OBE與CDIO融合的Python程序設計教學模式研究

蘭添才　陳振武　黃婧　鄭漢垣

摘? 要： 借鑒OBE教學理念并結合CDIO教學模式，對非計算機專業Python程序設計課程開展教學理念、模式、方法的改革。融合傳統的線下教學與線上教學方式，從知識分解、階段設計、內涵組織、資源整合、授課方式和效果評價等方面進行探索研究。實踐結果表明，該教學模式可以將教與學融為一體，豐富編程課堂教學氛圍，激發學生的學習興趣并有效地提升教學質量。

關鍵詞： OBE理念; CDIO模式; 非計算機專業; Python程序設計; 教學質量

中圖分類號：G642? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1006-8228（2022）03-98-03

Abstract： Drawing on the OBE teaching concept and combining with the CDIO teaching model， reform on the teaching concepts， modes and methods is carried out for Python programming course of non-computer specialties. By integrating traditional offline teaching and online teaching methods， the knowledge decomposition， stage design， connotation organization， resource integration， teaching methods and effect evaluation are explored and researched. The practical result shows that the teaching mode can integrate teaching and learning， enrich the teaching atmosphere of programming classroom， stimulate students' interest in learning and effectively improve the teaching quality.

Key words： OBE concept; CDIO mode; non-computer specialty; Python programming; teaching quality

0 引言

近年來由于計算機基礎應用編程不斷在社會各行各業得到廣泛應用，促使諸多高校針對非計算機專業的在校學生開設程序設計課程[1-2]。

CDIO（Conceive Design Implement Operate）強調以學生為教學中心主體、將“做中學”與“基于項目教與學”結合、對學生進行主動學習引導，并采用多元的傳統與現代技術相結合的教學手段[3，4]。

OBE（Outcome-Based Education）則是一種通過預定學習效果，反過來組織、實施與評價教學過程合理性的工程教育理念模式，為應用型人才綜合素質與能力培養、卓越工程教育體系的建立與改革提供良好的指導方向[4]。王慧等人利用這種模式，對高校Java程序設計課程教學進行改革，提出了編程課程改革實施可分解為編程基礎能力、提升編程能力與高級應用設計能力三個階段[5]。

本文針對非計算機專業學生的計算機理論、編程技能薄弱的特點，將OBE教育理念與CDIO學習模式融合，分模塊地將抽象、難懂的程序設計知識，因材施教地轉化成為學生容易理解掌握的知識點，并選擇Python課程進行實際教學應用實踐。

1 基于OBE與CDIO的課程知識分解

在傳統教學模式中，教師針對計算機程序設計課程的教學普遍采取自我為中心的“一言堂”[6]的形式授課，學生難以對抽象編程理論知識理解掌握，易產生厭學情緒[7]。本文將Python知識點進行CDIO分解為四個階段模塊，建立課程教學內容與分層結構[8-9]，如圖1所示。驅動案例分別以求解一元二次方程ax2 +bx+c=0（基礎模塊）、學生綜合積分管理系統（課后項目實踐及擴展項目模塊）為例。

⑴ 編程基礎模塊（基礎知識能力），結合編程方法，如語言描述、流程圖、代碼實現等，指導學生明確程序設計的基本思路及關鍵點，尤其是代碼實現的講解與演示。

⑵ 案例驗證與實現模塊（基礎能力驗證的實踐），要求并鼓勵學生積極主動利用實驗課和課余時間進行相應編程基礎訓練，完成第一模塊提出的各種操作案例任務要求。

⑶ 課后項目實踐模塊（提升編程能力），由于不同學生的邏輯思維、知識接受能力都是不盡相同的，遵循OBE理念依據不同情況制訂相應的項目內容，對學習效果較好的學生進行初步的擴展項目訓練，以鞏固在第1、2模塊學習中獲得成就感與信心。

⑷ 課后總結與擴展項目模塊。高級應用設計能力培養，要求每位學生完成對問題求解過程的語言描述、流程圖、fChart方式及Python編程;引導學習能力強的學生將基礎能力與擴展項目進行知識點對接，并進一步完成面向對象程序設計基礎及擴展項目（如學生綜合積分管理設計）的學習，從而進一步提高學生對編程能力、知識的學習興趣。

2 階段教學實例

傳統的教學模式，任課教師針對程序設計教學引入的實例一般都僅僅是一些與課程相應環節有關的示例程序或語句，缺乏互動性與應用性[10]。本文改革教學模式實施以“fChart流程圖方式+程序設計”框架實例分解教學階段的實際操作，以求解一元二次方程：ax2+bx+c=0分級編程中的循環結構為例進行CDIO。

⑴ Conceive，將fChart可視化程序設計基礎與Python結合起來，要求學生利用fChart表達出循環結構（If-then、while-loop、do-while-loop、For-loop）的流程圖。

⑵ Design，引導學生如何依據流程圖進行語言描述：

輸入a，輸入b，輸入c

輸入數據的可能性：

① a==0，則一元二次方程就簡化為：bx+c=0、x=-c/b

b==0，則輸出”無解”，否則輸出”x=”， -c/b，即輸出”x=”，x

① a<>0

d=b*b-4*a*c

d<0? 則輸出“無解” （若要寫有解，則為復數解）

否則 x1，x2=（-b±sqr（b*b-4*a*c））/（2*a）

輸出”x1=”，x1

輸出”x2=”，x2

⑶ Implement，引導學生理解流程圖的設計與程序實現的對應關系，分析流程圖設計的不合理或錯誤與可能產生程序問題的關系。

⑷ Operate，要求學生對照流程圖與語言描述，實現ax2+bx+c=0求解的代碼編寫。

3 應用實踐

3.1 線上+線下教學模式

⑴ 創建SPOC（小型在線學習課程）。利用學習通平臺為學生提供學習資源、建立小型的在線學習交流、績分制（獲得在線學習績分按一定比例列入課程成績總評）;

⑵ 在線學習。學生充分利用在線平臺的資源來自主學習與反饋，教師根據學生在線學習狀況，進行有的放矢的線下課堂精講;

⑶ 課堂精講。通過在線學習與輔導，適時掌握學生的學習動態，為線下教學提供依據;

⑷ 在線訓練。學生通過線上、線下學習后，還要完成課后習題及實驗操作，以達到對編程理論知識與技能的有機理解與掌握。

3.2 教學效果分析

選擇新媒體專業的不同年級（2015級48人、2017級40人）、同年級不同班級（2019級一班35人、二班35人）進行教學效果對比，前者實施普通線下教學模式，后者則融合OBE與CDIO并采用線上、線下結合教學模式。課程總評成績按平時成績占10%、階段性考核（三次）成績占15%、實驗操作成績占15%、期末終結考核成績占60%。

⑴ 不同年級教學效果統計見表1。

⑵ 同年級不同班級教學效果統計見表2。

分析表1、表2，可以明顯看出：

① 融合OBE與CDIO教學模式的課程總評平均成績要優于普通教學模式;

② 各部分成績的高低，均與學生的考勤成績存在相關性;融合OBE與CDIO模式的實驗成績不及格率降到零，體現了學生編程操作的能力明顯優于普通教學模式。

⑶ 調查問卷。

針對已修讀（包括必修、選修或公共選修）本課程的2017、2018、2019級的180名在校學生及往屆已畢業的120名學生通過網絡問卷調查，統計結果分析如下：

① 對300名學生問卷調查的結果分析，可以發現53%的學生認為線上+線下結合授課方式更適合編程教學，75%的學生認為問題+成果導向（即OBE）對自己的學習幫助很大，81%的學生對編程案例教學較滿意并認為對學習很有幫助，89%的學生認為fChart可視化編程與代碼設計結合使編程知識更容易掌握;

② 120名畢業生中，75%學生認為非計算機專業學生也應該學習編程知識，18%的畢業生表示從事與編程基礎知識無關的工作。

4 結論

通過OBE與CDIO融合的教學模式，可以大大提高非計算機專業學生的主動學習與應用問題的Python編程求解能力的教學效果，具有一定的推廣應用意義。當然，該教學模式推廣應用首先需要建立對應課程的足夠豐富、形式多樣的資源（如案例、習題、討論主題等）及內容的智能推送、課程考核體系的智能化等，才能取得教學效果的最大化。

參考文獻（References）：

[1] 杜芳芳，趙錦東.非計算機專業程序設計課程教學的探索和實踐[J].教育與職業，2010（26）：136-137

[2] 徐曉飛，丁效華.面向可持續競爭力的新工科人才培養模式改革探索[J].中國大學教學，2017（6）：l3-l7

[3] 杜博.基于CDIO的C語言程序設計課程教學的改革與探索[J].微型電腦應用，2018，34（3）：67-68

[4] 周杰，黃小卉.試論OBE理念下工程教育專業人才培養方案的改革研究[J].內蒙古師范大學學報（教育科學版），2018，31（9）：13-18

[5] 王慧，李雷孝，邢紅梅.基于OBE理念的Java程序設計課程教學改革探索[J].計算機教育，2020（2）：54-57

[6] Yang Fu-rong.Thoughts on interactive teaching[J].ITApplication in Education Sector，2012（4）：215

[7] 張軍，吳荻，肖曉強，等.改進互動教學方式，提高教學質量的探索——論高?！队嬎銠C程序設計》教學改革[J].計算機工程與科學，2014，36（S1）：191-194

[8] 冉娟，張鋼.獨立學院非計算機專業Python程序設計課程教學改革探索[J].計算機教育，2017（9）：15-20

[9] 嵩天，禮欣，黃天羽.Python語言程序設計基礎（第2版）[M].北京：高等教育出版社，2017

[10] Xiao Li-min，Ruan-li，Zhu Ming-fa.Study on the teaching method of system virtualization[J].Computer Education，2010（13）：64-65

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