OBE 理念下程序設計基礎教學實踐研究

熊啟軍　程格平

摘要：針對程序設計基礎這一計算機專業核心基礎課程，大力推行課前基于MOOC或SPOC的自主學習，課中的實例演示、類比、啟發、翻轉式教學，課后積分和拓展式的練習、測試、競賽、項目、論文等，這種“三課”聯動的教學模式真正實現了以學生為主體、以成果為導向的OBE教學理念，實現了基礎、應用、拓展、創新的教學常態，從而提高課程目標達成度。

關鍵詞：OBE；程序設計基礎；教學實踐；研究

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）13-0162-04 開放科學（資源服務）標識碼（OSID） ：

0 引言

OBE（Outcomes-based Education） 教學理念最早出現于美國和澳大利亞的基礎教育改革，流行于20世紀80年代到90年代早期的美國教育界[1]；國內最早的OBE文獻出現在2003年，文中提出了OBE理念包含兩個目標、三個假設和四個原則的觀點[2]。

近年，隨著MOOC和SPOC教學的普及、線上線下混合式教學的開展，特別是工程教育認證的興起，OBE理念越來越受到各級各類學校的重視，這些教學模式再融合“三全育人五育并舉”、思想政治教育等，則能更好地詮釋新工科、服務于“兩性一度”，有益于修訂和完善課程的教學方案、專業的人才培養目標和學校的辦學定位和特色，有利于創建一流課程、一流專業、一流大學。

1 課程教學方案變遷

程序設計基礎課程是計算機專業的核心基礎課程。其學習習慣和方法、學習效率和效果對后續課程、專業學習、專業發展、就業和擇業存有直接關聯甚至決定性作用。其課程內容既有程序設計的基本理論，又有計算機操作的實踐技能，其理論與實踐兩者剛柔并濟、相輔相成、缺一不可。

因此，程序設計基礎課程的教學設計和實施尤為重要。其教學方案在設計時可能存在多種選擇：如課程所選用的教學編程語言是C、C++、Java或Python，課程性質設定為學位課還是非學位課，開課學期是大一的上學期還是下學期，課程學時及內容安排是分一個學期還是兩個學期（分段教學），授課是一師一班、還是一師多班或多師一班，授課方式是線上線下混合式教學還是僅線下教學，作業或實驗報告是電子稿還是紙質稿，考核方式是紙質試卷還是無紙化機考，課程考核總評成績中各部分所占比例等。

目前，湖北文理學院的程序設計基礎是以C語言為教學語言，講述程序設計所涉及的基本概念、基本算法、程序設計方法以及程序調試技能等；實現從數學思維向程序思維、函數思維、計算思維的轉變；為后續的數據結構、面向對象程序設計等課程做鋪墊。 程序設計基礎設定為學位課、開課時間是在大一的第二學期、實行一師一班線上線下混合式教學、在PTA平臺進行無紙化實驗（刷題）和機考，且在課程結束后開設時長為2周的程序設計課程設計，以加深和鞏固程序設計知識和技能的綜合應用。

程序設計基礎的教學，整體上以OBE教學理念為核心，以理論夠用、重在實踐為準則，融于雙育人為特色。

2 基于OBE 的教學設計

2.1 設計課程目標

程序設計基礎以教授為課程組組長、以副教授和高級實驗員為成員構成強力課程團隊，以OBE理念為核心開展課程的教學、建設和研究。

制定基于OBE的課程教學方案，從OBE理念角度看待教學目標，課程目標-畢業要求關系矩陣如表1 所示。

從雙育人角度看待課程的目標分類、具體內容和實現途徑，如表2所示。

2.2 實現課程目標

OBE教學理念強調人人都能成功，強調個性化評定，強調精熟，強調績效責任，強調能力本位[3]。基于此，通過以下6方面實現課程目標。

1） 課前自主學習。依托學校與超星公司合作的網絡教學平臺，程序設計基礎課程組建立了線上SPOC課程，內容包括文本的知識點及目標、SPOC視頻、章節測試題、思考討論題等。學生可通過電腦端（網頁）或手機端（學習通）實現碎片式預習、問答、自測等，通過在線自主學習可預習相關知識的基本概念和原理，為課堂有的放矢、更深入地學習提供基礎；教師可以隨時查看班級整體和個體的學習進度、學習效果，也可以與學生進行交流互動；平臺具體的統計分析功能包括：章節學習次數、章節測驗、成績管理、教學預警、課堂活動、課程積分、作業統計、考試統計等，通過這些數據便于針對整體和個體開展監督性、個性化教學。

平臺內容上還提供參考教材和他校的SPOC或MOOC網址，以適合個體的個性化自主性學習。

課前自主學習成績將作為課程總評成績的重要組成部分。

2） 課中混合式教學。課堂教學是當前我國大學教學的主要手段。在課堂教學中針對學情、知識點的不同實施不同的教學方法，整體呈現多種教學方法混雜融合的特點。

在介紹Ｃ語言程序框架時，主要使用講授法、演示法以及對比法，強調主函數main原型的標準格式，也指出不同編譯器允許main原型可變的差異性；在講授IDE 的使用方法時，主要使用演示法、SPOC 視頻（便于學生課外更詳細地對照練習）；在講述程序編譯語法錯誤時主要使用實例法，通過故意設置錯誤，引導學生根據錯誤信息來定位錯誤位置；針對學生閱讀英文的困難，提示其根據英文單詞的構詞規則、特殊詞語來確定錯誤性質，從而快捷地進行錯誤修正。

在講述選擇結構、循環結構程序設計時，強調程序代碼嚴格按照縮進格式進行書寫；一題多解時，強調不同算法的共同點和具體代碼的差異性；在理解代碼段功能時，強調“三動”學習法[4]；在講述基本算法時，強調一般規律，如求和、乘積、計數、模運算、假設等。

在講述查找、排序時，注重用一句話概括不同算法的本質及其精髓；在講述函數、結構體時，強調抽象和概括能力、模塊化思維和全局觀念，還可以適時融入課程思政。

在程序設計基礎的課堂教學過程中，實例演示法貫穿始末，不僅能使學生跟隨教師現場思考、編程，還能檢查和監督錯誤、交流互動，從而提升學生的參與度、活躍課堂氣氛。

常用的教學方法還有啟發式、遞進式、翻轉式教學，如在講述了使用switch-case語句、模運算實現“某年某月某日星期幾”之后，提出“依照三天打魚兩天曬網的規則，判斷某年某月某日漁夫在干啥”問題；講述了整數分離和重組后，引申出“數學黑洞”問題；講述了“約瑟夫環”問題后，變化出“猴子選大王”“紅黑球的放置”問題；講述了“斐波那契（Fibonacci） 數列”后，將其應用到“爬樓梯”問題等。從而引導學生去尋找問題的雛形、達到舉一反三的效果。這些方法的應用、這些實例的演繹既有知識性又有趣味性更有應用性和拓展性。

3） 課后創新性教學。在大學擴招、普及高等教育、重視思政教育以及綜合素質等多方面因素的影響下，很多課程的課內學時都被壓減，學生必須自主增加課外學時。像前面的衍生題、拓展題都需要學生在課外完成，通過大量的課外練習來鞏固相關知識點，熟能生巧、舉一反三、推陳出新，可以誕生一些創新性的解題算法。如“將百分制成績轉換成五級制成績”

通常的算法是使用嵌套的if-else或者switch-case來實現，更加短小精悍的算法則是使用字符串常量、模運算、哈希存儲來實現，具體算法如下：

char* Level="ABCDE";

scanf（"%d"，&score）;

if（score>=90） printf（"%c＼n"，Level[0]）;

else if（score<60）printf（"%c＼n"，Level[4]）;

else printf（"%c＼n"，Level[9-score/10]）;

上面的算法還可以精簡，主要是改變字符串常量描述的等級代號，即將100分所屬等級添加進字符串常量中。具體算法如下：

char* Level="AABCDE";

scanf（"%d"，&score）;

if（score<60）printf（"%c＼n"，Level[5]）;

else printf（"%c＼n"，Level[10-score/10]）;

還可以對字符串常量進行補充、擴展，從而消除if-else語句，通過“以空間換時間”的思維來進一步精簡算法。詳細算法如下：

char* Level="AABCDEEEEEE";

scanf（"%d"，&score）;

printf（"%c＼n"，Level[10-score/10];

上面使用三種方式解答同一問題，既體現了知識的靈活應用、也展現了不同算法的效率、更展示了前后知識的融會貫通、靈活應用。

這三個算法雖然都使用了字符串常量、模運算、簡單的哈希存儲、但層層深入、逐步遞進、算法精簡，既體現了知識的綜合應用、一題多解，又將哈希存儲與后續的“數據結構”課程聯系起來了。這既是知識的前瞻性鋪墊也是知識的拓展性應用。

4） 增加專題講座。對于大一學生來說，存在多方面的因素影響程序設計能力的提升：一是以前基本沒有接觸過編程，對他們來說是一門嶄新的學科，可謂“萬事開頭難”；二是程序設計算法雖源于數學、但又能照搬數學，存在著從數學思維向編程思維的轉變，而思維模式可能需要較長時間來適應、模仿和轉變；三是大學的學習方式與中學不同，大學階段強調學習的自主性和自律性，而不是監督式或壓迫式學習；四是專業課課內學時普遍縮減，需要學生管理和利用好課外時間。這些問題都需時間、練習來解決，增加課外學時、開展專題知識講座是非常必要的。依據學情和教學進度設計了5個專題講座，如表3所示。

專題講座選用典型例題以講授法和演示法為主進行教學，且錄制成視頻、上傳到學校網絡教學平臺以供學生學習。

專題講座既彌補了課內學時的不足，又對課堂知識進行了必要的補充和拓展，還加強了課程之間的關聯（如近似計算與高等數學中泰勒公式、導數與切線斜率的關系），可謂一舉多得。

5） 增設課程設計。程序設計基礎課程所涉及的知識點多、繁、雜，學生普遍存在“三難”，即難學、難用、難創[5]。一般來說，教學重點放在基本控制結構、數組和函數，而結構體和結構體指針則是教學的中的難點和非重點，但是，程序設計基礎課程的難點在后續的“數據結構”中成為基礎技能甚至是每日必用知識。因此，“課程設計”應運而生，其目的是鞏固基礎、解決難點，也是為了解決課程間的銜接問題、知識應用的問題，以及順勢來“創”。

“課程設計”的題目常選用耳熟能詳的游戲設計、信息管理系統設計，其囊括的知識包括數據抽象組織和存儲（數據類型定義）、文本菜單設計（循環）、功能實現（函數）、數據存儲（文件），可謂是對知識掌握程度和綜合應用能力的檢驗。課程設計常采用項目式教學，學生分角色、團隊合作完成，從而體現出既合作又獨立、既展現團隊協作精神又充分發揮學生個性化特色。

對于優秀的課程設計，經教師指導、反復打磨，申報大學生創新項目或者撰寫成論文發表到相關的專業期刊上。

6） 競賽和創新成果。教師多次參與CPEC（中國計算機實踐教育學術會議）實驗案例設計競賽并獲獎，加強了校際的交流。教師鼓勵和指導學生參加大眾化競賽——藍橋杯全國軟件和信息技術專業人才大賽，近幾年獲得省級獎和國家級決賽獎的人次不斷增多，也說明了OBE教學理念對教學效果的提高作用；也鼓勵和資助不同年級學生組隊參加“CCF CAT-全國算法精英大賽”，取得銅獎和銀獎、晉級決賽圈的成績。

上述6 個方面的措施較好地解決了“3W1H”問題。

教學方案的設計和實施立足于基本知識點，強調知識的融會貫通、思維拓展和引導應用。在課程設計中指導學生將有價值的創新算法設計投稿到專業性雜志發表。

2.3 檢驗課程目標

1） 課程考核方式。課程的考核主要有三種方式：①傳統考核方式。是指課外練習、實驗及報告、課堂過程性評價、期末紙質試卷考試等，這些傳統的考核方式仍發揮著重要的、主要的作用；②PTA平臺。即程序設計類實驗輔助教學平臺，它是一個自動化考試系統，它將人工檢驗代碼的正確性交給計算機來完成，使得教師從閱讀學生的代碼這一繁重體力勞動中解放出來，而專注于編制高質量的題目。教師既可以從PTA平臺的試題庫中選擇具有代表性的題目，也可以自編試題，再分門別類、分層次梯度組織題庫，最后組織學生在該平臺上練習、參加比賽等。OJ平臺是學生程序設計能力提升的重要練兵場；③報告。在學期中、學期末組織學生開展自查、自糾、自省、自強的總結性報告撰寫。它既是階段性學習的回顧、反思，也是喚醒“躺平”、激勵奮斗的檄文，同時也是鍛煉和提高學生寫作能力的一種方式，因為部分大學生的寫作能力、編輯排版能力實在不堪入目。微信公眾號“書圈”上有一篇文章——兩教授吐槽：研究生的中文論文寫作水平為何如此堪憂[6]，研究生的寫作水平尚且如此糟糕，在校本科生的寫作水平可想而知。所以，大學生在校期間必須經常練練筆，不能只會百度、復制、粘貼。

2） 課程目標達成度。經過幾年的摸索、改革和實踐，OBE教學理念的應用日漸成熟，特別是近3年，課程目標達成度正穩步提升，圖1是2019、2020、2021級學生該課程的目標達成度對比圖。

3 結束語

教無定法、學無止境，適合的就是最好的。不斷借鑒和吸收國內外先進教學理念，推陳出新、與時俱進才能不斷進步。OBE教學理念解決了教學目標的確立、實施和檢驗，但學習的主體是學生，如何提高學生的自覺、自律、自主能力是當前教學工作的最大障礙也是持續的研究熱點。

參考文獻：

[1] Spady W G，Marshall K G. Beyond Traditional Outcome-based Education[J]. Educational Leadership，1991（2）：65-74.

[2] 姜波. OBE：以結果為基礎的教育[J]. 外國教育研究，2003，30（3）：35-37.

[3] 高教國培. 什么是OBE教育理念？如何利用成果導向教學[EB/OL]. https：//www. sohu. com/a/399642574_120492088.

[4] 熊啟軍，程格平，屈俊峰，等. 基于五導法的程序設計課程群教學研究與實踐[J]. 計算機教育，2017（5）：89-91.

[5] 熊啟軍. C語言程序設計：微課版[M]. 北京：中國鐵道出版社，2019.

[6] 書圈. 兩教授吐槽：研究生的中文論文寫作水平為何如此堪憂[EB/OL]. https：//mp.weixin.qq.com/s/2EC8V89bO-TR8B 8llxxx7w.

【通聯編輯：王力】

基金項目：湖北省教育科學規劃2021 年度重點課題（2021GA050） ；“新能源汽車與智慧交通”湖北省優勢特色學科群資助