盧 瑾，任宏亮

（浙江工業(yè)大學 信息工程學院，浙江 杭州 310023）

0 引 言

2016 年6 月2 日，我國正式加入《華盛頓協(xié)議》（以下簡稱《協(xié)議》）?！秴f(xié)議》倡導以學生為中心、產(chǎn)出導向和持續(xù)改進三大教育理念，要求從培養(yǎng)目標到畢業(yè)要求，從畢業(yè)要求到課程體系，再到教學落實、評價與反饋，進行系統(tǒng)設計與實施。作為基本要求，培養(yǎng)目標必須符合教育的基本定位，按照《協(xié)議》，本科主要是培養(yǎng)學生解決復雜工程問題(Complex Problems)的能力[1]。復雜工程問題必須運用深入的工程原理經(jīng)過分析才可能解決，這就要求理論教學必須包括足夠深入的基本原理，而且要使學生學會“分析”和“使用”的典型思想和方法，從而使學生具備扎實的理論基礎（基礎理論和專門知識）以及分析問題的能力。

培養(yǎng)學生“解決復雜工程問題的能力”必須通過整個“培養(yǎng)體系”實現(xiàn)，不能狹義化為參加一個具體復雜工程的開發(fā)，甚至僅僅依靠畢業(yè)設計、綜合實踐等一兩個實踐環(huán)節(jié)，這種能力的獲得并非是一蹴而就，而應該是一個持續(xù)貫穿幾個學期、循序漸進的過程。程序設計學習的目的是學習計算機分析和解決問題的基本過程和思路,它是一門典型的計算思維課程，也是計算思維能力培養(yǎng)的重要內(nèi)容，該課程教學實施中要特別注重實踐，要使學生通過實踐確實感受和領悟計算機問題求解的基本方法和思維模式[2-3]。然而，以往程序設計課程的教學過程卻很容易陷入語言表達形式的誤區(qū)，理論課程和實踐環(huán)節(jié)結合度不高，相關課程的集成度也不高，基于OBE 教學理念，重新設計實驗教學模式，結合課程特性，將培養(yǎng)的能力進行分解，落實到培養(yǎng)的各個環(huán)節(jié)中，為解決上述問題提出可行的解決方法。

1 基于OBE的程序設計教學體系整體構架

3P 教學模型將教學按時間節(jié)點可以分成前提（Presage）、過程（Process）和結果（Product）3 個階段，學習環(huán)境的構建指向預期學習成果，并協(xié)調(diào)教學與評估活動，要求學生成為教與學共同體中的主動學習者[4]。在學習活動發(fā)生之前識別和確定預期學習成果，為學生學習提供直接的目標期待，同時也為教師教學方法選擇提供必要參考，該教學模型倡導的正是以學生為中心基于成果的教育（Outcomes Based Education，OBE）基本理念[5]。

根據(jù)程序設計教學的特點和OBE 教學理念的指導，以培養(yǎng)學生的計算思維能力和程序設計實踐能力為主要教學目標[6]，建立如圖1 所示基于3P 模型的程序設計教學體系。教學活動概括為學生、教師、情境之間的互動及其在前提、過程及結果3 個階段的相互關系，將各要素之間形成眾多彼此相連的反饋環(huán)。分析學生因素，包括先驗知識、學習觀、學習方式以及自身能力等，關注不同學生的差異性，為學生創(chuàng)造和維護積極有效的學習環(huán)境，從學習的角度進行課程設計和組織，創(chuàng)建教與學的活動，通過驗證型實驗和改錯型實驗實現(xiàn)淺層學習，再結合綜合型和設計型實驗實現(xiàn)深化[7]，鼓勵和支持學生選擇個性化學習方法，主動參與探究復雜問題并提出解決方案，并采用形成性評量和成效檢驗方法對學生的學習成果進行考核，提供評估、診斷、反饋和改進措施，完善教學目標。

圖1 基于3P 模型的程序設計教學體系

2 程序設計實驗教學體系改革

2.1 培養(yǎng)路線設計

程序設計作為非計算機專業(yè)基礎課程主要集中在大學前兩年，教學培養(yǎng)路線設計如圖2 所示。一年級期間側重基礎語言學習，掌握語言的基本應用，能夠?qū)崿F(xiàn)小型程序設計解決基本的計算問題；二年級側重編程思想訓練以及程序框架學習，以任務驅(qū)動的形式設計實現(xiàn)大型程序進行知識強化，達到用程序能解決本專業(yè)的復雜工程問題的目的。

圖2 培養(yǎng)路線

2.2 培養(yǎng)目標細化

培養(yǎng)學生具有解決復雜工程問題的能力，旨在培養(yǎng)管理和創(chuàng)新能力、溝通和協(xié)作能力、研究和實踐能力等，根據(jù)程序設計課程定位于基礎性、入門型的特征，培養(yǎng)目標可總結為設計實踐能力、計算思維能力、自主學習能力、團隊協(xié)作能力等4 個方面。

根據(jù)我國工程教育專業(yè)認證標準，畢業(yè)要求應能支撐培養(yǎng)目標的達成，將能力目標進行分解和細化成各個小目標，融入程序設計實驗教學體系中，并與工科畢業(yè)要求的對應，見表1。一年級是對程序的初步接觸，上學期主要是面向過程程序設計教學；下學期為面向?qū)ο蟪绦蛟O計教學，能力培養(yǎng)上側重理論知識掌握、計算思維的初步形成、開發(fā)工具的熟悉以及編程習慣的養(yǎng)成，在綜合問題的解決上掌握對問題的分析能力和建立團隊協(xié)作的雛形；二年級則是在掌握足夠深入的基本原理的基礎上，融合數(shù)據(jù)結構等新知識體系，結合相關領域和學科的內(nèi)容，要求學生學會“分析”和“使用”的典型思想和方法，教學內(nèi)容上包含多因素、多技術，鼓勵學生突破單種語言實現(xiàn)程序的局限，學會選擇和折中、借鑒和綜合，學習從全局的角度考慮問題。短學期旨在強化并拓展所學知識，側重加強項目開發(fā)過程中的文獻查閱、問題分析、設計方案確定、團隊協(xié)作等實踐操作，提高自身綜合應用能力、創(chuàng)新能力及團隊協(xié)作能力。

表1 培養(yǎng)目標細化

2.3 教學案例設計

實驗內(nèi)容設計按由易到難的原則，分為驗證型實驗、改錯型實驗、綜合型實驗和設計型實驗4 種類型，實驗分配貫穿多個學習階段，以提升各項能力，見表2。驗證型和改錯型實驗側重基本語法、常規(guī)算法、編程工具使用以及編程規(guī)范化培養(yǎng)等方面，同時確保不同基礎和學習能力學生的學習積極性，如簡單三角形圖形打印、課程成績排序等。綜合型實驗強調(diào)理論知識的綜合應用，是知識內(nèi)化為學生計算思維能力與自主學習能力的關鍵步驟，串聯(lián)已學的知識用于分析解決具體問題，如賬戶管理小程序、簡易計算器等設計型實驗對學生整體觀建立，包括對創(chuàng)新能力、團隊溝通協(xié)作能力以及自主學習能力都提出要求，從而提升學生解決具體問題和實際專業(yè)應用方面的綜合能力。

表2 實驗案例示意

詳細的任務分配（見表3）：一年級上學期主要學習掌握面向過程的程序設計思路，實驗內(nèi)容以基本語法和基礎結構為主，競賽題目與等級考試題目引入可以滿足能力各個層次的同學的需求；一年級下學期掌握面向?qū)ο蟮乃枷耄瑢W會簡單的問題需求分析以及小型程序的設計實現(xiàn)；二年級開設了數(shù)據(jù)結構、VC++應用程序編程和Java 等課程，對程序設計思維的要求提高，也增加了圖形界面設計的要求，開發(fā)語言也不再作為限制，培養(yǎng)自主學習，研究探索的能力。到短學期的課程設計階段，引入專業(yè)相關的工程實際問題或者當前社會的熱門課題，引導鼓勵學生通過各種渠道調(diào)查研究，對目前現(xiàn)有的算法進行實現(xiàn)，鼓勵改進和創(chuàng)新，并展示成果，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力、終身學習的能力和溝通協(xié)作能力。

表3 任務分配說明

2.4 評價體系設計

在程序設計實驗教學任務貫穿學生2 年的學習過程中，實驗成績僅作為每學期對應課程成績的組成部分，所以每個學期均獨立計算，但都采用“成果+行程考評”的綜合評價模式。一年級以基礎實驗為主，每學期組織1～2 次分組的實驗討論課程，以小組為單位對分配到的課題從設計到實現(xiàn)進行介紹的環(huán)節(jié)。二年級基本以項目驅(qū)動為主，最后的綜合項目將引導學生從分組開始，選題、分工、設計、實現(xiàn)、測試、答辯到提交結項書貫穿項目開發(fā)的全流程。結合學生在每個階段、每個任務中的各方面學習情況以及最后設計任務的完成情況，對學生進行評價。

學生每個階段所達到的能力與課程目標的對應見表1，以表中教學目標為基準對比計算出學生考核成績，結合項目結果評定形成整體評價。評定分為教師評價和組間互評形式，分別占70%和30%。教師評價包括教師依據(jù)實踐整個過程的思考、代碼編寫、算法設計以及項目總結等各種形式檢測學生的程序設計能力，其中項目成果評價占50%，過程考核評價占30%；通過現(xiàn)場演示、答辯檢驗學生的表達能力和臨場應變能力，占教師評價的20%。組間互評包括教師組織學生自評，組長評價來檢驗學生的團隊協(xié)作能力和項目管理能力，分別占組間互評分的50%。每次的評定結果與教學目標進行對比，根據(jù)反饋來的學生情況對教學目標進行修改和完善。

3 結 語

基于OBE 理念，結合程序設計實驗課程的特性，將學生解決實際工程問題的綜合能力的培養(yǎng)目標分解并落實到教學環(huán)節(jié)，將課程貫穿學生在校的基礎學習階段，制定課程目標并對實驗任務按照難易程度進行分類，根據(jù)課程內(nèi)容和任務要求采取對應的評價方案，根據(jù)評價實現(xiàn)課程目標的修訂和完善，這樣形成教學系統(tǒng)的閉環(huán)。該實驗教學模式的引入促進了學生綜合能力的提升，也為其他課程的教學奠定扎實的基礎，從近些年的課外活動表現(xiàn)來看，學生解決實際問題的信心逐漸提高，參加課外各項科技競賽及項目的低年級學生人數(shù)明顯增多，有部分同學將項目實訓課程中的項目功能進一步擴充改善，參加競賽并取得佳績。新的課程實驗教學體系對于所在學院開展相關課外科技競賽具有良好的促進作用，同時大大激發(fā)學生的學習興趣，推進學生各項能力的培養(yǎng)，真正成為課程的最大受益者。