基于OBE的程序設計基礎課程的混合式教學改革

摘" 要" 針對以往程序設計基礎教學中的問題，從教學模式、教學內容、教學方法、考核方式四個方面對原有的教學方式進行基于OBE理念的混合式教學改革。教學過程中，以成果為導向，以學生為中心，借助MOOC+SPOC教學平臺、云班課以及PTA測試平臺等現代化教學工具，采用課前課后線上教學，課中線下教學的方式，加大學習的過程性考核。從近3年的實施情況來看，基于OBE的混合式教學方式取得了良好的教學效果。

關鍵詞" OBE；程序設計基礎；混合式教學；翻轉課堂

中圖分類號：G642.0" " 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）03-0090-04

0" 引言

程序設計基礎課程是大學本科計算機技術和軟件工程等專業的核心課程，其重點在培養學生的編程能力和創造能力，具有很強的實踐性和應用性。由此，其對于工程人才的培養至關重要[1]。然而傳統的程序設計基礎在教學模式、教學方法、教學內容上和工程人才的培養目標嚴重脫節，其在教學過程中只注重基本語法的講解，學生被動接受，考核方式過于單一，且缺乏工程實踐和創新能力的考核，勢必造成學生的專業能力與市場需求嚴重脫節[2-3]。

近年來，MOOC、SPOC、PTA在線測試平臺等教學方式的創新和發展，為程序設計基礎課程的教學改革提供了更多的可能性[4-6]，基于OBE的教學理念，通過線上線下相結合的模式，從教學的模式、方法、內容、考核等方面實現多維度的混合式教學，可以提升學生學習的主動性，使其專業能力得到質的提升[7-8]。

1" 傳統程序設計基礎課程教學中存在的問題

1.1" 教學模式陳舊，與專業人才的培養目標不符

在傳統的程序設計基礎教學中，由于課時的限制，教師在教學過程中很難進行知識的拓展和深入，知識結構松散，學生在學習過程中過于注重某些語法細節，而缺乏如何從整體上理解和分析實際問題，獲得解決問題的相應步驟。因此，學生難以解決現實中較為復雜的問題，缺乏靈活應用知識的能力，這與工程人才的培養目標存在較大的差距。教學過程中，學生難以成為學習的主體，缺乏軟件開發人員應當具備的基本素質，缺乏工程文檔的編寫能力，缺乏團隊合作意識。同時，教師難以提供個性化的教學服務，難以做到真正意義上的因材施教。

1.2" 教學內容局限于教材，不利于培養學生的創新能力

以往的程序設計基礎教學中，教師過于強調教材內容的教學，雖然也在不斷強調實踐教學環節，但實踐內容和實踐方式并不能提升學生的創新能力，絕大部分的實驗內容只是教材中現有代碼的輸入和驗證，學生缺乏對于現實中具體問題的抽象以及深層次的理解，只能在既定框架內完成對應的實驗，只是淺層次地理解語法或知識點，不能從工程角度來理解實驗內容，更不能從科學研究的角度來使用編程語言解決問題，導致所學內容和解決問題的方法都缺乏創新。

1.3" 教學方法單一，課堂沉悶，學生學習主動性不足

在以前的教學過程中，強調以教師為中心，學生按照教師的要求完成學習，整個教學中以理論灌輸為主，學生被動接受，而且教學環節中缺乏必要的溝通，教師既不能精準了解各個學生的學習情況，學生也無法及時向教師反映學習中的困惑，長此以往，很難調動起學生學習的主動性，由此難以取得良好的教學成效。

1.4" 考核方法不科學，不能全面評價學生的學習

傳統的程序設計基礎教學中未能建立完善的學習過程性考核和監督機制，教師只能通過批改作業來了解學生的學習情況，而這一過程需要消耗教師大量的時間和精力，且很難做到過程的追蹤和回溯。由于教師不能實時了解學生對于課程的學習情況，缺乏相應的統計數據，教師很難及時進行教學上的調整，因此難以提升此課程的教學質量。并且在以往教學中，只強調考試成績，并不認同學生的編程競賽和創新創業成果，因此不能全面整體反映學生的編程、創新以及組織能力，這與工程認證中的考核指標點并不完全吻合。

2" 以OBE為導向的混合式教學改革

以OBE為導向的混合式教學依賴信息技術、移動互聯網、教學輔助平臺以及開發工具的支持。這些技術服務于教師的學習過程的引導和監督，學生的便利化的學習方式，與之順應的教學模式、教學內容、教學方法、考核方式都要作相應改革和調整。

2.1" 教學模式的改革

程序設計基礎課程采用“課前線上+課堂線下+

課后線上”的線上線下混合式教學模式。線上的教學資源建設包括：知識點的微視頻、課件資源、自動化評測系統（PTA平臺）、綜合案例庫、課程討論區、應用及研究項目等。

整個教學過程以學生為中心，教師進行相應的督促和引導。學生課前根據教學任務完成微視頻的自主學習，并進行測試，課中教師根據平臺測試的統計數據對重點難點進行講解，課后通過研究項目、工程任務和實驗任務驅動學生在動手過程中真正理解和運用各知識點，教師通過討論平臺指導學生拓展課外知識，實現個性化教學。圖1給出了混合式教學的實施方法。線上及線下教學的側重點不同，線上教學是學生自主完成初級的知識點的學習，以及高階的應用項目和科研項目的拓展；線下教學完成難點重點的解答，項目中關鍵點的講解等。

筆者目前選用的是“云班課”系統實現輔助教學，同時使用浙江大學開發的PTA（拼題A）測試化平臺，完成作業及實驗的自動化測試，“云班課”可以進行課前學習任務的布置，課堂知識點的測試，并且提供討論區，教師能精準獲得學生的學習態度以及學習情況，其中的“頭腦風暴”部分可以對于開放性問題進行相應的討論，起到批判思維和創新思維的培養。PTA測試化平臺可以進行課后知識點以及實驗內容的自動化評測，平臺能很大程度地減輕教師布置和批改作業的工作量，其統計分析數據也能幫助教師了解學生對于各知識點的掌握情況。

2.2" 教學內容的改革

程序設計基礎的教學內容應當符合軟件工程實際開發流程和規范，由此包括了對于現實問題的抽象化，如何建立對應的數學模型，并且通過步驟化的方式描述出來，最終使用編程語言進行實現，其中還包括代碼的書寫規范，開發文檔的撰寫。若一味強調語法上的細節，勢必造成學習過程中“只見樹木不見森林”的現象，與學習的最終目的不吻合。

教學過程中應以工程項目為主軸，學生在項目實踐和應用實驗中記住語法和各知識點，這樣既能培養工程思維，同時能強化對于語法細節的記憶。其中的基本知識點可以通過短視頻的方式，提前進行線上的學習，而線下進行重點和難點的解答以及項目的擴充與討論，從而實現高層次的培養目標。

2.3" 教學方法的改革

教學改革中，從之前以教師為主體的“填鴨”講授式的教學方法，轉變成以學生為主體的教學方法。這一新的教學方法，包括討論式、情景式以及競賽辯論式等方法。在開展教學過程中，學生以學習小組為單位，對于實踐案例和實驗項目進行小組討論，并且在單元學習完畢后共同完成學習報告或思維導圖。教師在教學中弱化具體語法細節的講述，而是作為各活動的發起者、引導者和協調者。教師提前準備好討論的主題，進行情景的設定，準備案例素材和實驗內容，并且對于學習小組中難以解決的問題進行解答和適當協調，在組織中可以采用各組互評方式，學生可以在評價中看到自身的不足，同時也能進行思想的碰撞，形成頭腦風暴，提升學生的創新意識。

表1以C語言中“結構體”章節為例，說明以OBE為導向的混合式教學的具體開展和實施。“結構體”是C語言課程中的重點和難點，很多學生難以理解結構體的概念，以及如何使用結構體來提升程序邏輯上的統一，下面從線上、線下以及單元測試與解答來進行教學設計。

2.4" 考核方式的改革

基于OBE的教學是以學生的預期學習成果來進行組織的，也是最終成績評定的依據。這些成果包括學生獲取的知識、能力和專業素質。由此，評價體系不應再是傳統的考勤、課堂提問、作業和考試。新的評價體系是構建在學生能力的測評之上的，這一能力不是單指對于基本語法的掌握，更需要體現解決實際問題的能力，創新能力，精益求精的工匠精神以及終身學習的態度等方面。由此，需要從以往的以期末考試為主的考核方式，轉變為以學習的過程性考核為主，并且需要引入能從不同側面體現其綜合能力的成果的認定。

借助于現有的教學平臺的在線學習統計分析工具可以從多個角度來進行學習的過程評價和學習效果的反饋，例如：微視頻的觀看時間、學習資源的下載情況、在線測試的完成情況、討論區的發帖和回復情況等多個角度獲得各個學生的學習行為以及學習效果。同時在成果認定中，可以將各層級的編程比賽的參與情況，以及得獎情況作為認定的考核成果，培養“以賽促學”的學習氛圍。

3" 教學成效

自2019年秋季學期開始，廣西科技大學計算機科學與技術學院軟件工程專業引入基于OBE的混合式教學，學生的學習方式從被動接受轉變為主動學習、主動探索，取得了較好的成效。

3.1" 課程達成度的提升

課程達成度能客觀反映出學生的學習情況，以及對最終畢業目標的支撐程度。表2為本課程目標對于畢業要求的支撐。

課程的總評成績包括：平時成績（40%）+線上綜合測試（20%）+期末閉卷考試（40%）。平時成績的獲得主要依照學生在慕課、云班課和PTA測試平臺上對于基本概念、編程練習的測試情況，各學習活動中獲得的經驗值，以及參與學科競賽或活動情況除權獲得。線上綜合測試借助于PTA平臺進行相應測試。表3給出了采用混合式教學后，學生學習成效的提升情況，其中只有2018年采用的是傳統教學方式，考核以筆試為主，占70%，另外30%主要來自考勤和平時作業。后續的3年中逐步引入和完善混合式教學。通過對比可以得知，基于OBE的混合式教學很大程度上激發了學生學習的主動性，并且獲得了良好的學習成效。

3.2" 實踐能力和創新能力的提升

由于自動化測試化平臺PTA的引入，有效地解決了以往學生實驗課時有限，動手能力不足的問題，未引入混合式教學之前，實驗課為32課時，實際執行中，學生很難做到每個課時完成1項實驗，并且教師很難獲知每個學生具體完成情況，因此，難以對實驗中的難點進行講解，引入PTA平臺后，教師可以提前布置好實驗任務，學生需要在規定的時間節點前提交，學生的實踐環節不再局限于實驗課中完成，實驗測試完畢后，教師能馬上獲得每個實驗內容的統計分析數據，能對實驗中的問題有針對性地講解，這真正意義上做到了翻轉課堂，教師能獲知學生的實際掌握情況，做到教學上的有的放矢。由于實踐能力的提升，以及考評方式的多樣化，極大地促使學生參與學科競賽以及大學生創新創業項目的申報。近年來學生積極參與各層次的編程比賽，互聯網+比賽，并且主動組隊申報大學生創新創業訓練計劃項目。表4給出了軟件工程專業近年來的編程大賽獲獎情況和各學科項目申報情況，其中2018—2019年度的培養方案仍是按傳統的教學模式，后續的3個年度逐步引入和完善基于OBE的混合式教學模式。

4" 結束語

廣西科技大學計算機科學與技術學院從2019年秋季學期開始，首先對軟件工程專業中的程序設計基礎以及數據結構兩門課程進行了教學改革，采用了基于OBE的混合式教學模式，通過3年多的教學實踐以及經驗的總結，取得了良好的教學效果，其中大的成效包括學生從被動的學習轉變成了主動學習，創新意識增強，主動參與學科競賽，從達成度的比較可以看出，學生的整體學習效果有了很大的提升。

混合式教學得益于教學理念、教學模式的轉變以及教育技術的支持，學生能便利地獲取學習資源和及時有效的評測，教師既能獲得學生整體的學習情況，同時也能知道具體每個學生的學習過程，能實現學生學習過程的可回溯性，能真正做到因材施教。雖然混合式教學成效顯著，但也存在一定的限制條件，例如，教學平臺初期的建設需要教師花大量的時間和精力，平臺中的測試只能實現客觀問題的自動化評測，平臺中對于開放性問題的討論仍需要教師花很大精力來引導和回復。但根據專業工程認證的規范要求，從總體而言基于OBE的混合式教學極大地提升了學生的學習效果，提高了教師的工作效率，對于實施過程中的不足，需要在今后的教學實踐中進一步優化和提升。

5" 參考文獻

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