基于OBE理念的C语言程序设计课程改革实践

黄继海,刘秋菊，姜 宇，许镔督

(郑州工程技术学院 信息工程学院,河南 郑州 450044)

一、引言

在计算机与人工智能迅速发展的今天，社会急需一批动手能力强的应用型人才。C语言程序设计作为计算机类本科专业的一门专业基础课程，是面向对象C+ +程序设计、单片机原理及应用和嵌入式系统等课程的先修课程，适用于智能科学与技术、电子信息工程和物联网工程等专业软硬件层次的开发语言，在课程体系中起着至关重要的作用。在课程体系与知识结构上以及在编程思维、实践能力的塑造性上，这门课程对智能科学与技术专业和电子信息工程专业非常重要，甚至贯穿四年不断线。

该课程也是大一新生在对专业认识还比较模糊的前提下接触到的第一门编程课程。如果还是以传统的教学方法“填鸭式”教学[1]，学生学习的积极性会随着课程难度的增加逐渐降低甚至丧失，直接导致课程的教学效果不佳，进而影响与该课程关联紧密的课程的学习，教学质量难以保证。具体表现在：以教师为中心，重理论轻实践，教师讲授重在理论教学部分，实践部分讲授指导较少或实践设计内容较为零散，缺乏专业工程应用；教材内容未能及时融入新技术；考核方式单一，很难准确把握学生对知识的理解。

本文从课程培养目标的重定位、以学生为中心的课程教学设计、产教深度融合模式、加强实践环节的教学与指导、注重学生实践能力培养、融入课程思政等几方面，阐述了基于OBE理念的C语言程序设计课程教学改革方案，在该方案中融入工程教育模式，对进一步深化C语言程序设计课程教学改革与探索具有深远的意义。

二、OBE理念

OBE(Outcome Based Education)成果导向教育是遵循结果导向，反向设计教学体系的教育模式[2]。与传统的以教学内容为中心的理念相比，OBE强调“以学生为中心”“成果导向”与“质量持续改进”。这就要求教师和学生首先要明确教与学的目标，即要取得的学习成果，学习成果不仅包含书本上的知识，也包括能力和素养。其次，在教学内容、教学方法和教学过程的选择和行为方式上都要以学习成果目标为驱动，以学习成果目标的达成度作为教学评价的重点，采用多元和阶梯式的评价标准，在教与学的过程中根据发现的问题及时做出调整，为下一轮教学做准备。

成果导向教育如图1所示，整个系统是一个闭环反馈系统。

图1 基于OBE理念的教育模式

在新工科教育背景下，工程教育认证也全面融入了OBE理念。工程教育认证的过程为：首先确定认证专业的培养目标，同时按照工程教育认证的标准给出毕业生所具备的毕业要求，设置课程体系、师资队伍、教学条件都是围绕这一要求展开的，对毕业生的毕业要求的达成度则是通过对各个教学环节的实施加以说明的，其中合理的课程体系是达成毕业要求的关键，因此，在新工科背景下，基于OBE理念的课程改革势在必行[3-4]。

本文遵循 OBE教育模式，结合智能科学与技术专业的培养目标及 C 语言课程的教学内容，提出本课程的最终学习成果：

(1)掌握程序设计的基本方法，形成模块化程序设计的逻辑思维能力，并逐步形成正确的程序设计思想。

(2) 能够熟练地使用 C 语言进行程序设计，能运用合理的控制流编写清晰高效的程序，具备分析与解决专业相关的实际问题的能力。

(3)为本专业后继课程及其他程序设计课程的学习和应用打下良好的知识基础与技能基础，同时促使学生养成良好的学习态度，为其将来从事专业活动和未来的职业生涯打下坚实的基础。

三、基于OBE理念的C语言程序设计课程改革

(一)重定位课程培养目标

C语言程序设计在许多工科类专业中作为专业基础课程，具有很强的应用性。以笔者所在学院为例，电子信息工程、物联网工程和智能科学与技术本科专业都开设这门语言课程，而且这3个专业对C语言程序设计的培养目标基本一致，课程对毕业要求的支撑重点包括3个方面：软硬件问题分析、设计解决方案、软件开发与调试[5,6]。由此就可以确定课程的教学目标为：学生通过学习C语言的基本语法规则，熟悉并掌握一些较为简单的算法，具备计算思维和分析问题的能力；通过实验环节，增强动手能力，巩固所学的理论知识，并初步积累编程经验；通过课程综合实践，增强学生分析问题和解决问题的能力，激发计算思维和创新性思维，进一步解决一些比较复杂的程序课题，为今后专业学习奠定坚实的编程基础。

C语言程序设计课程的培养目标如表1所示。

表1 C语言程序设计课程的培养目标

(二)以学生为中心的课程教学设计

受传统大学学科教育的影响，在C语言程序设计的课程教学中，沿袭以教师为中心的传统教学模式，注重知识的传授，忽视学生能力的培养。教学内容偏理论化，强调知识体系的完整性、全面性，缺乏趣味性。教师虽然能够很容易地进行教学的组织管理和教学过程的调控，但学生被动地接受知识，学习效果欠佳。

表1中的“实现环节”就打破了传统的教学方式，为了实现学习目标，结合现代网络技术与信息技术，以学生为中心，实施学生线上自主学习、线下面授有机结合的方式开展翻转课堂与混合式教学。以具体案例为驱动，课前通过教师提出问题，学生线上自主预习学习，课堂教师组织对案例分析，解决学生学习过程中的疑问；在实验课中安排小组讨论，教师讲解语法与总结常见错误等不断提升学生参与课堂的积极性，避免了教师的一味说教。结合案例分析介绍知识点，重视计算思维的培养，提倡算法的多样化，同时拓展创新思维，发挥师生的创新能力，使学生不仅从应用的角度汲取知识，而且还要为了解决问题而主动去挖掘知识点，学生的学习能力和实践能力不断得到提升。真正做到“教师强起来”，“学生忙起来”。例如，在讲解循环结构时，为了完成学习目标，制定该模块的教学过程如表2所示。

表2 循环结构模块教学过程

(三)产教深度融合

在课堂教学中，注重学生创新思维的培养以提高学生的达成度。在设计任务时结合实际项目让学生进行拓展训练，项目选取的是课程组设计的一款智能化产品——医用智能配药机。该医用智能配药机是依据“药品集中配置理论”模型和“静脉用药配置工艺标准化”概念研发而成，能够通过无线模块多机联合使用，具有快速、精准、安全、轻松配药的优点，目前已经在很多三甲医院的静脉用药调配中心使用。把项目的软件部分提取过来让学生进行创新训练，该医用配药机的总任务框图如图2所示。

基于智能科学与技术专业的培养目标，以 OBE 教学理念的最终学习成果为出发点，并结合具体的情境来设计教学内容，以便有效地培养学生分析问题、解决问题的能力和创造性思维。基于上述项目设计出“智能配药机控制系统”作为教学案例，将C语言课程知识点构建在综合项目当中，让学生“从做中学”，有助于巩固已学知识。 在研究和分析“智能配药机控制系统”所需要的知识结构的基础上，本文根据该综合项目对应的 C 语言知识点，将项目划分为 9个子模块，每个子模块包含了达到其实际能力所要完成的任务，涵盖了教学内容的所有知识点，并遵循了知识的连续性和扩展性，如表3所示。

图2 医用智能配药机任务框图

通过对医用智能配药机的分析，引导学生注重身边存在的实际需求，培养学生的创新性思维，通过程序调试、测试机器的功能等过程，让学生有满满的成就感，也极大地激发他们自主学习的兴趣和对专业知识领域的探索欲望。利用以学生为中心的课中授课，有效解决了学生的疑问，提高了学生分析问题和解决问题的能力，从而提升课程的高阶性，突出课程的创新性，增加课程的挑战度。

表3 C语言课程模块化教学任务表

(四)加强实践环节的教学与指导，注重学生实践能力培养

C语言程序设计课程的实践教学包括课内实验8学时、一周的课程设计和课外的开放性实验、创新性实验。实践环节是增强学生动手能力、创新能力、分析问题解决问题能力的关键环节。为了更好地达到实践环节的培养目标，课内实验一般提倡学生在业余时间先写好，课内有限的时间主要是用来调试和解决错误，避免学生把大部分课内时间都用于录入代码。课内实验环节的考核成绩按照学生任务的完成情况确定。课程设计主要选取综合的应用，课外的开放性实验和创新性实验主要是通过学生参与到学校的开放实验室项目、创新创业项目和教师的课题进行的，鼓励学生自主创新和创造发明。在指导教师的带领和学生的积极参与下，学院也给予经费支持，学生的创新能力得到进一步提升。

学生参与课程组利用C语言编写的“郑州市宠物管理系统”“医用智能配药机项目”“自行车运动员机能状态数据分析平台”，取得了“郑州市科技进步二等奖”“全国创新创业大赛二等奖”等成绩，学院学生参加2019年全国大学生电子设计竞赛，智能巡线机器人项目获得国赛二等奖1项、河南省一等奖3项的好成绩。学生的学习能动性、课程学习的广度、解决问题的思路、实践动手能力都得到了提升。

(五)思政课程与专业课程融合

课程组教师在进行教学改革中，也充分挖掘课程思政元素，把思政点和育人元素融入课堂教学中，达到实时育人、课课育人的功能，最终实现思想政治教育和专业知识教育二者的有机统一，教书和育人有机统一，实现“润物无声”的育人效果。

在C语言程序设计中，每个课程内容模块都可以设置一个思政点，表4中给出了思政教育目标、思政教学内容和部分课程知识单元的对应关系。

表4 思政教育目标、思政教学内容与部分课程知识单元的对应关系

通过表4不难发现，课程的思政元素、价值观本身就能够深深地吸引学生参与到课堂中，引起学生的思考和感悟，自然也能激发学生的学习热情，在一定程度上体现了教育理念的转变，课堂教学由以教师为中心转变到以学生为中心，从“教师教”转向“学生学”，从学习知识的传授转变为学习效果的达成。这就要求教师要正确引导学生，树立正确的价值观，看待问题客观公正，激发学生的实业报国信心和勇气，达到立德树人的效果。

(六)采用更加合理科学的考核方式

基于OBE的课程改革，也要转变传统的一张纸决定考核的方式，采取多元的考核方式，注重过程性考核。以学生学习效果为导向完善考核方式。考核的各个模块及所占的比例为：线上学习和线上考试占25%，平时表现占25%，期末考试(笔试或机试)占50%。线上学习和线上考试主要考查学生线上学习过程，在中国大学MOOC和雨课堂等平台上都能记录学生的学习过程，如观看视频的时间及进展、练习题的提交情况、参与互动的情况等，测试主要以选择题、判断题、填空题等客观题为主。平时表现主要包括出勤、课堂讨论、实验报告的书写、实验考核成绩等环节的综合评定。期末考试根据需要可以采用笔试或机试，考试的结果要进行分析并给出改进措施，用于持续改进。

笔者所在学院从2017年开始进行C语言程序设计课程改革，从课前预习、课中授课到课后作业整个评价过程形成一个闭环培养反馈机制，每次评价可以为下一次教学改进提供依据。实践表明，学生学习的积极性和课堂的参与度进一步提高了，学生培养目标的知识目标、能力目标和素质目标基本达到，说明基于OBE理念的课程改革效果良好。

四、结束语

C语言程序设计课程是工科类本科专业开设的一门专业基础课程，是今后从事专业工作与进行科学研究的基础。学生对该课程学习的积极性与教师的教学效果都至关重要。以OBE教育理念为导向的教育模式逐渐在各院校展开，教育部关于一流本科课程建设的实施意见中明确指出“必须把教学改革成果落实在课程建设上”。通过C语言程序设计课程改革的实践证明，教学质量得到进一步的提升，最终达到培养高素质应用型人才的目的。在今后的教学中，我们课题组将继续完善、创新与实践，探索新的教学模式提高课程的教学效果和教学质量。