變量二維數(shù)組第七講數(shù)組運(yùn)算數(shù)組運(yùn)算搜索排序第八講指針與字符串指針字符類型字符串字符串計(jì)算

考慮到學(xué)生學(xué)習(xí)能力的差異,為學(xué)生提供了不同的線上資源以供學(xué)生進(jìn)行理論學(xué)習(xí).大部分學(xué)生在線上采用SPOC(小規(guī)模限制性在線課程)學(xué)習(xí)較為基礎(chǔ)的理論知識(shí)(如圖1所示).對(duì)于學(xué)有余力的學(xué)生,也為其提供了更有挑戰(zhàn)性的MOOC課程(如圖2所示,加粗字體部分為增加的知識(shí)內(nèi)容).正視學(xué)生的學(xué)習(xí)能力差異,以本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)劃定下線,上不封頂,因人而異地制定學(xué)習(xí)內(nèi)容.

第一講引言緒論主機(jī)版圖靈模型與計(jì)算主機(jī)系OFFICE基本操作指導(dǎo)裝機(jī)指南第二講信息表示與編碼計(jì)算機(jī)與二進(jìn)制字符信息的表示與編碼多媒體信息表示二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算機(jī)器數(shù)的表示與運(yùn)算第三講硬件系統(tǒng)構(gòu)造基本邏輯運(yùn)算和邏輯門觸發(fā)器與加法器由邏輯門到運(yùn)算器指令和程序馮·諾依曼結(jié)構(gòu)第四講操作系統(tǒng)基礎(chǔ)什么是操作系統(tǒng)處理器管理存儲(chǔ)器管理微型機(jī)中的存儲(chǔ)器系統(tǒng)文件管理第五講網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)因特網(wǎng)中的地址因特網(wǎng)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)安全概述第十二講數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)線性表順序表設(shè)計(jì)棧和隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)小結(jié)第十三講數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)關(guān)于大數(shù)據(jù)分析視角下的數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)分析的基本過程利用計(jì)算機(jī)求解問題的一般過程

實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容分為課中和課后兩部分(如圖3所示).課中實(shí)踐內(nèi)容與理論內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣,互為支撐,且更適合項(xiàng)目化教學(xué)的要求,體現(xiàn)了對(duì)理論內(nèi)容的實(shí)踐與強(qiáng)化.課后的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容則與專業(yè)聯(lián)系更緊密,將“C語言程序設(shè)計(jì)”課程與“汽車單片機(jī)”課程、“嵌入式程序設(shè)計(jì)”課程等后續(xù)專業(yè)課程組成課程聯(lián)合體,并與學(xué)科競(jìng)賽緊密聯(lián)系.將課后實(shí)踐內(nèi)容與機(jī)器人競(jìng)賽、智能網(wǎng)聯(lián)汽車競(jìng)賽等學(xué)科競(jìng)賽的內(nèi)容串聯(lián)起來,貫穿大一到大三,學(xué)生以老帶新.學(xué)生學(xué)得明明白白,學(xué)習(xí)動(dòng)力才能源源不斷.同樣,通過學(xué)科競(jìng)賽,讓學(xué)生從大一到大三期間所學(xué)內(nèi)容層層深入,學(xué)生必須跟著“不斷跳”才夠得著,也體現(xiàn)了課程的挑戰(zhàn)度.課程內(nèi)容改革后,學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性進(jìn)一步被激發(fā),學(xué)科競(jìng)賽獲獎(jiǎng)數(shù)量和層次也逐步提高.

圖3 挑戰(zhàn)版實(shí)踐課程內(nèi)容

2.3 教學(xué)方法改革

在“金課”建設(shè)之前,“C語言程序設(shè)計(jì)”課程采用的是“理論+上機(jī)”的灌輸方式的教學(xué)方法,不管是C語言編程知識(shí)的學(xué)習(xí),還是上機(jī)練習(xí),學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主動(dòng)性和參與度都不高,掌握知識(shí)的程度反饋也不及時(shí).理論學(xué)習(xí)和上機(jī)練習(xí)脫節(jié)嚴(yán)重,理論學(xué)習(xí)不扎實(shí),上機(jī)練習(xí)也跟不上節(jié)奏,不清楚上機(jī)練習(xí)的目的,更談不上獨(dú)立思考和創(chuàng)新.非計(jì)算機(jī)專業(yè)培養(yǎng)方案中規(guī)定的課時(shí)相較于計(jì)算機(jī)專業(yè)較短,如新能源科學(xué)與工程專業(yè)是48學(xué)時(shí),汽車服務(wù)工程專業(yè)是32學(xué)時(shí).按照傳統(tǒng)的教學(xué)方法,學(xué)生很難在培養(yǎng)方案規(guī)定的課時(shí)內(nèi)真正達(dá)到規(guī)定的能力要求.

針對(duì)以上問題,設(shè)計(jì)了針對(duì)“C語言程序設(shè)計(jì)”課程特點(diǎn)的“一體兩翼的雙引擎驅(qū)動(dòng)”教學(xué)方法,課程教學(xué)設(shè)計(jì)示意圖如圖4所示.該教學(xué)方法基于OBE教學(xué)理念,以BOPPPS教學(xué)模型作為理論教學(xué)方式,以PBL教學(xué)方法作為實(shí)踐教學(xué)方式[7-8].將該課程作為線上線下混合式課程,通過線上教學(xué),拓展學(xué)生的理論和實(shí)踐學(xué)習(xí)時(shí)間,提高課程的兩性一度,超越“金課”標(biāo)準(zhǔn)開拓戰(zhàn)略空間.

圖4 “C語言程序設(shè)計(jì)”課程線上線下混合式課程教學(xué)設(shè)計(jì)示意圖

在教師教的方面,可以將教授內(nèi)容分為理論教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容.根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容采用不同的教學(xué)方法.對(duì)于理論教學(xué)內(nèi)容,改變以往只有課堂講授式的教學(xué)方法,將適于講授式的理論教學(xué)內(nèi)容,利用MOOC將C語言中零碎的知識(shí)點(diǎn)以視頻、PPT等形式放在線上完成理論部分的教學(xué).在課前讓學(xué)生根據(jù)任務(wù)清單,完成理論知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí).在課堂上,在教師組織和指導(dǎo)下,根據(jù)前測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容,并使用問題探究法、討論法,引導(dǎo)學(xué)生提出問題,通過比較獨(dú)立的探究和研究活動(dòng),探求問題的答案而獲得知識(shí).

對(duì)于實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容,改變以往只使用簡(jiǎn)單的上機(jī)訓(xùn)練與實(shí)踐式的教學(xué)方法.將實(shí)踐教學(xué)從課堂上擴(kuò)展到課下.在課堂上,通過項(xiàng)目化教學(xué)法進(jìn)行教學(xué),以小組為學(xué)習(xí)單位,分組完成小型實(shí)踐項(xiàng)目,教師在此過程中主要起輔助作用,并在項(xiàng)目完成后進(jìn)行點(diǎn)評(píng).在課后,教師同樣布置有貫穿整個(gè)課程的項(xiàng)目,同樣分組完成、定期匯報(bào),同時(shí)在慕課討論區(qū)進(jìn)行互動(dòng)交流.

在學(xué)生學(xué)的方面,對(duì)于理論知識(shí)學(xué)習(xí),學(xué)生可以借助MOOC個(gè)性化地完成理論學(xué)習(xí)目標(biāo),對(duì)于簡(jiǎn)單的知識(shí),可以快進(jìn)學(xué)習(xí).對(duì)于有難度的知識(shí)點(diǎn),可以反復(fù)學(xué)習(xí).同時(shí),可以借助慕課的討論區(qū),與同學(xué)們對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行討論.實(shí)踐能力的學(xué)習(xí),主要通過課上和課下的實(shí)踐項(xiàng)目.在此過程中,強(qiáng)調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體地位,提倡“個(gè)性化”的學(xué)習(xí),主張以學(xué)生學(xué)習(xí)為主,教師指導(dǎo)為輔[9].

2.4 考核方式改革

改變以往通過期末大作業(yè)+平時(shí)成績(jī)的考核方式.基于以學(xué)為中心的教學(xué)理念設(shè)定考核方式,增加過程性考核所占比重,但同時(shí)強(qiáng)調(diào)以結(jié)果為導(dǎo)向.對(duì)于理論知識(shí)的考核,不再僅通過期末考核結(jié)果進(jìn)行評(píng)估,在平時(shí)課堂中增加對(duì)于課前學(xué)習(xí)的前測(cè)和學(xué)習(xí)重難點(diǎn)的后測(cè),將前測(cè)和后測(cè)的考核結(jié)果納入平時(shí)成績(jī).同時(shí),對(duì)于課下慕課的學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng),在討論區(qū)的討論結(jié)果均可在后臺(tái)監(jiān)控,也同樣納入考核范圍,提高學(xué)生對(duì)于課下參與式學(xué)習(xí)的積極性.設(shè)置線上題庫,期末可以通過線上考核代替線下考核,考核的部分題目根據(jù)題目難度隨機(jī)構(gòu)成,避免了考試抄襲的現(xiàn)象.

課程重視對(duì)學(xué)生的過程性考核,期末線上考核占總成績(jī)的40%,過程性考核占60%.其中,線上過程性考核占34%,線下過程性實(shí)踐考核占26%.不管是平時(shí)的單元測(cè)試、課堂表現(xiàn)、話題討論,還是課上、課下實(shí)踐,乃至最后的線上期末考核,在線上平臺(tái)都有詳細(xì)的考核依據(jù),對(duì)每位學(xué)生都能進(jìn)行多元評(píng)價(jià).具體考核方式,如圖5所示.

圖5 期末成績(jī)構(gòu)成

對(duì)于實(shí)踐能力的考核,不再僅通過期末大作業(yè)的方式進(jìn)行考核,將增加平時(shí)項(xiàng)目化教學(xué)小型項(xiàng)目的評(píng)價(jià),結(jié)果納入平時(shí)成績(jī).保留期末大作業(yè)考核,但根據(jù)知識(shí)點(diǎn)將大作業(yè)分散到各個(gè)章節(jié),每個(gè)章節(jié)解決該章節(jié)能解決的問題,解決了學(xué)生期末完成大作業(yè)的恐懼心理.同時(shí),也加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)于平時(shí)實(shí)踐作業(yè)的重視程度.

2.5 教學(xué)設(shè)計(jì)案例

根據(jù)以上改革,以數(shù)組的應(yīng)用實(shí)例為例進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì).首先在課前要求學(xué)生提前預(yù)習(xí)并完成單元測(cè)試后,發(fā)現(xiàn)排序算法是普遍難點(diǎn).據(jù)此調(diào)整了本次授課內(nèi)容的重點(diǎn),并提前布置了課前任務(wù).授課開始后,以常用手機(jī)App的排序應(yīng)用完成課程引入,并提出本即課的學(xué)習(xí)目標(biāo),隨后針對(duì)課前任務(wù)1(觀看2022年1季度新能源汽車銷售排行榜的排序視頻,并思考其排序過程)進(jìn)行隨機(jī)提問,問題中隱含思政元素.很多學(xué)生在看完第一個(gè)視頻后,會(huì)根據(jù)冒泡排序法的特點(diǎn),將其應(yīng)用在第二個(gè)作業(yè)(用抖音拍攝生活中的排序應(yīng)用視頻)中,從而在完成第二個(gè)作業(yè)的過程中不知不覺地總結(jié)并學(xué)會(huì)了應(yīng)用冒泡排序法.使用學(xué)生在熟悉和放松的情景中完成作業(yè),也更加能夠增加學(xué)生的學(xué)習(xí)樂趣.其次,使用動(dòng)畫演示冒泡算法的同時(shí),在右側(cè)區(qū)域按照每個(gè)步驟編寫相應(yīng)的代碼,把抽象的算法思想,逐步分解為小段的代碼,降低學(xué)生對(duì)于編寫代碼的畏難情緒.然后,在編譯系統(tǒng)里運(yùn)行驗(yàn)證程序,完成講解示例.隨后,詢問學(xué)生對(duì)于課前的第二個(gè)作業(yè),有沒有采用冒泡法以外的方法完成排序作業(yè),(如果有,對(duì)學(xué)生的案例進(jìn)行分析,并引出選擇排序法,如果沒有,教師使用自備案例展示選擇排序算法的思想)引導(dǎo)學(xué)生通過案例自行總結(jié)選擇排序法的特點(diǎn),教師加以點(diǎn)評(píng)和總結(jié).布置課堂任務(wù),讓學(xué)生分組完成程序編寫.完成后,隨機(jī)選擇一組學(xué)生的程序進(jìn)行講解,并導(dǎo)入編譯系統(tǒng)進(jìn)行演示.最后,對(duì)本次課程進(jìn)行總結(jié),并安排課下實(shí)踐作業(yè)和下次課的線上預(yù)習(xí)任務(wù),完成對(duì)該部分知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí).

3 結(jié)語

黃淮學(xué)院能源工程學(xué)院“C語言程序設(shè)計(jì)”課程建設(shè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)自2019年以來就開始嘗試建設(shè)線上線下混合式教學(xué),對(duì)課堂派、慕課堂等在線教學(xué)平臺(tái)的應(yīng)用非常熟悉.2020年疫情期間,使用中國(guó)大學(xué)生慕課平臺(tái)建立了“C語言程序設(shè)計(jì)”課程的異步SPOC在線學(xué)習(xí)資源,并取得了較好的教學(xué)效果.在“金課”建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)下,建立了適合自身特色的教學(xué)方法,符合教育部提出的建設(shè)面向未來、適應(yīng)需求、引領(lǐng)發(fā)展、理念先進(jìn)、保障有力的一流專業(yè)和一流課程的導(dǎo)向,也符合黃淮學(xué)院“就業(yè)能稱職、創(chuàng)業(yè)有能力、深造有基礎(chǔ)、發(fā)展有后勁”的應(yīng)用型人才培養(yǎng)定位,有助于穩(wěn)定輸出具有個(gè)性化和多元化發(fā)展特質(zhì)的新能源專業(yè)人才.