基于成果導(dǎo)向的程序設(shè)計(jì)類課程建設(shè)

張蕾，李艷梅，周文科，崔娟娟

摘? 要： 針對(duì)程序設(shè)計(jì)類課程存在的共性問(wèn)題，以“Java程序設(shè)計(jì)”課程為例，提出了基于成果導(dǎo)向教育理念的課程教學(xué)改革。根據(jù)學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，反向設(shè)計(jì)課程的教學(xué)目標(biāo);以案例為驅(qū)動(dòng)重新設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，借助信息技術(shù)實(shí)施翻轉(zhuǎn)式課堂教學(xué);以O(shè)BE理念構(gòu)建課程評(píng)價(jià)體系，為課程后續(xù)的持續(xù)改進(jìn)指明方向。實(shí)踐證明，相較以往的課程教學(xué)，基于成果導(dǎo)向的“Java程序設(shè)計(jì)”課程，教學(xué)效果有了很大的提升。

關(guān)鍵詞： 成果導(dǎo)向; Java程序設(shè)計(jì); 教學(xué)改革; 評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?文章編號(hào)：1006-8228（2022）01-113-04

Construction of outcome based programming courses

Zhang Lei， Li Yanmei， Zhou Wenke， Cui Juanjuan

（Guangling College， Yangzhou University， Yangzhou， Jiangsu 225000， China）

Abstract： Aiming at the common problems in programming courses， taking "Java programming" course as an example， this paper puts forward the teaching reform with the concept of outcome based education for the programming courses. The courses' teaching objectives are designed reversely according to students' training goal and graduation requirements; driven by cases， the teaching contents are redesigned to put flipped classroom into effect with the help of information technology; the course evaluation system is constructed with the concept of outcome based education to point out the direction for the subsequent sustainable improvement of the courses. Practice proved that compared with the previous course teaching， the teaching effect of the outcome based "Java programming" course has been greatly improved.

Key words： outcome based; Java programming; teaching reform; evaluation

0 引言

2013年6月，我國(guó)被接納為《華盛頓協(xié)議》簽約成員。2018年我國(guó)教育部發(fā)布了《普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》，其所遵循“以學(xué)生為中心”、“成果導(dǎo)向”和“持續(xù)改進(jìn)”的教育理念。隨著該標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施和專業(yè)認(rèn)證的推行，成果導(dǎo)向教育理念在國(guó)內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。該理念要求教師在教學(xué)前對(duì)學(xué)生畢業(yè)時(shí)應(yīng)達(dá)到的能力及水平有著清楚的認(rèn)知，并選擇適宜的教學(xué)方法、設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程讓學(xué)生達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)[1]。該理念提倡教學(xué)應(yīng)以學(xué)生為中心，根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求反向設(shè)計(jì)課程教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及教學(xué)評(píng)價(jià)模式等。這樣的教學(xué)模式更突出學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位，更關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)后所具備的能力，有利于創(chuàng)新型、應(yīng)用型、復(fù)合型人才的培養(yǎng)。

程序設(shè)計(jì)類課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)習(xí)的基石，是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維、程序設(shè)計(jì)能力、解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的重要途徑。然而，以往的程序設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)多拘泥于程序語(yǔ)言本身，缺少對(duì)學(xué)生科學(xué)思維能力的訓(xùn)練;課程的實(shí)踐教學(xué)多以糾錯(cuò)性實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，缺少綜合性和設(shè)計(jì)性內(nèi)容，實(shí)踐教學(xué)還停留在淺層教學(xué)，不利于學(xué)生利用綜合知識(shí)解決復(fù)雜問(wèn)題能力的培養(yǎng)[2]。

本文以《Java程序設(shè)計(jì)》課程為例，以成果導(dǎo)向教育理念為指導(dǎo)思想，反向設(shè)計(jì)課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)模式及評(píng)價(jià)等過(guò)程，為解決上述的實(shí)際問(wèn)題提供一些切實(shí)可行的方法。

1 成果導(dǎo)向教育對(duì)課程的要求

成果導(dǎo)向教育（Outcomes-Based Education，簡(jiǎn)稱OBE），是指以學(xué)生的產(chǎn)出為目標(biāo)來(lái)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施，對(duì)照學(xué)生預(yù)期學(xué)習(xí)成果并持續(xù)改進(jìn)教學(xué)過(guò)程。該理念強(qiáng)調(diào)學(xué)生預(yù)期學(xué)習(xí)成果的確定、通過(guò)什么方式幫助學(xué)生達(dá)到預(yù)期目標(biāo)以及達(dá)成度的評(píng)價(jià)[3]。

首先要考慮預(yù)期學(xué)習(xí)成果該如何確定。學(xué)習(xí)成果的確定要充分考慮國(guó)家、社會(huì)和行業(yè)、用人單位等外部的需求和期望，根據(jù)本專業(yè)畢業(yè)生五年左右應(yīng)達(dá)到的職業(yè)和專業(yè)成就確定專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，依據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)，細(xì)化畢業(yè)要求，并將畢業(yè)要求逐條地落實(shí)到具體的每一門課程中[4]。

培養(yǎng)目標(biāo)（Program Objective，PO）主要包括學(xué)生的知識(shí)、能力和素質(zhì)這三個(gè)方面。知識(shí)結(jié)構(gòu)包含：PO1—自然科學(xué)知識(shí)，PO2—專業(yè)知識(shí)。能力結(jié)構(gòu)包含：PO3—獲取知識(shí)的能力，PO4—分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，PO5—團(tuán)隊(duì)合作和組織管理的能力。素質(zhì)結(jié)構(gòu)包含：PO6—科學(xué)文化素養(yǎng)和職業(yè)道德，PO7—國(guó)際視野和創(chuàng)新精神。

以揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院為例，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)將培養(yǎng)目標(biāo)細(xì)分為12條畢業(yè)要求。Java程序設(shè)計(jì)課程支撐培養(yǎng)目標(biāo)PO2、PO4和PO5，支撐四個(gè)畢業(yè)要求。①GR1（能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)用于解決計(jì)算機(jī)及應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的復(fù)雜工程問(wèn)題）的指標(biāo)點(diǎn)GR1.2：掌握計(jì)算機(jī)工程基礎(chǔ)知識(shí)，了解計(jì)算機(jī)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的基本要求和基本方法。②GR2（能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識(shí)別、表達(dá)并通過(guò)文獻(xiàn)研究分析計(jì)算機(jī)及應(yīng)用領(lǐng)域的復(fù)雜工程問(wèn)題，以獲得有效結(jié)論）的指標(biāo)點(diǎn)GR2.2：針對(duì)分解后的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行表達(dá)和建模。③GR5（能夠針對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題，開(kāi)發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，包括對(duì)計(jì)算機(jī)及應(yīng)用領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題的預(yù)測(cè)與模擬，并能夠理解其局限性）的指標(biāo)點(diǎn)GR5.1：了解軟硬件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析等過(guò)程所需要的軟硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境與工具的最新發(fā)展，并掌握不同開(kāi)發(fā)環(huán)境與工具的性能、特點(diǎn)和使用方法。④GR9：能夠在涉及多學(xué)科交叉的團(tuán)隊(duì)中發(fā)揮個(gè)體專業(yè)特長(zhǎng)，并能迅速融合到團(tuán)隊(duì)中，具備團(tuán)隊(duì)協(xié)作理念和大局意識(shí)。

基于OBE反向設(shè)計(jì)的理念，根據(jù)課程支撐的培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，將課程的教學(xué)目標(biāo)確定為：CO1，掌握J(rèn)ava語(yǔ)言的基本概念和語(yǔ)法，了解面向?qū)ο蟮奶攸c(diǎn)，掌握類和對(duì)象、繼承、多態(tài)、重載、重寫等基本概念、含義和實(shí)現(xiàn)方法;CO2，掌握面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法，熟悉基本的算法，能根據(jù)問(wèn)題正確選擇、組合算法;CO3，搭建開(kāi)發(fā)環(huán)境、選擇工具，用Java語(yǔ)言進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā);CO4，培養(yǎng)計(jì)算思維、解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力;CO5，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任意識(shí)和表達(dá)交流能力，培養(yǎng)吃苦耐勞、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的精神。

《Java程序設(shè)計(jì)》課程內(nèi)容按知識(shí)點(diǎn)區(qū)別主要分為：CM1，Java系統(tǒng)環(huán)境概述;CM2，Java語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí);CM3，數(shù)組;CM4，字符串;CM5，面向?qū)ο螅篊M6，繼承與多態(tài)和CM7，高級(jí)應(yīng)用這7個(gè)模塊。各模塊內(nèi)容與課程目標(biāo)及課程支撐的培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求之間的關(guān)系如表1所示。

2 基于成果導(dǎo)向教學(xué)理念的課程教學(xué)改革

傳統(tǒng)的《Java程序設(shè)計(jì)》課程多是以老師講授程序語(yǔ)言語(yǔ)法點(diǎn)為主，學(xué)生演練為輔，課程的實(shí)驗(yàn)多是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，難度較低。這樣的課程設(shè)計(jì)讓學(xué)生把更多的精力放在了學(xué)習(xí)語(yǔ)言本身上，卻忽略了對(duì)學(xué)生計(jì)算思維、程序設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)[5]。為了改善這一現(xiàn)狀，依據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)，以成果導(dǎo)向教育理念為指導(dǎo)，本課程對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及教學(xué)模式都進(jìn)行了一定的改進(jìn)和創(chuàng)新。

2.1 案例驅(qū)動(dòng)式教學(xué)

依據(jù)課程的教學(xué)目標(biāo)及支撐的畢業(yè)要求，以“程序設(shè)計(jì)為主線，問(wèn)題為導(dǎo)向，案例為驅(qū)動(dòng)”為教學(xué)設(shè)計(jì)理念，重新梳理課程的教學(xué)內(nèi)容。將具體的實(shí)踐任務(wù)與課程理論知識(shí)的學(xué)習(xí)相結(jié)合，讓學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中理解程序設(shè)計(jì)的思路，從而提升學(xué)生的邏輯思維能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力。Java程序設(shè)計(jì)課程的內(nèi)容可以細(xì)分為五個(gè)部分：基礎(chǔ)語(yǔ)法、面向?qū)ο蟆⒗^承與多態(tài)、網(wǎng)絡(luò)編程和數(shù)據(jù)庫(kù)連接，網(wǎng)絡(luò)編程和數(shù)據(jù)庫(kù)連接是《Java程序設(shè)計(jì)》的高級(jí)應(yīng)用部分。具體的內(nèi)容及案例設(shè)計(jì)見(jiàn)表2所示。比如在講解數(shù)組查找、排序知識(shí)點(diǎn)時(shí)，將學(xué)習(xí)情景設(shè)定在本班同學(xué)學(xué)號(hào)姓名的查找、課程成績(jī)的排序方面，通過(guò)熟悉的查找、排序情景讓學(xué)生理解數(shù)組查找、排序的作用及日常應(yīng)用。比如，通過(guò)實(shí)際生活中的動(dòng)物分類的講解讓學(xué)生理解繼承的概念。同時(shí)，在講解課程內(nèi)容時(shí)，注重對(duì)相關(guān)算法、程序設(shè)計(jì)的講解，在解決問(wèn)題的過(guò)程中讓學(xué)生掌握程序設(shè)計(jì)的一般過(guò)程。

2.2 翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué)

翻轉(zhuǎn)課堂起源于2007年的美國(guó)科羅拉多州落基山，是由林地公園高中的兩位化學(xué)教師Jon Bergmann和Aaron Sams開(kāi)創(chuàng)。翻轉(zhuǎn)課堂是一種教學(xué)手段，它借助信息技術(shù)手段改變了傳統(tǒng)的教學(xué)形式：將知識(shí)的學(xué)習(xí)放在了課堂外，課堂內(nèi)主要完成知識(shí)的內(nèi)化。在這樣的教學(xué)模式中，教師的角色由內(nèi)容的呈現(xiàn)者轉(zhuǎn)變?yōu)榱藢W(xué)習(xí)的教練，通過(guò)多種方式引導(dǎo)學(xué)生成為更好的學(xué)習(xí)者。Java程序設(shè)計(jì)課程是程序設(shè)計(jì)類課程，除了講授語(yǔ)言本身的知識(shí)以外，課程教學(xué)的重點(diǎn)應(yīng)該放在訓(xùn)練學(xué)生思維能力、提高學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力方面。顯然，知識(shí)灌輸式教學(xué)是達(dá)不到這樣的目標(biāo)。因此，Java程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)采用了翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式。

課前，教師將制作好的教學(xué)視頻、課件、教學(xué)案例、參考資料等資源上傳到網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)供學(xué)生們學(xué)習(xí)。為了引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探究、合作交流，在課前的任務(wù)中設(shè)置了一系列相關(guān)的問(wèn)題及項(xiàng)目，讓學(xué)生合作完成。課堂內(nèi)，教師主要針對(duì)課前學(xué)習(xí)存在的問(wèn)題及項(xiàng)目與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)交流，并強(qiáng)化訓(xùn)練實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的內(nèi)化。翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué)混合了直接講解與建構(gòu)主義學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，它真正地讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，有效地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。

3 OBE達(dá)成度計(jì)算

培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求的指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成度評(píng)價(jià)依賴于課程目標(biāo)的達(dá)成度，課程目標(biāo)的達(dá)成度依賴于課程的評(píng)價(jià)方式[6]。Java程序設(shè)計(jì)課程的評(píng)價(jià)主要由期末考試、平時(shí)實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)三個(gè)方式來(lái)衡量，其對(duì)應(yīng)的達(dá)成度計(jì)算如表3-表5所示。筆者以2021年春學(xué)期的Java程序設(shè)計(jì)課程實(shí)踐的數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明課程OBE達(dá)成度的計(jì)算方法。

為了讓學(xué)生掌握面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的方法，訓(xùn)練學(xué)生的思維能力，期末考試的試題主要是以程序填涂、程序設(shè)計(jì)題為主，平時(shí)的實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)多是以設(shè)計(jì)型、綜合型、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)為主。在各個(gè)環(huán)節(jié)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，可以得出課程達(dá)成度評(píng)價(jià)，并為課程后續(xù)的持續(xù)改進(jìn)指明方向。課程達(dá)成度評(píng)價(jià)具體情況見(jiàn)表6。

4 結(jié)束語(yǔ)

自從2018年Java程序設(shè)計(jì)課程進(jìn)行了基于成果導(dǎo)向理念的教學(xué)改革，相較于以往的課程教學(xué)，課程的教學(xué)效果有了很大的提升，課程的OBE達(dá)成度從原來(lái)的78%上升到了85%以上，學(xué)生的實(shí)踐能力得到了很大的提升。將成果導(dǎo)向教育理念應(yīng)用于程序設(shè)計(jì)類課程有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，讓學(xué)生真正地成為學(xué)習(xí)的主人，極大地提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力。

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