基于OBE-CDIO理念的程序设计基础课程教学改革探究

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摘  要：针对目前程序设计基础课程存在的教学方式单一化、考核环节集中化等问题，文章以OBE-CDIO教育理念为指导，对于该课程的课程教学模式、课程设计和课程考核方式等方面的改革进行了有益的探索与研究。我们将工程教育认证中学生的毕业要求作为制定教学目标的依据，将MOOC、雨课堂等现代化教学资源融入课堂教学，采用CDIO教学理念指导课程设计，实现教学环节与考核环节的科学化与多元化，全面地培养学生的综合实践能力。

关键词：OBE-CDIO;MOOC;课堂教学

中图分类号：G642         文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2020）01-0089-03

Abstract： In view of the simplification of the teaching methods and the centralization of the assessment processin the current course Fundamentals of Programming. Under the guidance ofthe OBE-CDIO educational concept， this paper has made explorations and researches for the reform of the course teaching mode， curriculum design and course assessment methods. We use the graduation requirements of engineering education certification for middle school studentsas the basis for setting teaching objectives， integrating modern teaching methods such as MOOC and rain classroom into classroom teaching and adopting CDIO teaching conceptto guide curriculum design to realize the scientific and diversified teaching links and assessment links and comprehensively develop students" comprehensive practical ability.

Keywords： OBE-CDIO; MOOC; classroom teaching

引言

程序设计基础是软件工程、数据科学与大数据技术等计算机类专业的第一门程序设计课程，该门课程会对学生程序设计体系的构建起着至关重要的作用、对后续的专业课程的学习产生深远的影响。在程序设计基础课程的教学中，教师多数沿用传统教学模式，教学进程可概括为“讲-听-记-练”，在课堂教学中，以教师为中心，教师系统地讲解基础知识和经典实例，学生被动地接受，在课后只是通过作业督促学生学习，教学过程缺乏有效互动，期末考试采用笔试形式。这种教学模式导致了课程教、学效率低下，不能帮助学生在短时间内获得程序设计的思维，以及程序设计实践能力，具体表现为：学生学习的积极性和主动性不强，在上机实践时，对于要解决的问题，不知道如何设计算法，不知道怎样用程序设计语言描述算法;在程序出现错误后，不知道如何调试修改。时间长了，自然而然对程序设计的学习失去兴趣，畏首畏尾。为此，我们必须通过引入先进的教育理念，来指导程序设计基础课程的教改工作，探索新的教学模式，研究新的教学方法。

OBE（Outcome Based Education）是学习成果导向的教育理念，源于上世纪90年代的西方教育改革，其强调按照学生在毕业时需要达到的学习成果即具备的学习能力为目标制定课程的教学目标和教学计划，以改善学生的学习成果作为教学改革的驱动力，而不再是教科书或教师经验，培养学生真正具备从事相关领域工程实践工作的能力[1]。CDIO（Conceive构思、Design设计、Implement实现、Operate运作）是工科教育的一种创新教学模式，它也是西方教育改革的先进成果[2][3]，它以工程项目的生命周期为载体，强调让学生通过在参与工程项目的过程中，主动地学习课程知识、锻炼学生完成工程项目的实践能力[4]。针对新工科专业对课程的新要求，将OBE与CDIO进行融合，以OBE-CDIO理念为指导科学的、合理的引导程序设计基础课程的教学改革探究。

一、课程教学目标的设计

为了在程序设计基础课程的教学改革中充分贯彻OBE教育理念，首先要设计课程的教学目標，在设计教学目标时，首先需确定程序设计基础课程需要支撑哪些毕业要求指标点，即通过学习本课程，学生在毕业时能够达成哪些能力，然后设计课程的教学目标，以及课程目标与毕业要求指标点之间的支撑关系。经过近几年的教学实践，我们总结了程序设计基础课程需要支撑的毕业要求指标点，如表1所示。

为此，我们设计了本课程教学目标：目标1.能够利用现代信息技术学习C/C++语言的基本知识和程序设计的基本方法;目标2.能够使用先进工具编写、编译、调试、运行C/C++语言程序;目标3.能够运用C/C++语言的基本知识和程序设计的基本方法，独立进行程序设计、程序分析;目标4.具有自主学习和终身学习的意识和能力;目标5.能够对算法进行分析与设计。

其中，目标1支撑毕业要求指标点12.1，目标2支撑毕业要求指标点5.2，目标3支撑毕业要求指标点9.1，目标4支撑毕业要求指标点12.2，目标5支撑毕业要求指标点3.2。在遵循OBE理念设计完教学目标之后，实际上就清楚了课程教学需要达到什么样的目标，下一步需要解决的问题是如何高效的达到这一目标。

二、课程教学改革

实际上，目前的课程教学仍然存在以下几方面的问题[5][6]。

1. 课程知识点过多且缺乏关联性，仅仅实现了对知识点的纵向聚类，即按章节对其进行了划分，而不同章节的知识点之间尚未很好的建立联系，这无疑加大了学生学习基础知识的难度，随着新知识点的持续学习，学生对课程的兴趣度会逐渐下降。

2. 多数课堂上仍就主要是教师讲授，学生被动的听取，课堂缺乏有效互动。有的课堂即便是加入了讨论环节，但是由于讨论的题目引起不了学生的兴趣，导致学生缺乏自主学习、探索的意识，自主学习能力未获得有效培养。

3. 教学资源现代化程度不高，教学方法单一、陈旧，教师缺乏及时获得学生学习情况反馈的渠道;不同学生对基础知识的掌握情况存在差异，导致学生对知识的学习需求呈现差异化，目前的教学方法无法有效解决这一难题。

4. 考核方式仍然是“一考定成绩”，凭借期末考试的一张试卷来简单的评价学生一学期的学习情况，这会导致学生期末突袭复习，而忽视日常学习，间接导致了学生实践能力偏弱。

为有效地解决上述问题，我们主要从课程教学模式、课程设计和课程考核方式等方面进行改革。

（一）课程教学模式的改革

目前课堂教学大多以教师为中心，以知识传递为主，注重教师的教学外在，忽略学生的学习体验，缺乏课堂内外的师生互动与生生交流，不利于培养学生批判性思维、实践能力和创新能力，并且存在教学信息反馈片面、滞后、被动等现象，不利于激发学生学习的积极性、主动性和创造性。

为了解决这一问题，我们采用线上线下（Online To Offline）混合教学模式，将传统的课堂转变为以学生为中心的智慧课堂，形成“教学方式与学习方式变革”的教育新形态，如图1所示。

本课程的教学遵循OBE理念，为达成课程目标，需以学生为中心，强调教学过程的输出，强调学生学到什么和能做什么，重视能力培养，鼓励批判性思考、推理、评论、反馈和行动。因此在教学环节的创新设计方面，以雨课堂为主，以MOOC和牛客网等其他技术手段为辅，实现课堂的智慧升级。智慧课堂分为三个阶段：

阶段1（课前-雨课堂和MOOC）：课前推送自学任务，学生自学并完成检测，提交思考、讨论题作业。在推送自学任务环节，还需借助MOOC，将需要自学的视频地址告知学生，由学生自行完成在线学习;然后让学生完成检测学习效果的客观题，以及引导学生思考如何将知识用于工程项目的主观题。

阶段2（课上-雨课堂）：让学生更好的融入教学环节，实现课堂上的在线测试与在线互动，充分调动起学生的学习热情。具体环节包括：课上老师对试卷进行点评，讲解重点和难点;引导学生共同完成改错、填空等互动;间隙再检测错误率较高的知识点;思考题完成较好的同学展示交流;教师点评等。

阶段3（课后-雨课堂、牛客网、微信等）：推送拓展学习内容，布置训练作业，该环节还需借助牛客网，让学生以在线编程的方式完成课后作业，让学生通过在线编辑、编译、调试等活动，掌握编程能力。此外，教师、学生在雨课堂、微信上进行交流互动。

除上述的改革措施之外，特别注重对课堂讨论环节的精巧设计，以引起学生的兴趣，提升学生的参与度。我们采用的方式，将国内外知名公司的面试、笔试题中与基础知识相关的内容作为讨论的题目，一方面，拓展了学生的视野，另一方面通过实践的例子告诉学生掌握好基础知识的重要性。

如图2所示，左上角内容是题目的原题，需要学生阅读题目，并分析输出是什么。此题初始一看，以为输出的是str： Hello。但是仔细阅读程序之后会发现，改题目的执行会出错，这个时候学生应该回想起图2右上角的经典例子，更进一步的，通过图2右下角的程序可以帮助学生建立知识点的映射，这样学生就可以完成对出错程序的修正。虽然，这是一个小例子，但在这个过程中，需要引导学生学会对知识点的溯源、映射，不但要掌握好基础知识，更要学会灵活的运用知识。

（二）课程设计的改革

课程设计的目标是培养学生的工程实践能力。为此，在整个课程设计工程中，我们遵循CDIO理念，首先，引导学生完成对项目课题的业务理解与需求分析，接着指导学生完成对项目的详细设计，然后由学生课下完成对项目的开发，即代码的编写与调试，最后采用项目答辩的形式，让学生对系统进行展示，教师对系统的不足进行点评，指导学生完成对软件系统的改进，并提交报告。其中，在具体的实现技术选择上，建议能力较强的学生依次采用结构的程序设计方法（C语言编写）和面向对象的程序设计方法（C++语言编写），对同一个项目课题实现迭代的开发，这样一方面学生的工程实践能力獲得了充分的锻炼，另一方面学生对于不同的程序设计开发会有更深入的体会，使得学生具有选择合适开发方法的能力。

学生通过课程设计会完成构思、设计、实现、运作全过程的实践工作，有利于树立大工程的理念。

（三）课程考核方式的改革

本课程采用形成性考核方式，注重对每个学生的学业情况进行跟踪，及时评价、及时反馈，促进学生更加注重能力形成的过程，引导学生天天勤奋学习，让学生的进步在一点一滴积累中完成，帮助学生实现课程目标。

考核方式一方面要实现对学生全课程学习周期情况的综合考察，另一方面要实现对学生工程实践能力的重点考察，因此，改革后的考核环节主要包括：环节1-对课堂讨论的评价;环节2-对在线学习与在线答题的评价;环节3-对课程设计程序的演示与答辩、课程设计报告的完成情况的评价;环节4-对期中和期末在线编程情况的评价。

通过线上与线下的结合，过程与结果的结合，即全面地考核了学生的整体学习情况，也重点考核了学生的工程实践能力。

三、结束语

本文遵循OBE-CDIO教育理念，从教学目标、课堂教学、课程设计与考核方式等方面，对程序设计基础这一门核心的专业基础课程的改革进行了有益的探索与研究。解决了传统的程序设计基础课程课堂气氛沉闷、学习方法单一等问题，激发了学生的学习兴趣，加强了学生的工程实践能力。

参考文献：

[1]杨毅，刚孟斌，王伟楠.基于OBE模式的技术创新能力培养[J].高等工程教育研究，2015（06）：24-30.

[2]叶民，孔寒冰，许星.新工科实践路径探讨：基于扎根理论的CDIO转换平台建构[J].高等工程教育研究，2018（04）：11-17+100.

[3]朱晓东，顾榕蓉，吴立保.基于CDIO理念的创新创业教育与专业教育融合发展研究[J].江苏高教，2018（02）：77-80.

[4]顾佩华，沈民奋，李升，等.从CDIO到EIP-CDIO-汕头大学工程教育与人才培养模式探索[J].高等工程教育研究，2008（01）：12-20.

[5]张亚红，陈辉.新工科背景下的C语言教学改革探索[J].教育教学论坛，2019（17）：125-126.

[6]郭晶晶，刘伯运，梁英杰，等.以学员为中心的C语言教学改革模式探讨[J].教育教学论坛，2019（12）：261-262.

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