熊啟軍　程格平

摘要：針對程序設(shè)計基礎(chǔ)這一計算機專業(yè)核心基礎(chǔ)課程，大力推行課前基于MOOC或SPOC的自主學(xué)習(xí)，課中的實例演示、類比、啟發(fā)、翻轉(zhuǎn)式教學(xué)，課后積分和拓展式的練習(xí)、測試、競賽、項目、論文等，這種“三課”聯(lián)動的教學(xué)模式真正實現(xiàn)了以學(xué)生為主體、以成果為導(dǎo)向的OBE教學(xué)理念，實現(xiàn)了基礎(chǔ)、應(yīng)用、拓展、創(chuàng)新的教學(xué)常態(tài)，從而提高課程目標(biāo)達(dá)成度。

關(guān)鍵詞：OBE；程序設(shè)計基礎(chǔ)；教學(xué)實踐；研究

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

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

0 引言

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

近年，隨著MOOC和SPOC教學(xué)的普及、線上線下混合式教學(xué)的開展，特別是工程教育認(rèn)證的興起，OBE理念越來越受到各級各類學(xué)校的重視，這些教學(xué)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(wù)于“兩性一度”，有益于修訂和完善課程的教學(xué)方案、專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)校的辦學(xué)定位和特色，有利于創(chuàng)建一流課程、一流專業(yè)、一流大學(xué)。

1 課程教學(xué)方案變遷

程序設(shè)計基礎(chǔ)課程是計算機專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程。其學(xué)習(xí)習(xí)慣和方法、學(xué)習(xí)效率和效果對后續(xù)課程、專業(yè)學(xué)習(xí)、專業(yè)發(fā)展、就業(yè)和擇業(yè)存有直接關(guān)聯(lián)甚至決定性作用。其課程內(nèi)容既有程序設(shè)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?cè)岵?、相輔相成、缺一不可。

因此，程序設(shè)計基礎(chǔ)課程的教學(xué)設(shè)計和實施尤為重要。其教學(xué)方案在設(shè)計時可能存在多種選擇：如課程所選用的教學(xué)編程語言是C、C++、Java或Python，課程性質(zhì)設(shè)定為學(xué)位課還是非學(xué)位課，開課學(xué)期是大一的上學(xué)期還是下學(xué)期，課程學(xué)時及內(nèi)容安排是分一個學(xué)期還是兩個學(xué)期（分段教學(xué)），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(xué)還是僅線下教學(xué)，作業(yè)或?qū)嶒瀳蟾媸请娮痈暹€是紙質(zhì)稿，考核方式是紙質(zhì)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(xué)院的程序設(shè)計基礎(chǔ)是以C語言為教學(xué)語言，講述程序設(shè)計所涉及的基本概念、基本算法、程序設(shè)計方法以及程序調(diào)試技能等；實現(xiàn)從數(shù)學(xué)思維向程序思維、函數(shù)思維、計算思維的轉(zhuǎn)變；為后續(xù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計等課程做鋪墊。 程序設(shè)計基礎(chǔ)設(shè)定為學(xué)位課、開課時間是在大一的第二學(xué)期、實行一師一班線上線下混合式教學(xué)、在PTA平臺進(jìn)行無紙化實驗（刷題）和機考，且在課程結(jié)束后開設(shè)時長為2周的程序設(shè)計課程設(shè)計，以加深和鞏固程序設(shè)計知識和技能的綜合應(yīng)用。

程序設(shè)計基礎(chǔ)的教學(xué)，整體上以O(shè)BE教學(xué)理念為核心，以理論夠用、重在實踐為準(zhǔn)則，融于雙育人為特色。

2 基于OBE 的教學(xué)設(shè)計

2.1 設(shè)計課程目標(biāo)

程序設(shè)計基礎(chǔ)以教授為課程組組長、以副教授和高級實驗員為成員構(gòu)成強力課程團隊，以O(shè)BE理念為核心開展課程的教學(xué)、建設(shè)和研究。

制定基于OBE的課程教學(xué)方案，從OBE理念角度看待教學(xué)目標(biāo)，課程目標(biāo)-畢業(yè)要求關(guān)系矩陣如表1 所示。

從雙育人角度看待課程的目標(biāo)分類、具體內(nèi)容和實現(xiàn)途徑，如表2所示。

2.2 實現(xiàn)課程目標(biāo)

OBE教學(xué)理念強調(diào)人人都能成功，強調(diào)個性化評定，強調(diào)精熟，強調(diào)績效責(zé)任，強調(diào)能力本位[3]?；诖?，通過以下6方面實現(xiàn)課程目標(biāo)。

1） 課前自主學(xué)習(xí)。依托學(xué)校與超星公司合作的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，程序設(shè)計基礎(chǔ)課程組建立了線上SPOC課程，內(nèi)容包括文本的知識點及目標(biāo)、SPOC視頻、章節(jié)測試題、思考討論題等。學(xué)生可通過電腦端（網(wǎng)頁）或手機端（學(xué)習(xí)通）實現(xiàn)碎片式預(yù)習(xí)、問答、自測等，通過在線自主學(xué)習(xí)可預(yù)習(xí)相關(guān)知識的基本概念和原理，為課堂有的放矢、更深入地學(xué)習(xí)提供基礎(chǔ)；教師可以隨時查看班級整體和個體的學(xué)習(xí)進(jìn)度、學(xué)習(xí)效果，也可以與學(xué)生進(jìn)行交流互動；平臺具體的統(tǒng)計分析功能包括：章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)、章節(jié)測驗、成績管理、教學(xué)預(yù)警、課堂活動、課程積分、作業(yè)統(tǒng)計、考試統(tǒng)計等，通過這些數(shù)據(jù)便于針對整體和個體開展監(jiān)督性、個性化教學(xué)。

平臺內(nèi)容上還提供參考教材和他校的SPOC或MOOC網(wǎng)址，以適合個體的個性化自主性學(xué)習(xí)。

課前自主學(xué)習(xí)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(xué)。課堂教學(xué)是當(dāng)前我國大學(xué)教學(xué)的主要手段。在課堂教學(xué)中針對學(xué)情、知識點的不同實施不同的教學(xué)方法，整體呈現(xiàn)多種教學(xué)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(diào)主函數(shù)main原型的標(biāo)準(zhǔn)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(xué)生課外更詳細(xì)地對照練習(xí)）；在講述程序編譯語法錯誤時主要使用實例法，通過故意設(shè)置錯誤，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)錯誤信息來定位錯誤位置；針對學(xué)生閱讀英文的困難，提示其根據(jù)英文單詞的構(gòu)詞規(guī)則、特殊詞語來確定錯誤性質(zhì)，從而快捷地進(jìn)行錯誤修正。

在講述選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計時，強調(diào)程序代碼嚴(yán)格按照縮進(jìn)格式進(jìn)行書寫；一題多解時，強調(diào)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(diào)“三動”學(xué)習(xí)法[4]；在講述基本算法時，強調(diào)一般規(guī)律，如求和、乘積、計數(shù)、模運算、假設(shè)等。

在講述查找、排序時，注重用一句話概括不同算法的本質(zhì)及其精髓；在講述函數(shù)、結(jié)構(gòu)體時，強調(diào)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(shè)計基礎(chǔ)的課堂教學(xué)過程中，實例演示法貫穿始末，不僅能使學(xué)生跟隨教師現(xiàn)場思考、編程，還能檢查和監(jiān)督錯誤、交流互動，從而提升學(xué)生的參與度、活躍課堂氣氛。

常用的教學(xué)方法還有啟發(fā)式、遞進(jìn)式、翻轉(zhuǎn)式教學(xué)，如在講述了使用switch-case語句、模運算實現(xiàn)“某年某月某日星期幾”之后，提出“依照三天打魚兩天曬網(wǎng)的規(guī)則，判斷某年某月某日漁夫在干啥”問題；講述了整數(shù)分離和重組后，引申出“數(shù)學(xué)黑洞”問題；講述了“約瑟夫環(huán)”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(shù)列”后，將其應(yīng)用到“爬樓梯”問題等。從而引導(dǎo)學(xué)生去尋找問題的雛形、達(dá)到舉一反三的效果。這些方法的應(yīng)用、這些實例的演繹既有知識性又有趣味性更有應(yīng)用性和拓展性。

3） 課后創(chuàng)新性教學(xué)。在大學(xué)擴招、普及高等教育、重視思政教育以及綜合素質(zhì)等多方面因素的影響下，很多課程的課內(nèi)學(xué)時都被壓減，學(xué)生必須自主增加課外學(xué)時。像前面的衍生題、拓展題都需要學(xué)生在課外完成，通過大量的課外練習(xí)來鞏固相關(guān)知識點，熟能生巧、舉一反三、推陳出新，可以誕生一些創(chuàng)新性的解題算法。如“將百分制成績轉(zhuǎn)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(xiàn)，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(xiàn)，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(jìn)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(jìn)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(jìn)一步精簡算法。詳細(xì)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(xiàn)了知識的靈活應(yīng)用、也展現(xiàn)了不同算法的效率、更展示了前后知識的融會貫通、靈活應(yīng)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(jìn)、算法精簡，既體現(xiàn)了知識的綜合應(yīng)用、一題多解，又將哈希存儲與后續(xù)的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程聯(lián)系起來了。這既是知識的前瞻性鋪墊也是知識的拓展性應(yīng)用。

4） 增加專題講座。對于大一學(xué)生來說，存在多方面的因素影響程序設(shè)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(xué)科，可謂“萬事開頭難”；二是程序設(shè)計算法雖源于數(shù)學(xué)、但又能照搬數(shù)學(xué)，存在著從數(shù)學(xué)思維向編程思維的轉(zhuǎn)變，而思維模式可能需要較長時間來適應(yīng)、模仿和轉(zhuǎn)變；三是大學(xué)的學(xué)習(xí)方式與中學(xué)不同，大學(xué)階段強調(diào)學(xué)習(xí)的自主性和自律性，而不是監(jiān)督式或壓迫式學(xué)習(xí)；四是專業(yè)課課內(nèi)學(xué)時普遍縮減，需要學(xué)生管理和利用好課外時間。這些問題都需時間、練習(xí)來解決，增加課外學(xué)時、開展專題知識講座是非常必要的。依據(jù)學(xué)情和教學(xué)進(jìn)度設(shè)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(jìn)行教學(xué)，且錄制成視頻、上傳到學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺以供學(xué)生學(xué)習(xí)。

專題講座既彌補了課內(nèi)學(xué)時的不足，又對課堂知識進(jìn)行了必要的補充和拓展，還加強了課程之間的關(guān)聯(lián)（如近似計算與高等數(shù)學(xué)中泰勒公式、導(dǎo)數(shù)與切線斜率的關(guān)系），可謂一舉多得。

5） 增設(shè)課程設(shè)計。程序設(shè)計基礎(chǔ)課程所涉及的知識點多、繁、雜，學(xué)生普遍存在“三難”，即難學(xué)、難用、難創(chuàng)[5]。一般來說，教學(xué)重點放在基本控制結(jié)構(gòu)、數(shù)組和函數(shù)，而結(jié)構(gòu)體和結(jié)構(gòu)體指針則是教學(xué)的中的難點和非重點，但是，程序設(shè)計基礎(chǔ)課程的難點在后續(xù)的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”中成為基礎(chǔ)技能甚至是每日必用知識。因此，“課程設(shè)計”應(yīng)運而生，其目的是鞏固基礎(chǔ)、解決難點，也是為了解決課程間的銜接問題、知識應(yīng)用的問題，以及順勢來“創(chuàng)”。

“課程設(shè)計”的題目常選用耳熟能詳?shù)挠螒蛟O(shè)計、信息管理系統(tǒng)設(shè)計，其囊括的知識包括數(shù)據(jù)抽象組織和存儲（數(shù)據(jù)類型定義）、文本菜單設(shè)計（循環(huán)）、功能實現(xiàn)（函數(shù)）、數(shù)據(jù)存儲（文件），可謂是對知識掌握程度和綜合應(yīng)用能力的檢驗。課程設(shè)計常采用項目式教學(xué)，學(xué)生分角色、團隊合作完成，從而體現(xiàn)出既合作又獨立、既展現(xiàn)團隊協(xié)作精神又充分發(fā)揮學(xué)生個性化特色。

對于優(yōu)秀的課程設(shè)計，經(jīng)教師指導(dǎo)、反復(fù)打磨，申報大學(xué)生創(chuàng)新項目或者撰寫成論文發(fā)表到相關(guān)的專業(yè)期刊上。

6） 競賽和創(chuàng)新成果。教師多次參與CPEC（中國計算機實踐教育學(xué)術(shù)會議）實驗案例設(shè)計競賽并獲獎，加強了校際的交流。教師鼓勵和指導(dǎo)學(xué)生參加大眾化競賽——藍(lán)橋杯全國軟件和信息技術(shù)專業(yè)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(xué)理念對教學(xué)效果的提高作用；也鼓勵和資助不同年級學(xué)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(xué)方案的設(shè)計和實施立足于基本知識點，強調(diào)知識的融會貫通、思維拓展和引導(dǎo)應(yīng)用。在課程設(shè)計中指導(dǎo)學(xué)生將有價值的創(chuàng)新算法設(shè)計投稿到專業(yè)性雜志發(fā)表。

2.3 檢驗課程目標(biāo)

1） 課程考核方式。課程的考核主要有三種方式：①傳統(tǒng)考核方式。是指課外練習(xí)、實驗及報告、課堂過程性評價、期末紙質(zhì)試卷考試等，這些傳統(tǒng)的考核方式仍發(fā)揮著重要的、主要的作用；②PTA平臺。即程序設(shè)計類實驗輔助教學(xué)平臺，它是一個自動化考試系統(tǒng)，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(xué)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(zhì)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(xué)生在該平臺上練習(xí)、參加比賽等。OJ平臺是學(xué)生程序設(shè)計能力提升的重要練兵場；③報告。在學(xué)期中、學(xué)期末組織學(xué)生開展自查、自糾、自省、自強的總結(jié)性報告撰寫。它既是階段性學(xué)習(xí)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(xué)生寫作能力的一種方式，因為部分大學(xué)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(xué)生在校期間必須經(jīng)常練練筆，不能只會百度、復(fù)制、粘貼。

2） 課程目標(biāo)達(dá)成度。經(jīng)過幾年的摸索、改革和實踐，OBE教學(xué)理念的應(yīng)用日漸成熟，特別是近3年，課程目標(biāo)達(dá)成度正穩(wěn)步提升，圖1是2019、2020、2021級學(xué)生該課程的目標(biāo)達(dá)成度對比圖。

3 結(jié)束語

教無定法、學(xué)無止境，適合的就是最好的。不斷借鑒和吸收國內(nèi)外先進(jìn)教學(xué)理念，推陳出新、與時俱進(jìn)才能不斷進(jìn)步。OBE教學(xué)理念解決了教學(xué)目標(biāo)的確立、實施和檢驗，但學(xué)習(xí)的主體是學(xué)生，如何提高學(xué)生的自覺、自律、自主能力是當(dāng)前教學(xué)工作的最大障礙也是持續(xù)的研究熱點。

參考文獻(xiàn)：

[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(jié)果為基礎(chǔ)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(dǎo)向教學(xué)[EB/OL]. https：//www. sohu. com/a/399642574_120492088.

[4] 熊啟軍，程格平，屈俊峰，等. 基于五導(dǎo)法的程序設(shè)計課程群教學(xué)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(shè)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(lián)編輯：王力】

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