黃繼海,劉秋菊，姜 宇，許鑌督

(鄭州工程技術(shù)學(xué)院 信息工程學(xué)院,河南 鄭州 450044)

一、引言

在計(jì)算機(jī)與人工智能迅速發(fā)展的今天，社會(huì)急需一批動(dòng)手能力強(qiáng)的應(yīng)用型人才。C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)作為計(jì)算機(jī)類本科專業(yè)的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課程，是面向?qū)ο驝+ +程序設(shè)計(jì)、單片機(jī)原理及應(yīng)用和嵌入式系統(tǒng)等課程的先修課程，適用于智能科學(xué)與技術(shù)、電子信息工程和物聯(lián)網(wǎng)工程等專業(yè)軟硬件層次的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，在課程體系中起著至關(guān)重要的作用。在課程體系與知識(shí)結(jié)構(gòu)上以及在編程思維、實(shí)踐能力的塑造性上，這門(mén)課程對(duì)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)和電子信息工程專業(yè)非常重要，甚至貫穿四年不斷線。

該課程也是大一新生在對(duì)專業(yè)認(rèn)識(shí)還比較模糊的前提下接觸到的第一門(mén)編程課程。如果還是以傳統(tǒng)的教學(xué)方法“填鴨式”教學(xué)[1]，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性會(huì)隨著課程難度的增加逐漸降低甚至喪失，直接導(dǎo)致課程的教學(xué)效果不佳，進(jìn)而影響與該課程關(guān)聯(lián)緊密的課程的學(xué)習(xí)，教學(xué)質(zhì)量難以保證。具體表現(xiàn)在：以教師為中心，重理論輕實(shí)踐，教師講授重在理論教學(xué)部分，實(shí)踐部分講授指導(dǎo)較少或?qū)嵺`設(shè)計(jì)內(nèi)容較為零散，缺乏專業(yè)工程應(yīng)用；教材內(nèi)容未能及時(shí)融入新技術(shù)；考核方式單一，很難準(zhǔn)確把握學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。

本文從課程培養(yǎng)目標(biāo)的重定位、以學(xué)生為中心的課程教學(xué)設(shè)計(jì)、產(chǎn)教深度融合模式、加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)與指導(dǎo)、注重學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)、融入課程思政等幾方面，闡述了基于OBE理念的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革方案，在該方案中融入工程教育模式，對(duì)進(jìn)一步深化C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革與探索具有深遠(yuǎn)的意義。

二、OBE理念

OBE(Outcome Based Education)成果導(dǎo)向教育是遵循結(jié)果導(dǎo)向，反向設(shè)計(jì)教學(xué)體系的教育模式[2]。與傳統(tǒng)的以教學(xué)內(nèi)容為中心的理念相比，OBE強(qiáng)調(diào)“以學(xué)生為中心”“成果導(dǎo)向”與“質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)”。這就要求教師和學(xué)生首先要明確教與學(xué)的目標(biāo)，即要取得的學(xué)習(xí)成果，學(xué)習(xí)成果不僅包含書(shū)本上的知識(shí)，也包括能力和素養(yǎng)。其次，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)過(guò)程的選擇和行為方式上都要以學(xué)習(xí)成果目標(biāo)為驅(qū)動(dòng)，以學(xué)習(xí)成果目標(biāo)的達(dá)成度作為教學(xué)評(píng)價(jià)的重點(diǎn)，采用多元和階梯式的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，在教與學(xué)的過(guò)程中根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)做出調(diào)整，為下一輪教學(xué)做準(zhǔn)備。

成果導(dǎo)向教育如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)反饋系統(tǒng)。

圖1 基于OBE理念的教育模式

在新工科教育背景下，工程教育認(rèn)證也全面融入了OBE理念。工程教育認(rèn)證的過(guò)程為：首先確定認(rèn)證專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，同時(shí)按照工程教育認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)給出畢業(yè)生所具備的畢業(yè)要求，設(shè)置課程體系、師資隊(duì)伍、教學(xué)條件都是圍繞這一要求展開(kāi)的，對(duì)畢業(yè)生的畢業(yè)要求的達(dá)成度則是通過(guò)對(duì)各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí)施加以說(shuō)明的，其中合理的課程體系是達(dá)成畢業(yè)要求的關(guān)鍵，因此，在新工科背景下，基于OBE理念的課程改革勢(shì)在必行[3-4]。

本文遵循 OBE教育模式，結(jié)合智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)及 C 語(yǔ)言課程的教學(xué)內(nèi)容，提出本課程的最終學(xué)習(xí)成果：

(1)掌握程序設(shè)計(jì)的基本方法，形成模塊化程序設(shè)計(jì)的邏輯思維能力，并逐步形成正確的程序設(shè)計(jì)思想。

(2) 能夠熟練地使用 C 語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，能運(yùn)用合理的控制流編寫(xiě)清晰高效的程序，具備分析與解決專業(yè)相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題的能力。

(3)為本專業(yè)后繼課程及其他程序設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)和應(yīng)用打下良好的知識(shí)基礎(chǔ)與技能基礎(chǔ)，同時(shí)促使學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)態(tài)度，為其將來(lái)從事專業(yè)活動(dòng)和未來(lái)的職業(yè)生涯打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

三、基于OBE理念的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程改革

(一)重定位課程培養(yǎng)目標(biāo)

C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)在許多工科類專業(yè)中作為專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有很強(qiáng)的應(yīng)用性。以筆者所在學(xué)院為例，電子信息工程、物聯(lián)網(wǎng)工程和智能科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)都開(kāi)設(shè)這門(mén)語(yǔ)言課程，而且這3個(gè)專業(yè)對(duì)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的培養(yǎng)目標(biāo)基本一致，課程對(duì)畢業(yè)要求的支撐重點(diǎn)包括3個(gè)方面：軟硬件問(wèn)題分析、設(shè)計(jì)解決方案、軟件開(kāi)發(fā)與調(diào)試[5,6]。由此就可以確定課程的教學(xué)目標(biāo)為：學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)C語(yǔ)言的基本語(yǔ)法規(guī)則，熟悉并掌握一些較為簡(jiǎn)單的算法，具備計(jì)算思維和分析問(wèn)題的能力；通過(guò)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，增強(qiáng)動(dòng)手能力，鞏固所學(xué)的理論知識(shí)，并初步積累編程經(jīng)驗(yàn)；通過(guò)課程綜合實(shí)踐，增強(qiáng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，激發(fā)計(jì)算思維和創(chuàng)新性思維，進(jìn)一步解決一些比較復(fù)雜的程序課題，為今后專業(yè)學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的編程基礎(chǔ)。

C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程的培養(yǎng)目標(biāo)如表1所示。

表1 C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程的培養(yǎng)目標(biāo)

(二)以學(xué)生為中心的課程教學(xué)設(shè)計(jì)

受傳統(tǒng)大學(xué)學(xué)科教育的影響，在C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的課程教學(xué)中，沿襲以教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式，注重知識(shí)的傳授，忽視學(xué)生能力的培養(yǎng)。教學(xué)內(nèi)容偏理論化，強(qiáng)調(diào)知識(shí)體系的完整性、全面性，缺乏趣味性。教師雖然能夠很容易地進(jìn)行教學(xué)的組織管理和教學(xué)過(guò)程的調(diào)控，但學(xué)生被動(dòng)地接受知識(shí)，學(xué)習(xí)效果欠佳。

表1中的“實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)”就打破了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，為了實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)，結(jié)合現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與信息技術(shù)，以學(xué)生為中心，實(shí)施學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)、線下面授有機(jī)結(jié)合的方式開(kāi)展翻轉(zhuǎn)課堂與混合式教學(xué)。以具體案例為驅(qū)動(dòng)，課前通過(guò)教師提出問(wèn)題，學(xué)生線上自主預(yù)習(xí)學(xué)習(xí)，課堂教師組織對(duì)案例分析，解決學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的疑問(wèn)；在實(shí)驗(yàn)課中安排小組討論，教師講解語(yǔ)法與總結(jié)常見(jiàn)錯(cuò)誤等不斷提升學(xué)生參與課堂的積極性，避免了教師的一味說(shuō)教。結(jié)合案例分析介紹知識(shí)點(diǎn)，重視計(jì)算思維的培養(yǎng)，提倡算法的多樣化，同時(shí)拓展創(chuàng)新思維，發(fā)揮師生的創(chuàng)新能力，使學(xué)生不僅從應(yīng)用的角度汲取知識(shí)，而且還要為了解決問(wèn)題而主動(dòng)去挖掘知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐能力不斷得到提升。真正做到“教師強(qiáng)起來(lái)”，“學(xué)生忙起來(lái)”。例如，在講解循環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí)，為了完成學(xué)習(xí)目標(biāo)，制定該模塊的教學(xué)過(guò)程如表2所示。

表2 循環(huán)結(jié)構(gòu)模塊教學(xué)過(guò)程

(三)產(chǎn)教深度融合

在課堂教學(xué)中，注重學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)以提高學(xué)生的達(dá)成度。在設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目讓學(xué)生進(jìn)行拓展訓(xùn)練，項(xiàng)目選取的是課程組設(shè)計(jì)的一款智能化產(chǎn)品——醫(yī)用智能配藥機(jī)。該醫(yī)用智能配藥機(jī)是依據(jù)“藥品集中配置理論”模型和“靜脈用藥配置工藝標(biāo)準(zhǔn)化”概念研發(fā)而成，能夠通過(guò)無(wú)線模塊多機(jī)聯(lián)合使用，具有快速、精準(zhǔn)、安全、輕松配藥的優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)在很多三甲醫(yī)院的靜脈用藥調(diào)配中心使用。把項(xiàng)目的軟件部分提取過(guò)來(lái)讓學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新訓(xùn)練，該醫(yī)用配藥機(jī)的總?cè)蝿?wù)框圖如圖2所示。

基于智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，以 OBE 教學(xué)理念的最終學(xué)習(xí)成果為出發(fā)點(diǎn)，并結(jié)合具體的情境來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，以便有效地培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)造性思維?；谏鲜鲰?xiàng)目設(shè)計(jì)出“智能配藥機(jī)控制系統(tǒng)”作為教學(xué)案例，將C語(yǔ)言課程知識(shí)點(diǎn)構(gòu)建在綜合項(xiàng)目當(dāng)中，讓學(xué)生“從做中學(xué)”，有助于鞏固已學(xué)知識(shí)。 在研究和分析“智能配藥機(jī)控制系統(tǒng)”所需要的知識(shí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，本文根據(jù)該綜合項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的 C 語(yǔ)言知識(shí)點(diǎn)，將項(xiàng)目劃分為 9個(gè)子模塊，每個(gè)子模塊包含了達(dá)到其實(shí)際能力所要完成的任務(wù)，涵蓋了教學(xué)內(nèi)容的所有知識(shí)點(diǎn)，并遵循了知識(shí)的連續(xù)性和擴(kuò)展性，如表3所示。

圖2 醫(yī)用智能配藥機(jī)任務(wù)框圖

通過(guò)對(duì)醫(yī)用智能配藥機(jī)的分析，引導(dǎo)學(xué)生注重身邊存在的實(shí)際需求，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維，通過(guò)程序調(diào)試、測(cè)試機(jī)器的功能等過(guò)程，讓學(xué)生有滿滿的成就感，也極大地激發(fā)他們自主學(xué)習(xí)的興趣和對(duì)專業(yè)知識(shí)領(lǐng)域的探索欲望。利用以學(xué)生為中心的課中授課，有效解決了學(xué)生的疑問(wèn)，提高了學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，從而提升課程的高階性，突出課程的創(chuàng)新性，增加課程的挑戰(zhàn)度。

表3 C語(yǔ)言課程模塊化教學(xué)任務(wù)表

(四)加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)與指導(dǎo)，注重學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)

C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程的實(shí)踐教學(xué)包括課內(nèi)實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)、一周的課程設(shè)計(jì)和課外的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。實(shí)踐環(huán)節(jié)是增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力、分析問(wèn)題解決問(wèn)題能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了更好地達(dá)到實(shí)踐環(huán)節(jié)的培養(yǎng)目標(biāo)，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)一般提倡學(xué)生在業(yè)余時(shí)間先寫(xiě)好，課內(nèi)有限的時(shí)間主要是用來(lái)調(diào)試和解決錯(cuò)誤，避免學(xué)生把大部分課內(nèi)時(shí)間都用于錄入代碼。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的考核成績(jī)按照學(xué)生任務(wù)的完成情況確定。課程設(shè)計(jì)主要選取綜合的應(yīng)用，課外的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)主要是通過(guò)學(xué)生參與到學(xué)校的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目和教師的課題進(jìn)行的，鼓勵(lì)學(xué)生自主創(chuàng)新和創(chuàng)造發(fā)明。在指導(dǎo)教師的帶領(lǐng)和學(xué)生的積極參與下，學(xué)院也給予經(jīng)費(fèi)支持，學(xué)生的創(chuàng)新能力得到進(jìn)一步提升。

學(xué)生參與課程組利用C語(yǔ)言編寫(xiě)的“鄭州市寵物管理系統(tǒng)”“醫(yī)用智能配藥機(jī)項(xiàng)目”“自行車運(yùn)動(dòng)員機(jī)能狀態(tài)數(shù)據(jù)分析平臺(tái)”，取得了“鄭州市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)”“全國(guó)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽二等獎(jiǎng)”等成績(jī)，學(xué)院學(xué)生參加2019年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，智能巡線機(jī)器人項(xiàng)目獲得國(guó)賽二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、河南省一等獎(jiǎng)3項(xiàng)的好成績(jī)。學(xué)生的學(xué)習(xí)能動(dòng)性、課程學(xué)習(xí)的廣度、解決問(wèn)題的思路、實(shí)踐動(dòng)手能力都得到了提升。

(五)思政課程與專業(yè)課程融合

課程組教師在進(jìn)行教學(xué)改革中，也充分挖掘課程思政元素，把思政點(diǎn)和育人元素融入課堂教學(xué)中，達(dá)到實(shí)時(shí)育人、課課育人的功能，最終實(shí)現(xiàn)思想政治教育和專業(yè)知識(shí)教育二者的有機(jī)統(tǒng)一，教書(shū)和育人有機(jī)統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)“潤(rùn)物無(wú)聲”的育人效果。

在C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)中，每個(gè)課程內(nèi)容模塊都可以設(shè)置一個(gè)思政點(diǎn)，表4中給出了思政教育目標(biāo)、思政教學(xué)內(nèi)容和部分課程知識(shí)單元的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

表4 思政教育目標(biāo)、思政教學(xué)內(nèi)容與部分課程知識(shí)單元的對(duì)應(yīng)關(guān)系

通過(guò)表4不難發(fā)現(xiàn)，課程的思政元素、價(jià)值觀本身就能夠深深地吸引學(xué)生參與到課堂中，引起學(xué)生的思考和感悟，自然也能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，在一定程度上體現(xiàn)了教育理念的轉(zhuǎn)變，課堂教學(xué)由以教師為中心轉(zhuǎn)變到以學(xué)生為中心，從“教師教”轉(zhuǎn)向“學(xué)生學(xué)”，從學(xué)習(xí)知識(shí)的傳授轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)效果的達(dá)成。這就要求教師要正確引導(dǎo)學(xué)生，樹(shù)立正確的價(jià)值觀，看待問(wèn)題客觀公正，激發(fā)學(xué)生的實(shí)業(yè)報(bào)國(guó)信心和勇氣，達(dá)到立德樹(shù)人的效果。

(六)采用更加合理科學(xué)的考核方式

基于OBE的課程改革，也要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的一張紙決定考核的方式，采取多元的考核方式，注重過(guò)程性考核。以學(xué)生學(xué)習(xí)效果為導(dǎo)向完善考核方式。考核的各個(gè)模塊及所占的比例為：線上學(xué)習(xí)和線上考試占25%，平時(shí)表現(xiàn)占25%，期末考試(筆試或機(jī)試)占50%。線上學(xué)習(xí)和線上考試主要考查學(xué)生線上學(xué)習(xí)過(guò)程，在中國(guó)大學(xué)MOOC和雨課堂等平臺(tái)上都能記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程，如觀看視頻的時(shí)間及進(jìn)展、練習(xí)題的提交情況、參與互動(dòng)的情況等，測(cè)試主要以選擇題、判斷題、填空題等客觀題為主。平時(shí)表現(xiàn)主要包括出勤、課堂討論、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書(shū)寫(xiě)、實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)等環(huán)節(jié)的綜合評(píng)定。期末考試根據(jù)需要可以采用筆試或機(jī)試，考試的結(jié)果要進(jìn)行分析并給出改進(jìn)措施，用于持續(xù)改進(jìn)。

筆者所在學(xué)院從2017年開(kāi)始進(jìn)行C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程改革，從課前預(yù)習(xí)、課中授課到課后作業(yè)整個(gè)評(píng)價(jià)過(guò)程形成一個(gè)閉環(huán)培養(yǎng)反饋機(jī)制，每次評(píng)價(jià)可以為下一次教學(xué)改進(jìn)提供依據(jù)。實(shí)踐表明，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和課堂的參與度進(jìn)一步提高了，學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)的知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)基本達(dá)到，說(shuō)明基于OBE理念的課程改革效果良好。

四、結(jié)束語(yǔ)

C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程是工科類本科專業(yè)開(kāi)設(shè)的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課程，是今后從事專業(yè)工作與進(jìn)行科學(xué)研究的基礎(chǔ)。學(xué)生對(duì)該課程學(xué)習(xí)的積極性與教師的教學(xué)效果都至關(guān)重要。以O(shè)BE教育理念為導(dǎo)向的教育模式逐漸在各院校展開(kāi)，教育部關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見(jiàn)中明確指出“必須把教學(xué)改革成果落實(shí)在課程建設(shè)上”。通過(guò)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程改革的實(shí)踐證明，教學(xué)質(zhì)量得到進(jìn)一步的提升，最終達(dá)到培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的目的。在今后的教學(xué)中，我們課題組將繼續(xù)完善、創(chuàng)新與實(shí)踐，探索新的教學(xué)模式提高課程的教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。