基于OBE培養計算思維能力的實踐探索

羅衛敏 吳元斌 劉雨露

摘?要：基于OBE教育理念，以培養學生計算思維能力為目標，對“大學計算機基礎”課程的實驗教學進行改革。針對實驗教學缺乏有效設計、計算思維能力鍛煉不夠、實驗報告作用不足等現存問題，提出統一實驗教學教案、強調過程中培養計算思維以及修訂實驗報告等解決措施。從實踐效果來看，得到師生的認可，學生計算思維能力得到切實增強。

關鍵詞：OBE;計算思維;大學計算機;實驗教學

中圖分類號：G642?文獻標識碼：A

“大學計算機基礎”課程是高校通識教育的重要組成部分，在計算機廣泛普及的今天，該課程教學內容不再局限于操作系統和辦公軟件的基本使用，逐步發展至軟/硬件系統、網絡、程序設計、數據庫和多媒體等諸多內容，滿足了信息時代對信息化人才培養的更高要求。

2006年美國卡內基梅隆大學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注和思考。2010年九校聯盟發表了“九校聯盟（C9）計算機基礎教學發展戰略聯合聲明”，指出大學計算機基礎教學的核心任務是培養學生的計算思維能力，由此為國內高校大學計算機基礎教學指明了方向。計算思維的核心是基于計算模型和約束的問題求解，要求建立運用現代計算方法解決實際問題的能力[1]。在大學通識課程中貫穿計算思維的培養，可以很好地建立和鍛煉學生系統的計算思維能力，為今后的專業學習和職場工作打下基礎，同時促使學生靈活運用計算機知識解決實際問題，真正完成從知識向實踐能力的轉變[2]。

OBE是一種基于學習產出的教育模式理念，最早出現于美國和澳大利亞的基礎教育改革。西澳大利亞教育部門把OBE定義為基于實現學生特定學習產出的教育過程，教育結構和課程被視為手段而非目的，如果無法為培養學生特定能力作出貢獻，就要被重建。學生產出驅動教育系統運行[3]。在OBE教育模式中，學生學到了什么和是否成功遠比怎樣學習和什么時候學習重要[4]。從本質上講，OBE圍繞“定義預期學習產出——實現預期學習產出——評估學習產出”這條主線而展開，學生產出評估構成教育質量持續改進的閉環，實現了教育范式由“內容為本”向“學生為本”的根本轉變，有利于建立開放、透明、富有彈性和互認的教育結構[5]。

現代社會對高校人才培養的要求越來越高，基于OBE教育理念，以“大學計算機基礎”課程的實驗教學為切入點，以培養計算思維能力為核心任務，不僅有利于學生綜合素質的提高，更是對后續專業課程的學習打下堅實的思維基礎，使學生基于信息化手段的問題求解能力得到顯著增強，對課程教學改革的開展具有很好的實踐意義。

1 存在的問題

當前“大學計算機基礎”課程的實驗教學存在一些問題，其中比較典型的問題有以下三點。

1.1 實驗教學缺乏有效設計

目前實驗教學過程遵循教師先講解演示、學生后自主實踐的總體原則，但缺乏有效的過程設計。講解演示的內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計，平鋪直敘毫無趣味，無法抓住學生注意力。學生實踐操作缺乏引導，基本要求學生完全依照教材步驟進行操作，無論在內容上還是步驟上缺乏層層推進的邏輯設計。這些問題最終導致學生的計算思維未得到充分培養，學生對學到了什么、操作結果有無改進等問題比較模糊，實驗教學效果不盡如人意。

1.2 計算思維能力鍛煉不夠

“大學計算機基礎”課程共有12個實驗項目，但目前各個實驗項目僅僅關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，學習目標模糊，過程中只關注步驟的實現，對于相關理論知識理解不足，缺乏信息化能力的綜合培養。

1.3 實驗報告的作用不足

傳統的實驗報告注重步驟復述和結果陳列，符合物理、化工等其他學科的課程要求，但是對于計算機相關的課程來說，這樣的設計就顯得不合理。計算機課程的實驗報告應該著重關注學生對實驗方法、內容的總結和回顧，以及對實驗操作和結果的反思和優化，這些也是培養計算思維的重要過程。缺少這些環節，學生無法深入理解操作的內容，知識視野擴展不足，無法有效認知自身能力的變化，實踐技能得不到有效提升，并且進一步導致學生缺乏興趣和意愿去認真填寫實驗報告，導致實驗報告的作用不斷流失。

2 解決措施

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

2.1 統一實驗教學教案規范教學過程

OBE要求通過學習成果確定學生所具備的能力結構，而課程教學就是培養和實現這種能力的手段。規范的教學才能明確實現預期的能力目標，而教學中的教師和學生，即使不同班級、不同教師各有特點，也應該遵循一個大致的標準，通過詳細的、統一的實驗教學教案，規范教師開展實驗教學。在遵循教師先講解演示、學生后自主實踐的總體原則的基礎上，實驗教學教案在制定過程中，特別針對以下幾點明確教學要求：

（1）演示內容。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行講解，其他實踐操作留給學生自行實踐。

（2）演示時長。嚴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）緊密聯系理論。強調操作源于理論，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）預期成果。明確一系列的實踐操作后，學生應該明白相關操作對最終結果的影響，理解相關理論知識點的概念和應用，在操作中達到一定計算思維的訓練。

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

另外，根據教案規范的教學內容和過程，制作重點突出、生動有趣的實驗PPT課件，在課件里有效串聯各個知識點，抓住學生注意力，提高學生學習興趣，引導學生思考，幫助學生有效建立計算思維。教師在熟悉教學內容和教學課件的基礎上，可以根據自己的內容理解和教學特點，以及教學班具體的學習情況，對課件進行修改，通過課件的引入，理清學生的實踐思路，認知當前的學習內容。

2.2 強調實踐過程中計算思維的培養

OBE強調學生的學習效果，希望通過研究型教學模式強化教學的輸出結果。要切實培養學生的計算思維，必須在實驗教學過程中潛移默化地幫助學生建立計算思維。在實踐過程中，基于OBE思想對學習成果進行強調和鞏固，包含以下幾點：

（1）強調動手前的整體規劃。對每個實驗項目給出具體的目標成果，指導學生從整體出發規劃實現的主要步驟，培養學生的大局觀。例如在做Word圖文排版這一實驗項目時，先給出排版結果截圖，引導學生觀察相關元素的變化和表現，包括頁面、文字、段落、圖形和表格;再指導學生在草稿紙上寫出主要的實現對象和實現步驟，同時思考步驟的相關順序;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。通過整體規劃，先理清學生思路，建立計算思維中的整體思想，全局掌控任務實現的過程。

（2）強調過程中的階段性總結和回顧。實驗項目在進行過程中需要短暫停頓，引導學生進行階段性的回顧，總結已完成操作的感受和經驗，思考操作過程中出現的問題。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，指導學生查看密鑰對文件和公鑰文件的內容，引導學生對密鑰的加密存儲和明文存儲兩種方式進行思考，理解引發不同方式的原因;在用戶解密其他用戶的加密文件后暫停，總結非對稱加解密的流程以及過程中容易出現的問題;在數字簽名認證通過后暫停，引導學生思考非對稱加解密技術應用于數據通信和數字簽名的不同之處。計算思維包含將一個復雜的大問題分解成多個易解決的小問題的思想，而階段性的總結和回顧，可以幫助學生在解決小問題的同時不偏離原復雜大問題的解決，培養局部是整體有機組成的思想。

（3）強調結束時的整合和復盤。一個實驗項目在各個步驟的操作完畢后，必須及時進行整合和復盤，引導學生思考前后操作的因果關系，發現其中的問題和不足。例如猜數游戲程序設計項目，在游戲準備、猜數過程和結果輸出三個步驟完成后，引導學生思考猜數次數對循環語句的影響、中途猜正確的循環終止和輸出語句出現位置等問題，進一步引導學生思考用不同循環的應用，同時指導學生回顧編程過程中出現的問題以及能否對程序進行優化和完善。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，從而最終解決復雜問題。整合過程中的總結，以及對處理問題全過程的復盤，都可以幫助學生建立真正有效的計算思維。

2.3 設計實驗報告強化計算思維的鍛煉

OBE教育理念要求對學生應達到的能力及其水平有清楚的認知。這種認知無論對于學生還是教師，都是非常重要的，不僅方便學生認識其自身的不足，也便于教師及時調整教學從而保證教學效果?；诖?，重新制定實驗報告，去掉以前的步驟復述、結果陳列和主要特色等欄目，以強化計算思維鍛煉、增強學生信息化能力和實踐能力為目標，從整體規劃、階段性總結回顧和整合復盤這三個方面出發，設計出實驗方案整體規劃、問題闡述、已掌握實踐知識點、回顧和優化、實驗作業等五個欄目，具體的設計方案如下表所示。

3 實踐效果

在OBE教育理念的引領下，“大學計算機基礎”課程的實驗教學效果提升比較明顯，學生的計算思維能力得到較好培養，主要體現在以下三點。

3.1 實驗教學效果有一定增強

通過修訂實驗教案、提煉加工實驗內容、編制講解演示PPT以及重構實驗教學過程，規范了實驗教學的開展，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。同時學生對實驗任務的認知更加清楚，實踐動手的熱情得到進一步提升。

3.2 學生計算思維能力有相應提高

從實驗教學的各個方面，包括實驗規劃、實驗內容、實驗過程以及實驗報告，重點關注學生的計算思維能力培養。學生普遍反映，實驗過程中不僅動手能力得到有效增強，思維能力也得到一定培養，開始習慣從全局視角觀察問題，習慣了將復雜任務分解成易完成的多個小任務，并切實體會到復盤反思的作用。

3.3 實驗報告質量有明顯改善

重新定制實驗報告后，師生反映較為熱烈。教師普遍反映，實驗報告的質量有提高，抄襲現象得到一定遏制，并且在實驗方案整體規劃和回顧優化這兩個欄目，有時還出現讓教師耳目一新的思路。學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;二是要求填寫的內容更具體;三是回顧了實驗過程，養成了一定的反思習慣。

結語

基于OBE教育理念，對“大學計算機基礎”課程的實驗教學進行了改革，根據普遍存在的問題提出對應的解決方案，培養了學生的計算思維能力，增強大學計算機基礎的實驗教學效果。改革方案為其他課程的教學改革做出了一定的示范作用，相應的教學方法和手段可以得到推廣，達到以點帶面的效果。

參考文獻：

[1]陳國良，董榮勝.計算思維與大學計算機基礎教育[J].中國大學教育，2011（1）：7-11.

[2]張陽，李雄偉，等.基于計算思維的計算機基礎教學改革與實踐[J].北京郵電大學學報（社會科學版），2015，17（2）：113-118.

[3]Willis S，Kissane B.Outcome-Based Education：A Review of the Literature.Prepared for the Education Department of Western Australia，1995.

[4]Spady，W.D.Outcome-Based Education：Critical Issues and Answers.Arlington，VA：American Association of school Administrators，1994：1-10.

[5]顧佩華，胡文龍，等.基于“學習產出”（OBE）的工程教育模式——汕頭大學的實踐與探索[J].高等工程教育研究，2014（1）：27-37.

作者簡介：羅衛敏（1977—?），男，重慶萬州人，碩士，高級實驗師，研究方向：復雜網絡同步及計算機基礎教育;吳元斌（1965—?），男，重慶奉節縣人，碩士，副教授，研究方向：程序設計語言及計算機基礎教育;劉雨露（1980—?），女，重慶潼南人，碩士，副教授，研究方向：數據庫原理及計算機基礎教育。