學科交叉背景下基于OBE理念和UbD教學設計模式的C程序設計教學改革探索

摘 要 為解決非計算機專業C程序設計課程傳統教學中存在的問題，提出“1+2+3+X”課程改革思路，圍繞C程序設計課程目標，結合OBE理念和UbD教學設計模式，從學生專業、課程思政和以賽促學三個關鍵維度進行課程深化與提升，并采用過程化考核方式，推動交叉學科專業的C程序設計課程教學改革，進而增強學生的學習效果和實踐能力。

關鍵詞 OBE理念；C程序設計；UbD教學設計模式；課程思政；以賽促學

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）16-0086-04

0 引言

在數字化時代，許多非計算機專業領域受益于計算機編程技能，例如醫學信息專業可以使用編程處理大量的基因數據，測控技術可以使用編程高效、實時地對數據進行采集、處理和控制等[1]。C程序設計不僅是計算機專業的專業基礎課，也是機器人工程、機械工程、智能制造等新工科專業的學科基礎必修課，旨在培養學生的編程技能，提高學生的邏輯思維能力，拓寬學生的就業道路，增強學生的科技素養。

1 課程目標

C程序設計課程目標分為知識目標、能力目標、素質目標和思政目標四個層級，旨在培養新工科應用型人才。

1.1 知識目標

理解程序設計的基本概念和面向過程的程序設計思想，了解C編程語言的基本語法、數據類型、控制結構等基礎知識，熟悉常用的C語言庫函數，如標準輸入輸出函數、字符串處理函數、數學函數等，并能夠正確使用這些函數。

1.2 能力目標

能夠編寫簡單的C程序，包括基本的輸入輸出、數據處理和邏輯控制等，學會調試和優化程序，能夠發現并修正程序中的錯誤，提高程序的運行效率和穩定性，具備運用所學C語言知識和程序設計技術分析與解決本專業復合工程問題的能力。

1.3 素質目標

培養學生的編程思維和邏輯思維能力，培養良好的代碼規范和編程風格，增強創新意識，鼓勵學生通過實踐和創新，提高預測、分析和實現項目的能力，提升解決問題的耐心和毅力，培養應對挑戰的積極態度。

1.4 思政目標

積極培育社會主義核心價值觀，踐行中華優秀傳統文化教育，樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀；樹立正確的勞動觀念，切實提升心理素質，增強干事創業的信心。

2 傳統C程序設計教學中存在的問題

2.1 學生基礎參差不齊

C程序設計開課學期為大一下學期，非計算機專業的學生在計算機基礎知識、編程基礎和動手能力上存在較大差異：一部分學生中學期間開設有計算機相關基礎課程，受家庭環境或個人愛好等影響，開課前已具備一定的計算機基礎、編程思維、科技素養等；還有一部分學生所在地區教學資源落后，中學沒有開設計算機課程，對計算機的理解僅僅停留在上網聊天等[2]。

2.2 學生對編程有畏難情緒

編程對于初學者來說較為困難，尤其是涉及復雜的語法和算法時，由于編程思維的欠缺，非計算機專業學生可能對編程產生畏難情緒，缺乏學習動力和興趣。另外，計算機專業教師可能使用較多的專業術語和技術語言，而非計算機專業的學生可能對這些術語不太熟悉，會在課堂上感到困惑，難以理解教學內容。

2.3 缺乏思政教育

在傳統的C程序設計課程教學中，通常更側重教授技術和編程知識，強調實用性，缺少對學生思想政治教育的關注，很少涉及與計算機倫理、社會責任和法律規定相關的問題[3]。此外，計算機科學和技術領域的迅猛發展帶來一系列的倫理和社會問題，如隱私保護、數據安全、算法偏見等。傳統的程序設計課程未必為學生提供足夠的機會去討論和思考這些問題，從而缺乏對于科技發展背后的思想和倫理層面的關注。

2.4 缺少學科交叉思維的培養

非計算機專業的C程序設計課程一般是由計算機專業教師主講，他們可能更傾向于從計算機科學的角度講授C程序設計課程，強調編程語言的基本概念和技術細節。而非計算機專業的學生可能更關注如何將編程技能應用到自己的專業領域，希望能夠從跨學科的視角理解編程的應用和意義。缺乏實際應用場景及學科交叉思維會使得教學內容無法與學生的專業背景融合，導致教學內容與學生的專業背景脫節。

3 課程改革思路

3.1 OBE理念

OBE（Outcome-Based Education）指的是基于學習產出的教育，其核心思想是以學生的學習成果為導向，而不是以教學內容、教學時間或教學方法為導向[4]。它是一種教育理念和教學方法，強調學生的學習成果和目標。OBE的核心理念是將學生的學習成果作為教學的中心，以確保學生在完成學習過程后達到特定的目標和能力[5]。

3.2 UbD教學設計模式

UbD（Understanding by Design）教學設計模式全稱為理解為先的教學設計模式，是美國當代教學改革專家格蘭特·威金斯（Grant Wiggins）和杰·麥克泰（Jay McTighe）提出的一種教學設計模式[6]。它強調在設計單元教學時，運用引導性問題幫助學生從解釋、釋義、應用、洞察、移情和自知六個維度達到深入持久的理解[7]。該模式包括學習目標、教學評價、教學活動三個階段，旨在促進學生有意義地學習。

3.3 “1+2+3+X”改革思路

為解決上述C程序設計教學中的問題，本研究擬融入“1+2+3+X”課程改革思路：“1”是指圍繞一門基礎必修課C程序設計課程目標；“2”是指結合OBE理念和UbD教學設計模式；“3”是指從學生專業、課程思政、以賽促學三個維度進行課程拔高；“X”是指課程考核方式為過程性評價。改革思路示意圖如圖1所示。

4 具體改革措施

4.1 結合學生專業設計課程案例

教師在進行教學設計時，結合學生專業設計教學案例或者實驗內容，發展和深化學生對C程序設計課程的理解，按照“學習目標—教學評價—教學活動”三階段逆向設計。首先，制定學習目標時結合學生專業，要求學生能將C程序設計課程的知識結合專業課完成項目，確定達到持久理解的預期目標；其次，以學生的學習成果為導向，根據預期目標設置教學評價，包括教師評價、學生評價、競賽加分等；最后，設計教學活動次序，列出主要教學活動。

通過結合不同專業的知識，C程序設計課程可以作為一個橋梁，連接計算機學科與其他學科，有助于培養學生的交叉學科思維，讓學生能夠更好地理解不同領域之間的聯系和相互影響。利用專業知識設計的教學案例通常涉及實際問題的建模和解決，學生在分析、設計和實現這些案例的過程中，能學會如何運用編程技能解決實際問題，感受到編程不僅僅是理論上的知識，還是能夠解決實際問題、提高工作效率的工具。此外，結合專業的教學案例鼓勵學生從不同角度思考問題，提出創新性的解決方案，這種教學方式有助于培養學生的創新思維和創造力，讓學生在專業領域發揮編程技能的優勢，提升學生在求職過程中的吸引力。

機器人工程專業設計一個簡單的機器人控制系統，使用C語言編寫程序控制機器人的運動，如前進、后退、左轉、右轉等，并結合傳感器數據，實現機器人的避障功能；機械設計專業編寫C程序實現機械零件的參數化設計，并輸出零件的幾何尺寸和形狀信息，通過輸入不同的參數，生成不同尺寸的零件模型；電氣工程專業編寫C程序控制嵌入式系統，實現電路的控制和調節功能，并通過C程序實現電路故障診斷和自動化測試功能；醫學信息專業利用C語言開發一個簡單的醫療數據管理系統，實現醫療數據的錄入、查詢和統計功能，并編寫C程序處理醫學圖像數據，如圖像增強、分割、特征提取等，實現醫學數據分析和挖掘算法，幫助醫生進行診斷和治療決策；測控技術專業搭建測控硬件平臺，設計一個基于C語言的測控系統，實現數據的實時采集、處理和控制等。

4.2 課程思政

思政教育是課程教育的重要一環。首先，明確C程序設計課程的思政教育目標和能力；其次，以學生的預期學習成果為中心，結合思政目標設置思政教學評價；最后，通過創設真實的學習情境、提供豐富的學習資源、引導學生進行深入思考和討論等方式，幫助學生更好地理解和接受思政教育的內容，提升學生的思想政治素養和綜合能力。

同時，課程教學大綱中融入思政教育的相關內容與要求，增強教師課程思政意識，積極踐行課程思政改革，梳理中國計算機技術發展史，結合社會熱點時事和學生日常行為，挖掘蘊含于專業課程中的思政元素，完善課程思政案例和教學設計方案，無痕融入課堂教學，增加思政元素融入課程教學的比例，提升課程育人功能。課程思政主要融入點如表1所示。

4.3 以賽促學

為了培養學生的編程思維和邏輯思維，增強實踐動手能力和合作精神，課程不僅將“藍橋杯”軟件和信息專業人才大賽、ACM國際大學生程序設計競賽等計算機類競賽引入課堂，還融入學生專業與編程相關的競賽，如世界機器人大賽、全國大學生電子設計競賽、中國人工智能大賽等。

在課程設計中，教師團隊結合課程內容，設計一些基于課程知識點并具備一定挑戰性和趣味性的編程挑戰或競賽任務，讓學生運用所學知識解決實際問題，提升編程技能。此外，定期組織校內編程競賽，并設立不同的難度級別，以適應不同水平的學生，鼓勵學生積極參與。對于在競賽中表現優秀的學生，給予課程加分或證書等獎勵。每次競賽結束后，教師和學生都進行總結與反思，分析競賽中的成功與失敗原因，總結經驗教訓，為下一次競賽做好準備。同時，將競賽中的優秀作品和解題思路進行分享與交流，讓更多的學生受益。

4.4 過程性評價

課程采用過程性評價和期末上機考試相結合的辦法進行考核。其中，過程性評價占總成績的50%，包括在線預習、課堂表現、作業評價、階段測驗、線下實驗評價等，鼓勵學生投入更大精力專注于平時的學習和價值觀塑造，促進學生動手能力、實踐技能的培養和思想素質的培育。

5 結束語

教學改革是一個持續不斷的過程，需要在實踐中不斷探索與完善。本文圍繞交叉學科背景下C程序設計教學改革展開深入探討和實踐，對OBE理念和UbD教學設計模式進行理論分析，在C程序設計教學中進行應用實踐，深刻認識到跨學科融合對于提升學生的綜合能力和創新思維至關重要。在教學改革過程中，結合具體的教學實踐情況不斷調整和優化教學設計，取得較大的成績。然而，實踐中還存在一些問題和挑戰，如教師素質、課程資源等方面的不足，需要進一步改進和完善。在未來的研究中應繼續探索跨學科教育的路徑，不斷改進教學方法和內容，以期為推動我國高等教育質量提升、培養更加符合社會需求的人才作出更大的貢獻。

6 參考文獻

[1] 肖廣德，王者鶴.高等教育數字化轉型的關鍵領域、內容結構及實踐路徑[J].中國高教研究，2022（11）：45-52.

[2] 王彥，趙潔，朱輝生.一流課程建設背景下C程序設計課程改革[J].計算機教育，2024（2）：117-121.

[3] 張芳芳，姜翠美，肖中俊，等.程序設計基礎課程思政建設[J].高教學刊，2023，9（19）：189-192.

[4] 張男星，張煉，王新鳳，等.理解OBE：起源、核心與實踐邊界：兼議專業教育的范式轉變[J].高等工程教育研究，2020（3）：109-115.

[5] 生龍，馮文豪，閆景富，等.控制工程多學科交叉復合教學及信息化研究[J].高教學刊，2024，10（8）：137-140.

[6] 秦琴，師建梅，史俊芳，等.逆向教學設計視域下提高“十四五”時期高等教育質量探賾[J].中國中醫藥現代遠程教育，2024，22（5）：23-26.

[7] 李保勤.新時期UbD模式的嬗變[J].教學與管理，2021（18）：16-18.

*項目來源：河南省本科高校課程思政樣板課程“C程序設計B”（教高〔2022〕400號）。

作者簡介：李娜，講師；常萬軍，副教授；劉丹，教授。