基于OBE理念的Python語言程序設計課程教學改革

余丙軍，郭芬，張永雄 ，王亮明

（1.華南理工大學軟件學院，廣東廣州 510641；2.廣州工商學院，廣東廣州 510850）

OBE是一種先進的教育理念，引入OBE理念是近年來教育部門的一種趨勢。華盛頓協議主張OBE，促進工程學位互認和工程技術人員的國際流動[1]，越來越多的國家成為華盛頓協議的成員，2016年，中國成為華盛頓協議的正式成員國[2]。我國工程技術人才的規模已經居世界第一[3],工程教育決定人才未來[4],為《中國制造2025》提供了人才保障。

2020年華南理工大學軟件工程專業已申請工程教育專業認證，筆者曾參與自評環節的資料準備工作，最初對工程認證相關概念及其關系并不了解，后來經過學院聘請校外專家培訓和自行查閱資料,筆者逐步正確理解相關概念，并將OBE理念應用到筆者講授的Python語言程序設計課程教學實踐中。

OBE主張基于“Outcome”的教育，以學生為本，采用逆向思維方式進行課程體系建設，是一種先進的教育理念。該理念有著深厚的理論基礎，包括泰勒原理（又叫目標模式）、布魯姆掌握學習理論[5]。

學術界對“Outcome”的理解各不相同。顧佩華等學者[5]指出：ABET定義了畢業生的11條能力。濟南大學趙蔚琳等學者[6]提及“成效基準教育”。不少學者(如李志義等[7]、常建華等[8]、劉杰等[9]、肖鵬等[10]、孫傳猛等[11])將“OBE”翻譯成“成果導向教育”，學者對“成果”的理解通常是“獎狀、證書、論文、專利、項目[12]等”。ABET對“Outcome”一詞的原始描述[13]中列舉的全部都是“ability”。

綜上所述，“Outcome”并不僅指“獎狀、證書、論文、專利、項目等”，更指各種能力。因此將“Outcome”翻譯成“成績”更為貼切。

1 傳統教育與OBE的區別

傳統教育與OBE并不沖突，李志義等學者[7]指出“應將成果導向教育理念融入高等工程教育體系中，改革與此不相適應的做法”，因此傳統教育應借鑒OBE，明確教學目標、充分強調持續改進的理念并重視實施持續改進工作。李志義等學者還提出：“基于成果導向教育的高等工程教育教學改革，應著力實現三個轉變，即：從學科導向向目標導向轉變、從教師中心向學生中心轉變、從質量監控向持續改進轉變。”

第一，從邏輯上分析，上述前兩項轉變可以作為改進的內容，因此前兩項轉變從屬于第三項轉變，因此，持續改進才是OBE的關鍵。

第二，無論是傳統教育還是OBE，都存在反饋機制，包括學生的作業情況反饋、答疑情況反饋、考試情況反饋、用人單位反饋、校友反饋等。

第三，基于OBE理念的教育是閉環[6,7]。“開環”和“閉環”是控制工程專業術語，“閉環”指存在反饋回路。基于OBE理念的教育中起點和終點并不重要，因為是閉環，在后面的環節發現問題可以向前反饋信息。傳統教育有反饋就是閉環，學科導向與目標導向是一致的。

綜上所述，OBE所需實現的三個轉變之中，關鍵在于第三個轉變，因而，傳統教育與OBE的根本區別在于OBE更加強化持續改進。

2 Python語言程序設計課程教學存在的問題

教學活動關聯諸多要素,有教師、學生、教學形式、課堂內容、技術應用、評價方式[12],筆者對照上述諸要素，嘗試在教學實踐初期尋找不足，以期望在中后期盡快改進并提高教學效果。

2.1 實踐課時少

我校Python語言程序設計課程是面向非計算機專業本科學生的必修課，采用大眾化的Pyhon語言程序設計類教材。該課程共40學時，其中上機實驗只設計了8學時。經不完全統計，該課程教材上的案例源代碼至少4.5萬個字符。倘若學生逐一調試這些源代碼，僅錄入代碼就至少需占用5-6學時的時間，程序結構設計、算法設計、在線測試和上機實驗等學習任務還需要占用一些時間。因此僅依靠設計的8學時遠遠達不到學習目標。

另外，時間緊、內容多，教師沒有充足的時間給學生現場演示程序代碼案例的調試運行，僅通過在PPT上貼圖展示，難以達到預期的教學效果。

2.2 缺少復雜綜合的案例

考慮到我校該課程面向非計算機專業學生設置，絕大多數學生在本科學習生涯中沒有機會進一步學習計算機語言類實訓實習課程，因此,至少需要設計一個復雜綜合的案例,以拓寬學生視野，充分培養學生協作處理綜合問題的能力, 激發學生的團隊精神。

2.3 教學設備不完全匹配編程需要

教師授課時經常存在演示代碼調試的需求；演示和播放PPT課件期間，有時候需要強調一些內容，而存在板書或做標記的需要。教師或是在PPT上標記或錄入，需要操作鼠標和鍵盤，效率低，或是在白板上板書。而這使得內容多、課時安排緊張的問題更加突出。

3 Python語言程序設計課程教學改革

3.1 確定教學目標與能力矩陣

首先，明確該課程的教學目標，參考ABET官網文檔[13]，為該課程設計出一系列目標“Outcome”：a.有效溝通能力；b.團隊協作能力；c.解決實際工程問題的能力；d.流程設計能力；e.實驗設計和驗證能力，建立該課程的能力矩陣見表1。

表1 Python語言程序設計課程能力矩陣

其次，針對該課程教學活動中存在的不足提出以下改進措施。

3.2 實事求是調整教學大綱

Python語言程序設計課程實踐性非常強，學生在學習過程中，隨時需要在計算機上動手操作，對教師講解的內容進行驗證，同時增加對知識點的理解和記憶。目前該課程教學大綱規定：總學時40學時，上機實驗課占8學時。大綱設計者可能考慮到該課程內容多，總學時有限。但上機實驗學時僅占1/5的方案不是科學的時間分配方案，建議更改教學大綱，使上機實驗學時占該門課程總學時的比例超過40%[14]。

3.3 設計復雜綜合的案例

筆者設計了一個有一定復雜度的綜合案例，源代碼超過200行，具體功能是在服務端修改至少兩個客戶端的IP地址。該案例需要兩名學生合作完成，學生甲完成服務端編程，學生乙完成客戶端編程，甲乙同時聯合調試代碼并打包運行。該案例涉及 winreg、os、socket、pyinstaller等多個模塊，涉及順序結構、分支結構和循環結構三種基本結構，涉及函數及其參數傳遞、列表、文件的讀寫和程序的異常處理等多個知識點，非常適合本科學生學習。該案例關鍵算法是：服務端從本地文件讀取IP等信息，封裝成消息發往客戶端；客戶端先搜索注冊表找到有效網卡，再依據網卡ID找到修改IP的名值對所在鍵，再解析從服務器收到的消息，得到IP等信息，并修改名值對。由于該案例需要兩名學生配合完成，因此可以鍛煉學生的溝通能力和團隊協作能力。Socket編程涉及到“三次握手”[15]，因而還能培養學生流程設計的能力。

3.4 利用在線實驗平臺考勤

目前教學設計為一名教師每堂課面對上百名學生，考勤存在一定難度。現場點名，花費約10min；使用AI工具統計，存在泄漏個人隱私問題，坐在后面的學生容易被顯示器阻擋而未被統計；使用信息系統統計，存在學生通過他人代登錄帳號作弊的可能，而教師忙于授課無暇查驗。

本文通過使用在線實驗平臺，給學生布置8-10min的課堂小測，并設置較短的有效測試時間。學生即使在現場，也難以按時做完試題；因此，可以根據課堂實到總學生人數（通過其他系統獲取開機總數，減去開機但處于空閑的機位數量），課堂小測完成的學生人數，以及實驗平臺日志甚至監控系統的數據，教師基本可以判定學生的出勤情況，從而實現高效考勤，既解決了教學過程中的考核公平性問題，又提高了有限的課內學時的利用率。

3.5 使用屏幕同步軟件

據反饋，部分學生看不清屏幕上的內容。該問題可以通過使用屏幕同步軟件來解決，同時還能利用該軟件鎖定學生屏幕的功能，防止學生打游戲或看電影，效果顯著。另外，使用屏幕同步軟件既方便學生拍清晰的照片留存，也方便學生做筆記，有利于學生學習理解。

云機房中，教師和學生用機模式稍有不同，需要先連接遠程虛擬桌面，在虛擬桌面系統上進行教學。但由于每個座位所對應的本地系統唯一而虛擬桌面系統不唯一，所以屏幕同步軟件必須安裝在本地系統上。考慮到學生使用的優盤等USB設備默認自動映射到遠程虛擬桌面，教師使用屏幕同步軟件教師端之前，須手動設置，使屏幕同步軟件的加密狗（USB接口）保留在本地系統。

3.6 改造教學設備

針對教師授課時板書不方便、板書效果不佳和板書效率低的問題，本文考慮通過增加寫字板解決。播放PPT時，教師直接使用畫筆在寫字板上板書和做標記來實現在PPT播放頁面上寫字和畫線做標記，非常高效便捷。

云機房中，教師播放PPT文件在遠程虛擬桌面中進行，為了避免在遠程和本地兩個桌面之間來回切換，須將USB接口的寫字板映射到遠程虛擬桌面。

4 結語

傳統教育需借鑒OBE，高度重視并持續改進教學活動。教師在云機房中使用教學軟件和教學設備，需遵循云機房的特點稍作調整。筆者在教學初期就發現教學中存在的上述問題，后來及時調整并實施上述各項教學改革，課程也全部作為實踐課及時調整安排到計算機實驗室進行，問題全部得到解決。