基于OBE理念的課程教學改革探索

吳靜　章瑾　王邯　劉軍　熊凡

[摘 要] 在工程教育認證背景下針對目前高校程序設計課程在教學中出現的不足，尤其是受2020年初爆發的新冠肺炎疫情影響，在線教學全面開展，對所有教師的教學方法、教學模式提出更高的要求，進而進行了以OBE為導向的、立足于工程認證、培養具有解決復雜工程能力的人才為目標的課程教學改革。以“Java程序設計”課程教學為案例，構建“四位一體”的教學體系，進行新的教學改革探索，對優化教學內容、更新教學方法、合理設置評價體系三個方面進行分析和實踐。

[關鍵詞] Java程序設計;OBE;工程認證;教學改革

[基金項目] 2017年度武漢工程大學教育教學改革研究項目“基于OBE教育模式下的‘Java程序設計課程教學改革的探討”（X2017023）;2020年度武漢工程大學智能機器人湖北省重點實驗室引導基金資助項目“多軸復合機器人的復雜曲線運動軌跡研究”（HBIRL202004）

[作者簡介] 吳 靜（1979—），女，湖北武漢人，碩士，武漢工程大學計算機科學與工程學院講師，主要從事大數據研究;章 瑾（1974—），女，湖北黃梅人，碩士，武漢工程大學計算機科學與工程學院副教授（通信作者），主要從事數據分析研究。

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）16-0072-06 [收稿日期] 2021-09-07

引言

基于學習產出的成果導向教育（Outcomes-based Education，OBE）是目前十分盛行的教育模式。在該教育模式中，要求教學設計和教學實施的目標是學生在教育后取得的學習成果;認為學生學到了什么、是否成功遠比怎樣學習和什么時候學習更為重要[1]。

與傳統的教學模式相比，OBE主要關注四個問題。

是什么——想讓學生獲得的學習成果是什么樣。

為什么——為什么要讓學生取得這樣的學習成果。

如何幫助——如何有效幫助學生取得這些成果。

如何知道——如何知道學生已經取得這些學習成果。

尤其是隨著2013年6月我國成為國際互認的工程教育專業認證“華盛頓協議”簽約成員后，國內高校紛紛開展了OBE工程教育專業建設和教學改革，并參加了中國工程教育專業認證協會主導的專業認證工作[2]。OBE工程教育不但適用于工程型人才的培養，也是目前工程教育專業認證推崇的工程教育模式。

一、程序設計類課程目前的狀況

程序設計類課程，是所有計算機專業學生的必修專業基礎課程，可以稱得上初窺計算機世界的第一步。在多年的教學中，筆者發現在本科二年級結束后，依然有部分學生代碼編寫能力低下，甚至在傳統的C語言與面向對象類型語言中產生混淆，無法將程序設計語言與專業課程相結合。例如數據結構、操作系統、數據庫原理等這些專業必修課程，更有甚者嚴重制約后期專業方向課程以及相關實訓課程的學習。

（一）課程結構：簡單固定

在傳統的程序設計類課程教學中，更關注于課程的結構本身，其教學的安排、日程都是固定的。大多數理論教材中針對每個知識點僅僅給出簡單的例程，告訴學生怎么用，并沒有講解什么時候用。大多數的實例教材中，程序都是大段出現的，與每個知識點脫鉤，學生很難從整體上把握。

（二）教學方法：易滋生惰性

課堂教學方法雖有改進，但主體上依舊是以教師為中心，以語法、理論教學內容為主，在創新思維上還是略有欠缺。雖然近幾年倡導線上線下教學、翻轉課堂等教學模式，因缺乏有效的評價機制，實施效果其實并不理想。學生的學習方法單一，過分依賴教師的課堂教學，容易產生“惰性”：我可以不會，但是教師不能不講。

（三）實踐教學：缺乏分析能力、工程意識

雖然一直致力通過實踐環節提高與培養學生的編程和理論聯系實際的能力，但是在真正的實驗教學中，部分學生表現出調試代碼過程碰到最低級的拼寫錯誤都能花費半天時間，不能根據錯誤提示跟蹤和調試程序等。

此外，工程意識不強。具體表現在編寫代碼過程中沒有注重程序的可讀性，命名不夠規范，缺乏對整個程序的模塊化進行規劃。整個實驗內容因考慮到學生教學效果的參差不齊，多以驗證性實驗為主，綜合性實驗完成得不理想，尤其是專對碼量大時，抄襲現象屢有發生。

（四）能力評估方法：單一片面

舊的考核方式往往是70%卷面、30%平時（作業+實驗），這樣的考核方式過于單一和形式化，導致學生在學習過程中過于關注結論，沒有把握教學重點，教學效果不明顯，也導致教師不能全面了解學生知識的掌握情況。

通過實踐，既讓任課教師積累實實在在的線上教學經驗，又迫使學生改變了學習方法，讓線上線下教學能夠落到實處。

二、Java程序設計課程建設

以學生的學習成果來驅動教學活動，尊重學生個性化發展以及能力差異，是OBE的教育理念[3]。因此，基于數字媒體技術專業培養方案和課程群，以專業能力要求和專業方向課程為起點，反向設計課程體系與教育模式。

（一）課程學習目標設定

在數字媒體技術專業培養方案中，始終貫穿“編程能力培養四年不斷線”的思想。根據學生畢業要求，個體對各類程序語言的興趣、需求以及期望達到的目標不同。將“Java程序設計”課程安排在第三學期，授課學時24個，實驗學時16個。其先導課程為程序設計基礎（C）、面向對象程序設計（C++）;后續課程為移動互聯網開發、移動應用開發訓練、數據庫原理、操作系統等。

因此，在制定教學大綱的時候，要根據該課程支撐的培養目標和畢業要求來確定課程教學目標，從而確定教學內容，按照知識點分為3大模塊，各模塊對應不同的學習單元，并分配不同的學時數，如表1所示。課程支持的培養目標、畢業要求及其指標以及課程模塊之間的關系[4]，如表2所示。CCBA9201-A6B0-4571-932C-502B33326B61

（二）優化教學內容

工程教育專業認證強調的是學生通過學習具備解決復雜工程問題的能力。按照數字媒體技術專業課程體系安排，本門課程學時雖不多，但是所涉及的知識點并沒有減少，理論與實踐并重。在此前的教學中，教學內容多在語法和基礎知識上，雖然在授課中下了功夫，但是效果并不理想。

目前需要優化現有的教學內容，使得邏輯上相關的內容能夠緊密聯系在一起，進行教學內容組織時將前導課程、后繼課程考慮進去，重要的是加強對學生主動學習意愿的引導;強調教師的作用是知識點的總結，向學生介紹學習以及解決問題的方法，幫助學生從整體上把握課程，進而靈活運用所學知識進行工程應用，提高解決復雜工程問題的能力。

對于計算機專業的學生來說，編程能力培養一直是重點，它貫穿了大學四年的學習過程;數字媒體技術專業與數字媒體藝術專業最大的區別就在于此。前導課程程序設計基礎以C語言為工具，是學生進入計算機編程世界的第一個語言，以便更好地掌握結構化、模塊化的程序設計技能;面向對象程序設計課程以C++語言為工具，讓學生掌握面向對象程序設計的基本思想，但是因C++語言本身的復雜性和局限性，學生在理解和使用面向對象方法進行實現時，效果并不理想。由于Java語言的句法更清晰、規模更小、更易學、編程環境更為簡單，因此，在第三學期開設本門課程既能更進一步鞏固、提高學生面向對象的程序設計思維的理解和應用，又能為后續的嵌入式開發、網絡應用開發等課程打下良好的基礎，以促進課程的持續改進。

為了更好地支撐畢業指標要求，對于教學模塊1“Java程序設計面向對象基礎”的教學內容，更多地是利用作業、實例，指導學生課前掌握基礎知識，減少學生的“懶惰”;對于教學模塊2“Java的高級特性”的教學內容，利用C++語言，啟發學生思考以下幾個問題：C++具有而Java沒有的特性、Java具有而C++沒有的特性以及C++和Java都具有的特性。將零散的知識點按照一定的邏輯關聯在一起，既能鍛煉學生查閱文獻能力，又能促進他們思考，并將所有的區分與關聯在實驗教學環節中加以佐證，提高學生使用面向對象思維方式解決問題的能力;對于教學模塊3“Java程序設計應用技術”，引入一個小型的圖書管理系統開發實例，從圖形界面的設計常規類、數據庫連接的嘗試、線程概念的初步理解等方面進行闡述，既讓學生對基于面向對象程序設計方法在系統設計中的使用有初步了解，又能以Java語言為工具，為之后的數據庫原理、操作系統、算法設計、嵌入式開發等課程打下良好的基礎，激發學生的學習興趣。

三、Java程序設計課程實施

在基于OBE的教學過程探索中，理論聯系實際，以學生需求、社會對專業人才的需求為中心，以疫情期間全體師生開展的網上教學實踐經驗為背景，本文提出“線上教學+線下教學+綜合考評+學科競賽”四位一體的教學體系，如圖1所示。即線上、線下教學相結合，利用教學平臺完成的教學過程考核與筆試考核相結合，學科競賽入課堂，四位一體，充分培養學生的創新能力和工程實踐能力，以提高教學質量。

（一）利用網絡平臺，豐富教學資源

進行教學活動前，利用“超星學習通”平臺構建網絡學習資源，為學生提供多元化、自主性強以及更為靈活的學習途徑。教師利用平臺敦促學生課前預習、課后復習;指導學生通過幫助文檔、互聯網查找問題，完成相關作業，以調動學生的學習積極性;使其帶著問題進入教學過程，提高課堂聽課效率，杜絕“懶惰”思想。以變學生被動學習為主動學習，充分實現“我可以不講，但是你不能不會”。

（二）通過課堂教學，查漏補缺

課堂上采用“以學生為中心”的教學模式。整個教學環節分為三個階段。

第一階段，根據前次課程、作業或實驗環節中出現的問題進行交流。問題既可來自學生，又可來自教師根據作業和實驗中出現的問題進行說明、解答。

第二階段，完成本次課堂教學任務。在教學內容上，強調在前導課程、后繼課程與本門課程之間建立邏輯關系;教學方法上讓學生以問題為主導，進行討論和思考。

例如，介紹面向對象特性之一的繼承性使用時，通過拋出問題的方式讓學生回顧前導課程C++中對繼承的使用方法，引出在解決同樣的問題下也可以利用Java實現繼承，啟發學生去比較、思考兩種方法的優劣，以及各自能解決的相關領域上的工程性問題。

再如，介紹Java語言實現多線程問題。學生還沒有學習操作系統課程，對進程、線程的概念不清晰，也不理解，授課時不需要講解得很煩瑣，只需要利用簡單的兩個并發執行的循環結構來生動演示、解釋線程的概念，激發學生的學習興趣，明白知識并不是獨立的，是前后關聯的，以達到持續學習的目的。

第三階段，課程內容的總結。即教師將課程中討論的問題、重要知識點進行歸納總結，提出讓學生思考的新問題。值得稱贊的是，本門課程所采用的是耿祥義老師主編的《Java2實用教程》（第五版），內含70小時的微課視頻教學，利用教程中的微課教學視頻指導學生鞏固知識是非常有效的。這樣整堂課上將課前預習、課中討論、課后作業與實驗有機結合在一起，充分調動學生學習的主動性和積極性，也增強了他們分析問題、解決問題的能力，體現了以學生為中心的教育理念。

（三）優化實驗項目，強化實踐能力訓練

以學生為中心，依據課程目標優化實驗項目。實驗類型包含驗證型、設計型和綜合型三種，既滿足課程目標要求，又具有先導性，為后繼專業課程學習奠定基礎。

驗證類型的實驗是對基礎性理論知識進行深化的環節。這部分實驗內容以Java語言基礎語法、程序結構以及基本的面向對象特性進行的驗證性操作，主要考核學生自我學習能力。例如，Java語言的基本語法部分是交由學生利用線上資源獨立完成的。對于學習過程中出現的問題，鼓勵他們課下和同學討論，使用網絡進行查證;課上課下都可向教師提問。重要的一點就是：引導學生學會提問！在提問前是否利用網絡查閱了相關文獻？是否在提問前查看了幫助文檔？是否在代碼出現錯誤后進行了斷點調試？讓學生了解當“我”（教師）碰到一個問題或調試中出現錯誤時去如何分析、解決問題的。CCBA9201-A6B0-4571-932C-502B33326B61

設計性實驗突出理論聯系實際，需要學生具備一定的抽象思維和工程能力。同一個實驗，滿足不同學習目標學生的需求。例如，設計一個仿Windows系統的“科學”計算器。20%的學生會“依葫蘆畫瓢”完成一個界面簡單、基本能實現“科學”計算功能的作品;75%的學生可以設計出一個界面良好、功能更豐富的作品;還有5%的學生會在原有實驗要求基礎上添加新功能，界面更為美觀。這充分體現了以成果為導向的教學過程，有效提高了學生分析、解決問題的能力。

綜合性實驗允許分小組完成一個B/S模式下的小系統，旨在鍛煉學生的團隊協作、溝通能力，利用課堂教學中的圖書管理信息系統案例將需求分析到概要設計、詳細設計、編碼及測試，按照軟件開發流程，讓學生通過實驗去實踐，融入工程思維。因為知識的局限性，學生完成得并不完美，這很正常。實驗的目的是讓學生開始意識到什么是工程性思維，所學的知識什么時候用。這只是開端，意識形態培養更為重要，“完美”的設計會在后繼課程中進一步完善和提高，保證學習的持續性。

（四）優化教學評價方式，實現綜合考評

在OBE教學模式下，一個持續改進的質量保障體系是教學成功的有力保證。利用兩個線上平臺對學生的學習過程、學習成果進行實時和有效觀測，可以及時對教學方式、內容做出相應的調整。結合工程認證人才培養、畢業生標準的要求，依據課程目標，加強過程性考核，加大平時作業和實驗環節的考核比例。總評成績=平時成績50%+卷面成績50%，其中平時成績由平時作業和實驗組成。

課程目標與考核計算方法如表3所示。課程目標評價內容及符號意義如下：字母A、B、C分別表示學生平時作業、平時實驗、期末考試的實際平均得分;其中，A=∑Ai，Ai（i=1，2，3）分別為平時作業成績中對應課程目標i的內容得分;B=∑Bi，Bi（i=1，2，3）分別為平時實驗成績中對應課程目標i的內容得分;C=∑Ci，Ci（i=1，2，3）分別為期末考試中對應課程目標i的內容得分。其中，平時作業A與平時實驗B之和應為100。

為了保障實驗成績的客觀性、公平公正性，鑒于程序設計課程實驗環節的特殊性，我們使用“希冀計算機專業課程一體化支撐平臺”完成實驗部分的教學。利用平臺的評閱與分析功能對作業進行檢查、查重，既能有效地杜絕代碼的“抄襲”現象，又促使學生加強代碼規范性。程序代碼查重結果如圖2所示。

布置教學任務讓學生利用線上教學平臺——超星學習通，完成課前預習、課后知識的鞏固。學生訪問情況如圖3所示。

（五）鼓勵學生參加學科競賽，培養創新實踐能力

以成果為導向，以學生為中心，培養學生的學習興趣，激發學生程序設計的能力，提高學生的創新實踐能力。除“中國大學生計算機設計大賽”“全國高校藝術設計大賽”“藍橋杯全國軟件專業人才設計與創業大賽”“團體程序設計天梯賽”外，“互聯網+”、創新創業大賽等都激勵學生積極參加。各項比賽中，學生獲得了較好的成績。

四、教學效果

通過對比近兩年同專業兩個年級學生的Java程序設計課程成績（見表4），可以發現學生的學習主動性、問題的分析和解決能力都有所提高。

尤其是在近2年的“藍橋杯全國軟件專業人才設計與創業大賽”Java軟件開發B組競賽中，本專業學生分別獲全國二、三等獎。

立足于工程認證，以OBE教育理念為導向的Java程序設計課程不斷改革探索。本文以學生發展和社會對專業人才需求為中心，明確課程目標，優化教學內容，改進教學方法，優化教學評價方式，實施線上教學、線下教學、綜合考評以及學科競賽四位一體的教學模式。

參考文獻

[1]李志義.適應認證要求推進工程教育教學改革[J].中國大學教學，2014（6）：9-16.

[2]陸鑫.OBE工程教育模式下課程教學設計研究[J].計算機教育，2017（10）：135-139.

[3]謝靜，蔣秀林.以能力培養為目標的Java程序設計課程教學研究[J].西昌學院學報（自然科學版），2020（1）：111-114+119.

[4]吳勁，周帆，王瑞錦，等.OBE模式下的程序設計與算法基礎課程改革探索[J].計算機教育，2019（11）：86-90.

Abstract： In the context of engineering education certification， and in view of the current deficiencies in the teaching of program design courses in colleges and universities， especially the impact of the COVID-19 pandemic， the full development of online teaching has put forward higher requirements for all teachers teaching methods and teaching models. We have carried out curriculum teaching reform based on the concept of OBE orientation， engineering certification， and the goal of cultivating talents with the ability to solve complex engineering problems. Taking the Java Programming course as a example， we explore the ways of teaching reforms by constructing a “four-in-one” teaching system， and practicing in three aspects： optimizing the teaching content， updating the teaching method， and setting up a reasonable evaluation system.

Key words： Java Programming; OBE; engineering education certification; teaching reformCCBA9201-A6B0-4571-932C-502B33326B61