盧 瑾，任宏亮

（浙江工業(yè)大學(xué) 信息工程學(xué)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(dǎo)以學(xué)生為中心、產(chǎn)出導(dǎo)向和持續(xù)改進三大教育理念，要求從培養(yǎng)目標(biāo)到畢業(yè)要求，從畢業(yè)要求到課程體系，再到教學(xué)落實、評價與反饋，進行系統(tǒng)設(shè)計與實施。作為基本要求，培養(yǎng)目標(biāo)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(xué)生解決復(fù)雜工程問題(Complex Problems)的能力[1]。復(fù)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(xué)必須包括足夠深入的基本原理，而且要使學(xué)生學(xué)會“分析”和“使用”的典型思想和方法，從而使學(xué)生具備扎實的理論基礎(chǔ)（基礎(chǔ)理論和專門知識）以及分析問題的能力。

培養(yǎng)學(xué)生“解決復(fù)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(fù)雜工程的開發(fā)，甚至僅僅依靠畢業(yè)設(shè)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(yīng)該是一個持續(xù)貫穿幾個學(xué)期、循序漸進的過程。程序設(shè)計學(xué)習(xí)的目的是學(xué)習(xí)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(xué)實施中要特別注重實踐，要使學(xué)生通過實踐確實感受和領(lǐng)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(shè)計課程的教學(xué)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(jié)合度不高，相關(guān)課程的集成度也不高，基于OBE 教學(xué)理念，重新設(shè)計實驗教學(xué)模式，結(jié)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(shè)計教學(xué)體系整體構(gòu)架

3P 教學(xué)模型將教學(xué)按時間節(jié)點可以分成前提（Presage）、過程（Process）和結(jié)果（Product）3 個階段，學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建指向預(yù)期學(xué)習(xí)成果，并協(xié)調(diào)教學(xué)與評估活動，要求學(xué)生成為教與學(xué)共同體中的主動學(xué)習(xí)者[4]。在學(xué)習(xí)活動發(fā)生之前識別和確定預(yù)期學(xué)習(xí)成果，為學(xué)生學(xué)習(xí)提供直接的目標(biāo)期待，同時也為教師教學(xué)方法選擇提供必要參考，該教學(xué)模型倡導(dǎo)的正是以學(xué)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(shè)計教學(xué)的特點和OBE 教學(xué)理念的指導(dǎo)，以培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力和程序設(shè)計實踐能力為主要教學(xué)目標(biāo)[6]，建立如圖1 所示基于3P 模型的程序設(shè)計教學(xué)體系。教學(xué)活動概括為學(xué)生、教師、情境之間的互動及其在前提、過程及結(jié)果3 個階段的相互關(guān)系，將各要素之間形成眾多彼此相連的反饋環(huán)。分析學(xué)生因素，包括先驗知識、學(xué)習(xí)觀、學(xué)習(xí)方式以及自身能力等，關(guān)注不同學(xué)生的差異性，為學(xué)生創(chuàng)造和維護積極有效的學(xué)習(xí)環(huán)境，從學(xué)習(xí)的角度進行課程設(shè)計和組織，創(chuàng)建教與學(xué)的活動，通過驗證型實驗和改錯型實驗實現(xiàn)淺層學(xué)習(xí)，再結(jié)合綜合型和設(shè)計型實驗實現(xiàn)深化[7]，鼓勵和支持學(xué)生選擇個性化學(xué)習(xí)方法，主動參與探究復(fù)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(xué)生的學(xué)習(xí)成果進行考核，提供評估、診斷、反饋和改進措施，完善教學(xué)目標(biāo)。

圖1 基于3P 模型的程序設(shè)計教學(xué)體系

2 程序設(shè)計實驗教學(xué)體系改革

2.1 培養(yǎng)路線設(shè)計

程序設(shè)計作為非計算機專業(yè)基礎(chǔ)課程主要集中在大學(xué)前兩年，教學(xué)培養(yǎng)路線設(shè)計如圖2 所示。一年級期間側(cè)重基礎(chǔ)語言學(xué)習(xí)，掌握語言的基本應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)小型程序設(shè)計解決基本的計算問題；二年級側(cè)重編程思想訓(xùn)練以及程序框架學(xué)習(xí)，以任務(wù)驅(qū)動的形式設(shè)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(fù)雜工程問題的目的。

圖2 培養(yǎng)路線

2.2 培養(yǎng)目標(biāo)細化

培養(yǎng)學(xué)生具有解決復(fù)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(shè)計課程定位于基礎(chǔ)性、入門型的特征，培養(yǎng)目標(biāo)可總結(jié)為設(shè)計實踐能力、計算思維能力、自主學(xué)習(xí)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(biāo)準(zhǔn)，畢業(yè)要求應(yīng)能支撐培養(yǎng)目標(biāo)的達成，將能力目標(biāo)進行分解和細化成各個小目標(biāo)，融入程序設(shè)計實驗教學(xué)體系中，并與工科畢業(yè)要求的對應(yīng)，見表1。一年級是對程序的初步接觸，上學(xué)期主要是面向過程程序設(shè)計教學(xué)；下學(xué)期為面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計教學(xué)，能力培養(yǎng)上側(cè)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(xí)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(chǔ)上，融合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等新知識體系，結(jié)合相關(guān)領(lǐng)域和學(xué)科的內(nèi)容，要求學(xué)生學(xué)會“分析”和“使用”的典型思想和方法，教學(xué)內(nèi)容上包含多因素、多技術(shù)，鼓勵學(xué)生突破單種語言實現(xiàn)程序的局限，學(xué)會選擇和折中、借鑒和綜合，學(xué)習(xí)從全局的角度考慮問題。短學(xué)期旨在強化并拓展所學(xué)知識，側(cè)重加強項目開發(fā)過程中的文獻查閱、問題分析、設(shè)計方案確定、團隊協(xié)作等實踐操作，提高自身綜合應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力及團隊協(xié)作能力。

表1 培養(yǎng)目標(biāo)細化

2.3 教學(xué)案例設(shè)計

實驗內(nèi)容設(shè)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(shè)計型實驗4 種類型，實驗分配貫穿多個學(xué)習(xí)階段，以提升各項能力，見表2。驗證型和改錯型實驗側(cè)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(chǔ)和學(xué)習(xí)能力學(xué)生的學(xué)習(xí)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(yīng)用，是知識內(nèi)化為學(xué)生計算思維能力與自主學(xué)習(xí)能力的關(guān)鍵步驟，串聯(lián)已學(xué)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(shè)計型實驗對學(xué)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(xué)習(xí)能力都提出要求，從而提升學(xué)生解決具體問題和實際專業(yè)應(yīng)用方面的綜合能力。

表2 實驗案例示意

詳細的任務(wù)分配（見表3）：一年級上學(xué)期主要學(xué)習(xí)掌握面向過程的程序設(shè)計思路，實驗內(nèi)容以基本語法和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)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(xué)的需求；一年級下學(xué)期掌握面向?qū)ο蟮乃枷耄瑢W(xué)會簡單的問題需求分析以及小型程序的設(shè)計實現(xiàn)；二年級開設(shè)了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、VC++應(yīng)用程序編程和Java 等課程，對程序設(shè)計思維的要求提高，也增加了圖形界面設(shè)計的要求，開發(fā)語言也不再作為限制，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)，研究探索的能力。到短學(xué)期的課程設(shè)計階段，引入專業(yè)相關(guān)的工程實際問題或者當(dāng)前社會的熱門課題，引導(dǎo)鼓勵學(xué)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(xué)習(xí)的能力和溝通協(xié)作能力。

表3 任務(wù)分配說明

2.4 評價體系設(shè)計

在程序設(shè)計實驗教學(xué)任務(wù)貫穿學(xué)生2 年的學(xué)習(xí)過程中，實驗成績僅作為每學(xué)期對應(yīng)課程成績的組成部分，所以每個學(xué)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(chǔ)實驗為主，每學(xué)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(shè)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(dǎo)學(xué)生從分組開始，選題、分工、設(shè)計、實現(xiàn)、測試、答辯到提交結(jié)項書貫穿項目開發(fā)的全流程。結(jié)合學(xué)生在每個階段、每個任務(wù)中的各方面學(xué)習(xí)情況以及最后設(shè)計任務(wù)的完成情況，對學(xué)生進行評價。

學(xué)生每個階段所達到的能力與課程目標(biāo)的對應(yīng)見表1，以表中教學(xué)目標(biāo)為基準(zhǔn)對比計算出學(xué)生考核成績，結(jié)合項目結(jié)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(shè)計以及項目總結(jié)等各種形式檢測學(xué)生的程序設(shè)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(xué)生的表達能力和臨場應(yīng)變能力，占教師評價的20%。組間互評包括教師組織學(xué)生自評，組長評價來檢驗學(xué)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(jié)果與教學(xué)目標(biāo)進行對比，根據(jù)反饋來的學(xué)生情況對教學(xué)目標(biāo)進行修改和完善。

3 結(jié) 語

基于OBE 理念，結(jié)合程序設(shè)計實驗課程的特性，將學(xué)生解決實際工程問題的綜合能力的培養(yǎng)目標(biāo)分解并落實到教學(xué)環(huán)節(jié)，將課程貫穿學(xué)生在校的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)階段，制定課程目標(biāo)并對實驗任務(wù)按照難易程度進行分類，根據(jù)課程內(nèi)容和任務(wù)要求采取對應(yīng)的評價方案，根據(jù)評價實現(xiàn)課程目標(biāo)的修訂和完善，這樣形成教學(xué)系統(tǒng)的閉環(huán)。該實驗教學(xué)模式的引入促進了學(xué)生綜合能力的提升，也為其他課程的教學(xué)奠定扎實的基礎(chǔ)，從近些年的課外活動表現(xiàn)來看，學(xué)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(xué)生人數(shù)明顯增多，有部分同學(xué)將項目實訓(xùn)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(xué)體系對于所在學(xué)院開展相關(guān)課外科技競賽具有良好的促進作用，同時大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，推進學(xué)生各項能力的培養(yǎng)，真正成為課程的最大受益者。