基于OBE理念的新工科大學計算機一流課程建設研究

李佳

關鍵詞：新工科；一流課程建設；計算賦能；OBE

近年來，互聯網+、人工智能、5G通信等新技術的發展，新興產業已經成為國家戰略目標。在以信息技術創新性革命為主要特征的社會轉型階段，傳統的應用技術型人才已經不能滿足新經濟發展的迫切需要，高等工程教育需要培養新工科人才[1]。隨著近五年來國家統籌推進“雙一流”建設，我國工程教育專業認證體系實現了與國際接軌，為新工科教育提供了良好的發展環境[2]。

自20世紀90年代起，我國所有高等院校面向所有的大一新生開設大學計算機課程。該課程是學生在高等教育階段接觸的第一門計算機課程，具有啟發性和導論性的特點，屬于培養學生信息素養的通識類課程[3]。新時代、新形勢下，大學計算機課程的教學改革需要在面向計算思維能力和工程思維能力兩個維度下，由以知識技能為中心轉向計算賦能[4-5]。本文探索構建符合新工科需求和一流課程標準的大學計算機課程教學的有效實施路徑。

1 基于OBE 理念構建新工科大學計算機課程設計思路

2018年8月，為提高我國高等教育階段課程教學質量，教育部提出“一流課程”的建設標準，即要求課程符合創新性、高階性和挑戰度。然而，很多教師把傳統教學內容的網絡化和視頻化作為課程的創新性。這種方法雖然提升教學信息化水平，究其本質仍是以知識為中心的傳統教育方式，缺乏對課程教學目標宏觀規劃和設計。課程改革需要基于OBE（Outcomes- based Education，成果導向）教育理念，遵循新工科教育內涵，才能契合“以學生為中心”教學初心，有效組織推進課程實施過程，提升課程教學質量。

1.1 OBE 教育理念內涵

OBE教育理念發源于20世紀70年代的美國，與傳統教育理念不同，OBE教育理念不是以課程結構為中心，而是更注重學生個性化培養和學習過程體驗。教學的時間資源和空間資源不再是固有的內容，而應該能夠根據學習者的需求，提供可以支持個性化選擇的課程資源。OBE教育理念下，教學評價方式不是唯分數論的，而是根據課程教學目標制定出清晰可定義的教學評價標準，多元化的評價方式有利于學生可持續成長和發展[6]。

1.2 基于OBE理念構建新工科大學計算機課程設計框架

利用OBE教育理念指導課程的教學改革實踐，是實施成果導向教育的重要環節。國內已有很多學者將OBE理念應用到大學計算機課程中的實現途徑，杜文潔提出在大學計算機課程教學中根據學生基礎和專業，進行分層次差異化的教學模式[7]；盧愛臣提出在教學設計和實施過程，以CDIO項目牽引知識，培養學生計算思維、工程思維和系統思維的能力[8]；屈微提出結合計算機競賽，開展CDIO-OBE模式的計算機實踐教學[9]；張玉認為在計算思維課程引入OBE理念，有利于培養學生計算思維、創新思維和自主學習能力[10]。將OBE教育理念融入新工科教育中，需要經歷“學校- 院系-專業-課程”四個層面的落實，即從課程頂層設計、課程資源建設、教學實施過程和學習成果評價四個方面進行頂層設計[11-12]。

以新工科教育為方向，遵循OBE理念和CDIO思想，完成大學計算機課程頂層設計，需要明確教學目標、課程目標、課程資源和教學過程，如圖1所示。課程的頂層設計過程中，課程構想階段，需要依據教育目標，制定符合新工科教育要求的課程教學大綱。課程設計階段，借助智慧教學平臺，實現課程資源信息化、網絡化。課程的實施階段，在教學過程中，利用混合教學模式及現代化教學手段，落實個性化培養教學模式。課程的運作階段，采用過程化考核模式，可以對學生學習成果進行的多維度評價。課程的全教學過程，遵從“以生為本”的教育思想，培養具有計算賦能的復合型應用人才。

大學計算機課程目標不能局限于對計算學科知識點的教學，而是將課程目標定位在解決問題的方法和能力上面，即以培養學生計算思維能力、工程思維啟蒙和必要計算學科知識傳授。課程的教學目標應具備高階性和先進性，既能讓學生看到未來，又能讓學生得到現階段解決問題的方法。課程的授課內容圍繞計算學科根基性知識、經典理論和算法作為，將計算思維和工程思維通過經典的教學案例滲透給學生。作為通識類課程，本課程的師資隊伍建設也應該具備多學科背景。為了滿足多層次學生需求，通過引入MOOC資源來拓展課程內容的深度和廣度。根據專業特點和學校特色構建課程的SPOC資源，來實現個性化教學的目標。避免學生重理論輕實踐的情況發生，課程需要加入實驗實踐教學環節，采用通識度強的虛擬實驗案例，錄制專業特色教學案例，這些可作為學生選學或課外拓展教學資源。課程具體教學過程中，可以采用線上線下混合教學模式，充分利用線上學習平臺，創建課程資源、落實日常教學任務、開展師生互動和生生互動，利用數據分析獲取學生學習質量，幫助教師了解學情。

2 面向新工科建構大學計算機一流課程改革措施

一流課程建設是深化新工科建設水平，推進高校教育質量發展的關鍵。2020年吉林化工學院大學計算機課程獲批首批國家級線上線下混合式一流本科課程。為進一步提升本課程的教育內涵，課程組再度優化教學內容，創新教學模式，構思教學活動，探索出適用當前教育形勢的“MOOC+SPOC+翻轉課堂”的新型課程模式。

2.1 利用兩個平臺打造線上線下混合教學模式的在線學習空間

將中國大學MOOC平臺和學習通在線平臺，作為開展“MOOC+SPOC+翻轉課堂”混合教學模式的課程教學空間，引入了哈爾濱工程大學的國家級一流在線課程大學計算機——計算思維導論，創建了本校SPOC教學空間。中國大學MOOC平臺上的教學空間對原有MOOC資源進行了重構，刪減了一部分教學內容，增加了具有本校專業特色的計算思維案例資源，并開放了討論區，供全校學生進行在線討論和交流。

課程組利用學習通平臺，以教材章節為線索，發布課程相關視頻資源、課件、習題和閱讀資料等多媒體教學內容，形成了一套覆蓋全課程教學，連接線上和線下教學活動的在線智慧教學空間。

2.2 設計新工科實踐案例形成新工科實驗體系

設計和創建課程的實驗實踐教學環節，分為虛擬實驗和工程教育兩個方向。虛擬實驗的教學是讓學生體會計算思維，思考和模擬計算機解決問題的過程。工程教育偏向前沿技術，介紹工程案例中常見的解決問題方案，個別案例中增加程序設計任務，激發學生學習興趣。

對于零編程基礎的大一新生，引入程序設計案例，一方面鍛煉學生的實踐能力，另一方面也是課程挑戰度的體現。課程選擇Python程序設計語言作為編程工具，因為Python語言是目前最接近人類自然語言的編程工具，易于學生理解和掌握。為了讓學生完成程序設計任務，課程資源提供了多種保障措施。首先，為相關的實驗提供了該實驗所需必要的Python語法。其次，將實驗過程分解成不同的小任務，引導學生完成實驗任務。最后，設計相關討論題目，讓學生總結歸納案例中的計算思維，留置疑問引導學生創新。

2.3 多元化教學活動融合線上線下混合教學過程

課程遵循BOPPPS教學模型，實施和推進每個知識單元的線上線下混合教學進程。通過學習通智慧教學平臺上的多元化教學活動，融合了線上教學空間和線下教學空間。針對具體的知識單元，教師根據教學內容為學生發布導學方案，讓學生帶著問題去閱讀線上教學資源。教師針預習內容設計討論題或者測驗，獲取學生的疑問和知識誤區，并以此為依據設計線下精講階段教學內容，從而達到以學生為中心的線下精講教學課堂。線下教學也可以采用翻轉課堂方式，由學生分享預習成果，增加了師生和生生交流，發生了學生主動學習行為，促進學生深度思考。課后，通過學習通平臺發布作業或小組任務，鼓勵學生總結和討論，教師通過討論和回帖的方式，實現個性化的指導。

針對課程的實驗教學部分采用了PBL教學模型，分為教師引領型PBL實驗任務和學生自主型PBL實踐任務。教師引領型PBL實驗任務，是以知識單元為單位開展，用以幫助學生理解理論內容的實驗環節。此部分內容，通過案例驅動實驗教學，將實驗任務分解為多層級的教學活動，由師生共同完成。學生自主型PBL實踐任務，是一種綜合性的實踐任務，通過小組合作的方式，由學生進行自由探究。此部分內容，以小組為單位對課程中所學內容進行總結和分享，學生可以講解對某部分知識點的理解，也可以為解決某個問題提供解決方案，或者通過某個算法去求解問題的答案。此部分內容，鍛煉了學生實踐創新能力，表達能力，團隊合作能力，從而加強學生思辨能力和工程能力的培養。

2.4 借助課程思政打造有情懷的課堂

課程組圍繞資源建設課程，憑借特色育人育才教學目標，實施全方位的大學計算機課程思政建設路徑。課程以新工科和計算學科為背景，充分挖掘課程思政元素，并將思政元素潤物無聲地融入課程線上線下教學資源中，積累了集知識、能力、素養三位一體的課程教學大綱、典型教學案例設計、課程教案等系列教學資源，完成了適應新工科建設需要的課程在線資源建設，也積累了課程思政素材庫、特色資源微課視頻庫。

思政元素，并將思政元素潤物無聲地融入課程線上線下教學資源中，積累了集知識、能力、素養三位一體的課程教學大綱、典型教學案例設計、課程教案等系列教學資源，完成了適應新工科建設需要的課程在線資源建設，也積累了課程思政素材庫、特色資源微課視頻庫。