OBE理念与计算思维相结合的计算机导论课程的改革与实践

张怡文，汪红霞

(安徽新华学院信息工程学院，安徽合肥230088)

1 研究背景

“计算机导论”课程是一门计算机专业的入门先导课程，课程内容包括了计算机硬件、软件的介绍、计算机网络、程序设计、数据库、软件工程等各专业学科方向和计算机领域最新的技术、发展方向等内容，知识涵盖面广，目的是为了让学生了解计算机领域的主要内容，以及即将学习的专业课程体系，拓宽学生的知识面，激发学生的学习兴趣及创新思维，同时通过实践课程提高学生查阅资料、分析和解决问题的能力。

1.1 OBE教育理念概述

OBE的全称是基于产出的教育模式(Outcomes-Based Education)，美国学者William G.Spady对OBE作出如下解释:“对教育系统中的每个环节进行清晰地聚焦和组织，确定一个学习的目标，围绕这一目标使学生在完成学习过程之后能够达到预期的结果”［1］。目前的教学方式多以内容为主，教学方式过于死板，不能在有限的时间单元内激发学生的创造性和提高主动学习的能力。文献［2］中以汕头大学为例阐述了基于内容的学习方法与基于产出的学习方法的区别，通过比较，基于产出的教学模式在教学方法、教学效果上都明显优于基于内容的教学方法;文献［3］中阐述了OBE教育模式在应用型人才培养中的重要作用，指出了应用型人才培养模式更注重学生学的学习能力和产出;文献［4］阐述了如何通过OBE的理念制定更有利于学生产出培养的教学大纲;文献［5］阐述了OBE在分层教学中的应用，采用多元互动的教学模式和梯度化、多样化的考核手段，提升了学生的学习效果;文献［6-8］分别研究了OBE理念在操作系统、单片机原理应用等课程，以及对互联网+时代下的在线开放课程的影响。

因此，在“计算机导论”课程中，由OBE理念指导教师明确产出是什么，希望在教学过程中学生学到什么，将OBE的理念应用到教学过程中。

1.2 计算思维概述

目前，大家认可的计算思维概念来自于周以真(Jeannette Wing)教授。周教授认为，计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计，以及人类行为理解的涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动［9］，计算思维的本质是抽象和自动化。计算思维是通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一个困难的问题阐释为如何求解它的思维方法，可以做并行处理，采用抽象和分解的方法来完成庞杂的任务或进行巨型复杂系统的设计。也可以选择合适的方式陈述一个问题，按照预防、保护及通过冗余、容错、纠错的方式，从最坏情况进行系统恢复的一种思维方法。还可以利用启发式推理寻求解，即在不确定情况下的规划、学习和调度的思维方法，计算思维还是一种利用海量数据来加快计算，在时间和空间之间、在处理能力和存储容量之间进行折中的思维方法。陈国良院士又对计算思维在基础教育中的应用做了更进一步的描述［10］，他提出一种“计算思维导论”课程，将“计算思维”与“计算机导论”课程相结合。同时文献［11-12］中都论述了如何在计算机类基础课以及程序设计类课程中运用计算思维的理念培养学生，收到较好的教学效果。

综上所述，本文将基于OBE理论与计算思维相结合对目前的“计算机导论”课程进行改革和实践。针对计算机专业的特点，明确课程的产出:首先让学生了解计算机专业的学习内容，激发学生的学习兴趣;再培养学生运用计算机相关技术解决问题的能力，拓展计算思维的意识;最后要学生了解计算机领域的新知识、新技术。通过研究与改革建立一种适合应用型高校的“计算机导论”课程的知识体系。

2 研究思路与改革方向

以OBE理念的产出为导向，以计算思维的培养为核心，优化“计算机导论”课程教学内容。以培养应用型人才为目的，培养学生运用计算思维的方式发现问题、分析问题和解决问题的能力。由于“计算机导论”课程涉及的学科广泛，内容繁杂，要让学生通过课程的学习产生兴趣并能对所学知识模块自行深入挖掘。本文对课堂教学和实践教学两个部分进行优化改革，拟建立一种合理的教学体系。

按照计算思维理念建构“计算机导论”课程体系［13］，包括计算机基础知识、系统平台、算法基础与程序设计、计算机应用技术等模块。如图1所示:

图1 基于计算思维的“计算机导论”课程体系

2.1 建立“预习－讨论－总结－任务”的课堂教学体系

“计算机导论”课程课堂教学的产出设定为:以学生为主体，让学生能够通过计算思维的方式认识和分析问题，主动参与到课堂教学中来，建立“预习－讨论－总结－任务”的课堂教学体系。课堂教学以学生为主体，教师的主要工作由完全讲授转变为:(1)设计预习内容，提出需要学生了解和分析的问题;(2)引导学生思考如何解决问题;(3)帮助学生对解决问题的过程进行总结。以计算机硬件系统介绍为例进行课堂教学体系的说明。

首先，明确通过计算机硬件系统介绍内容的教学产出，就是希望学生通过对计算机硬件系统的学习可以明确:(1)计算机的硬件由哪些部分组成;(2)每一部分的硬件起到什么样的作用;(3)如何根据自己的需要配置一台计算机，并说明配置的理由。通过这些过程希望学生可以具备学习能力、资料查找的能力、综合应用的能力。教学产出及思维培养如图2所示:

图2 OBE及思维培养目标(以硬件系统课堂教学为例)

其次，教师将计算机的硬件基本组成，及每部分硬件的作用两个问题布置给学生，由学生做课前调查预习。课堂上将学生调查预习的内容进行分组讨论，按小组汇报补充调查内容;教师在学生讨论的过程中要不停的引导学生思考为什么，从而更深入地解决硬件作用的问题;讨论结束，要对学生在调查预习和讨论过程中出现的问题进行总结，同时对硬件系统的知识进行全面的梳理和总结，提醒学生哪些知识点是重点，哪些知识点是难点。

最后，对课堂教学内容进行总结和讨论，给学生布置课后调查作业，让学生结合课堂教学内容，根据自己需要，为自己配置一台计算机，并说明理由。这样学生就可以通过课后调查更深一层思考和理解硬件系统的每一部分硬件的作用，并且能够理论联系实际，解决生活中的实际问题。

2.2 建立“综合应用能力培养”为产出的实践教学体系

由于信息化的普及，目前高中阶段都已开设了信息类课程，学生在高中阶段就已经学习了办公软件如word、excel、powerpoint的基本功能和操作，在“计算机导论”中，上机操作就以综合能力培养为产出目标进行设定，同时以培养学生使用软件为目的，应用软件只是解决问题的工具，不要把焦点集中在软件的功能，而是学会遇到问题时查阅如何使用应用软件解决问题的综合能力。实践教学中，主要讲解办公软件和一些应用软件的使用，教师的主要工作为:(1)设计综合应用案例，并进行讲解;(2)布置综合案例任务，指导学生完成;(3)帮助学生总结应用软件功能在综合案例中的作用。讲解过程强调应用软件只是一种处理问题的工具，实践教学中不要求工具使用的熟练程度，而是要求学生明白这一工具可以处理什么样的问题，什么样的场合需要选择什么样的工具进行处理。下面以word实践教学为例进行说明。

首先，明确通过word实践教学的产出，希望学生可以通过上机实践课学习到以下内容:(1)明白word的主要功能;(2)掌握word的基本操作;(3)能够利用word完成日常生活中的文字排版需求。教学产出及思维培养如图3所示:

图3 OBE及思维培养目标(以word应用实践教学为例)

其次，教师制作一个综合实例并在实践课堂为学生演示和讲解，讲解侧重于每一种功能可以解决什么样的问题，并且让学生明确哪些是必须掌握的内容，哪些是可以了解今后再加强练习的内容。接下来，把一个综合实例发给学生，让学生按要求进行排版操作，操作过程中教师进行纠正和指导，归纳大多数学生存在的共性问题，并在实践教学的最后环节进行总结。

最后，再次强调大家都容易出错的操作，同时布置课后任务给学生。让学生总结自己哪些操作掌握不清楚，并进一步思考word的主要使用场合。

2.3 建立“分组式、讨论式”的评价体系

传统的评价标准多注重学生学习的全面性和系统性，难以兼顾到学生发现问题和解决问题等思维能力的培养。OBE模式的实施原则之一就是“自顶向下，反向设计”［6］。教师在授课过程中要紧扣培养目标，理清知识点之间的关系，让学生能够把零散的知识点形成一个完整的逻辑框架，而不是知识的简单堆砌。

在“计算机导论”课程学习中，通过考核了解学生是否具备以下能力:(1)能够明确计算机学科各专业课的内容及课程之间的关联关系;(2)是否具备通过资料的查阅，分析和解决问题的能力;(3)是否可以通过团队配合的方式完成既定任务。

根据以上目标，在“计算机导论”课程中将班级同学以4～5人一组进行分组，考核方式以“分组式、讨论式”的形式进行，考核内容分两部分:第一部分，基于知识点的调查报告。在每一个知识点结束的时候，都给学生出若干个相关内容的思考题，如在调查计算机著名组织与公司时，要求学生调查计算机领域相关学术组织有哪些，计算机领域的科技代表公司有哪些等，并以调查报告的形式提交。教师对学生提交的调查报告进行打分，汇总到期末成绩中。第二部分，期末考试。教师对“计算机导论”课程大纲中需要学生掌握的知识点进行梳理，出一套包括理论、调查、操作的试题，试题的性质以考核综合应用、解决问题的能力为主。学生仍然采用小组式、讨论式的方式进行。考试过程围绕解决问题的思维方式为主，不限制解决问题的手段，学生可以相互讨论、可以查阅教材、可以通过网络进行查找。并在最后对自己小组成员在考试过程遇到的问题以及解决问题的方法进行总结。

根据以上两部分内容的考核，按比例对学生进行综合评分。经过考试改革，提高了学生对课程的认知，同时通过这种考核方式让学生明白，计算思维就是一种解决问题的思维方式，计算机技术是解决问题的一种工具和手段，收到了较好的评价效果。

综上所述，本文提出的基于OBE理念与计算思维相结合的“计算机导论”课程的改革与实践方法，通过教学改革，提高了学生的学习主动性，资料调查和运用计算思维分析和解决问题的能力。在下一步的工作中，继续将OBE理念应用到计算机相关课程的课程体系中。