基于OBE培养计算思维能力的实践探索

罗卫敏 吴元斌 刘雨露

摘 要：基于OBE教育理念，以培养学生计算思维能力为目标，对“大学计算机基础”课程的实验教学进行改革。针对实验教学缺乏有效设计、计算思维能力锻炼不够、实验报告作用不足等现存问题，提出统一实验教学教案、强调过程中培养计算思维以及修订实验报告等解决措施。从实践效果来看，得到师生的认可，学生计算思维能力得到切实增强。

关键词：OBE;计算思维;大学计算机;实验教学

中图分类号：G642 文献标识码：A

“大学计算机基础”课程是高校通识教育的重要组成部分，在计算机广泛普及的今天，该课程教学内容不再局限于操作系统和办公软件的基本使用，逐步发展至软/硬件系统、网络、程序设计、数据库和多媒体等诸多内容，满足了信息时代对信息化人才培养的更高要求。

2006年美国卡内基梅隆大学周以真教授提出了计算思维这一概念，受到广大教育者的关注和思考。2010年九校联盟发表了“九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明”，指出大学计算机基础教学的核心任务是培养学生的计算思维能力，由此为国内高校大学计算机基础教学指明了方向。计算思维的核心是基于计算模型和约束的问题求解，要求建立运用现代计算方法解决实际问题的能力[1]。在大学通识课程中贯穿计算思维的培养，可以很好地建立和锻炼学生系统的计算思维能力，为今后的专业学习和职场工作打下基础，同时促使学生灵活运用计算机知识解决实际问题，真正完成从知识向实践能力的转变[2]。

OBE是一种基于学习产出的教育模式理念，最早出现于美国和澳大利亚的基础教育改革。西澳大利亚教育部门把OBE定义为基于实现学生特定学习产出的教育过程，教育结构和课程被视为手段而非目的，如果无法为培养学生特定能力作出贡献，就要被重建。学生产出驱动教育系统运行[3]。在OBE教育模式中，学生学到了什么和是否成功远比怎样学习和什么时候学习重要[4]。从本质上讲，OBE围绕“定义预期学习产出——实现预期学习产出——评估学习产出”这条主线而展开，学生产出评估构成教育质量持续改进的闭环，实现了教育范式由“内容为本”向“学生为本”的根本转变，有利于建立开放、透明、富有弹性和互认的教育结构[5]。

现代社会对高校人才培养的要求越来越高，基于OBE教育理念，以“大学计算机基础”课程的实验教学为切入点，以培养计算思维能力为核心任务，不仅有利于学生综合素质的提高，更是对后续专业课程的学习打下坚实的思维基础，使学生基于信息化手段的问题求解能力得到显著增强，对课程教学改革的开展具有很好的实践意义。

1 存在的问题

当前“大学计算机基础”课程的实验教学存在一些问题，其中比较典型的问题有以下三点。

1.1 实验教学缺乏有效设计

目前实验教学过程遵循教师先讲解演示、学生后自主实践的总体原则，但缺乏有效的过程设计。讲解演示的内容随教师不同而不同，重点不够突出，缺乏深度提炼加工，针对性和有效性不足。讲解演示的方式方法缺乏有效设计，平铺直叙毫无趣味，无法抓住学生注意力。学生实践操作缺乏引导，基本要求学生完全依照教材步骤进行操作，无论在内容上还是步骤上缺乏层层推进的逻辑设计。这些问题最终导致学生的计算思维未得到充分培养，学生对学到了什么、操作结果有无改进等问题比较模糊，实验教学效果不尽如人意。

1.2 计算思维能力锻炼不够

“大学计算机基础”课程共有12个实验项目，但目前各个实验项目仅仅关注自身模块的知识技能，计算思维未能得到有效建立和锻炼，学生的综合求解问题能力较差。实验项目的实践操作在实施过程中，学生完全按照实验教材的步骤，逐步按书操作，过程中缺乏主动思考，计算思维无法得到有效锻炼。学生在交流中普遍反映，自己对于综合性问题求解能力未得到充分提高，学习目标模糊，过程中只关注步骤的实现，对于相关理论知识理解不足，缺乏信息化能力的综合培养。

1.3 实验报告的作用不足

传统的实验报告注重步骤复述和结果陈列，符合物理、化工等其他学科的课程要求，但是对于计算机相关的课程来说，这样的设计就显得不合理。计算机课程的实验报告应该着重关注学生对实验方法、内容的总结和回顾，以及对实验操作和结果的反思和优化，这些也是培养计算思维的重要过程。缺少这些环节，学生无法深入理解操作的内容，知识视野扩展不足，无法有效认知自身能力的变化，实践技能得不到有效提升，并且进一步导致学生缺乏兴趣和意愿去认真填写实验报告，导致实验报告的作用不断流失。

2 解决措施

针对上述问题，为了切实增强实验教学效果，锻炼学生的实践动手能力，真实有效地培养学生的计算思维能力，基于OBE的教育理念提出了以下解決措施：

2.1 统一实验教学教案规范教学过程

OBE要求通过学习成果确定学生所具备的能力结构，而课程教学就是培养和实现这种能力的手段。规范的教学才能明确实现预期的能力目标，而教学中的教师和学生，即使不同班级、不同教师各有特点，也应该遵循一个大致的标准，通过详细的、统一的实验教学教案，规范教师开展实验教学。在遵循教师先讲解演示、学生后自主实践的总体原则的基础上，实验教学教案在制定过程中，特别针对以下几点明确教学要求：

（1）演示内容。讲解的实践知识点不宜过多，教案里给出建议的重难点知识，教师可以修改，但不能过多添加，只挑选一定的重点难点进行讲解，其他实践操作留给学生自行实践。

（2）演示时长。严格控制讲解演示时长，要求教师在备课时计算自己的时间，超过时长的要精简自身的话语，加快演示的速度。

（3）紧密联系理论。强调操作源于理论，将理论知识背景融入操作过程，列出各个实验主要步骤所包含的理论知识点。

（4）预期成果。明确一系列的实践操作后，学生应该明白相关操作对最终结果的影响，理解相关理论知识点的概念和应用，在操作中达到一定计算思维的训练。

（5）教学资源。列出详细的、有效的教学资源列表，主要包括文档资源和微课资源，方便教师参考和学生课外学习。

另外，根据教案规范的教学内容和过程，制作重点突出、生动有趣的实验PPT课件，在课件里有效串联各个知识点，抓住学生注意力，提高学生学习兴趣，引导学生思考，帮助学生有效建立计算思维。教师在熟悉教学内容和教学课件的基础上，可以根据自己的内容理解和教学特点，以及教学班具体的学习情况，对课件进行修改，通过课件的引入，理清学生的实践思路，认知当前的学习内容。

2.2 强调实践过程中计算思维的培养

OBE强调学生的学习效果，希望通过研究型教学模式强化教学的输出结果。要切实培养学生的计算思维，必须在实验教学过程中潜移默化地帮助学生建立计算思维。在实践过程中，基于OBE思想对学习成果进行强调和巩固，包含以下几点：

（1）强调动手前的整体规划。对每个实验项目给出具体的目标成果，指导学生从整体出发规划实现的主要步骤，培养学生的大局观。例如在做Word图文排版这一实验项目时，先给出排版结果截图，引导学生观察相关元素的变化和表现，包括页面、文字、段落、图形和表格;再指导学生在草稿纸上写出主要的实现对象和实现步骤，同时思考步骤的相关顺序;最后针对每个步骤写出主要排版操作所涉及的选项卡和功能区。通过整体规划，先理清学生思路，建立计算思维中的整体思想，全局掌控任务实现的过程。

（2）强调过程中的阶段性总结和回顾。实验项目在进行过程中需要短暂停顿，引导学生进行阶段性的回顾，总结已完成操作的感受和经验，思考操作过程中出现的问题。例如开展非对称加解密实验项目时，在生成用户密钥对后暂停，指导学生查看密钥对文件和公钥文件的内容，引导学生对密钥的加密存储和明文存储两种方式进行思考，理解引发不同方式的原因;在用户解密其他用户的加密文件后暂停，总结非对称加解密的流程以及过程中容易出现的问题;在数字签名认证通过后暂停，引导学生思考非对称加解密技术应用于数据通信和数字签名的不同之处。计算思维包含将一个复杂的大问题分解成多个易解决的小问题的思想，而阶段性的总结和回顾，可以帮助学生在解决小问题的同时不偏离原复杂大问题的解决，培养局部是整体有机组成的思想。

（3）强调结束时的整合和复盘。一个实验项目在各个步骤的操作完毕后，必须及时进行整合和复盘，引导学生思考前后操作的因果关系，发现其中的问题和不足。例如猜数游戏程序设计项目，在游戏准备、猜数过程和结果输出三个步骤完成后，引导学生思考猜数次数对循环语句的影响、中途猜正确的循环终止和输出语句出现位置等问题，进一步引导学生思考用不同循环的应用，同时指导学生回顾编程过程中出现的问题以及能否对程序进行优化和完善。计算思维有局部解决和重新整合的思想，局部问题解决后，需要重新整合成完整的整体，从而最终解决复杂问题。整合过程中的总结，以及对处理问题全过程的复盘，都可以帮助学生建立真正有效的计算思维。

2.3 设计实验报告强化计算思维的锻炼

OBE教育理念要求对学生应达到的能力及其水平有清楚的认知。这种认知无论对于学生还是教师，都是非常重要的，不仅方便学生认识其自身的不足，也便于教师及时调整教学从而保证教学效果。基于此，重新制定实验报告，去掉以前的步骤复述、结果陈列和主要特色等栏目，以强化计算思维锻炼、增强学生信息化能力和实践能力为目标，从整体规划、阶段性总结回顾和整合复盘这三个方面出发，设计出实验方案整体规划、问题阐述、已掌握实践知识点、回顾和优化、实验作业等五个栏目，具体的设计方案如下表所示。

3 实践效果

在OBE教育理念的引领下，“大学计算机基础”课程的实验教学效果提升比较明显，学生的计算思维能力得到较好培养，主要体现在以下三点。

3.1 实验教学效果有一定增强

通过修订实验教案、提炼加工实验内容、编制讲解演示PPT以及重构实验教学过程，规范了实验教学的开展，减少了教师讲解时长，避免照本宣科的枯燥乏味和泛泛而谈的简单化。同时学生对实验任务的认知更加清楚，实践动手的热情得到进一步提升。

3.2 学生计算思维能力有相应提高

从实验教学的各个方面，包括实验规划、实验内容、实验过程以及实验报告，重点关注学生的计算思维能力培养。学生普遍反映，实验过程中不仅动手能力得到有效增強，思维能力也得到一定培养，开始习惯从全局视角观察问题，习惯了将复杂任务分解成易完成的多个小任务，并切实体会到复盘反思的作用。

3.3 实验报告质量有明显改善

重新定制实验报告后，师生反映较为热烈。教师普遍反映，实验报告的质量有提高，抄袭现象得到一定遏制，并且在实验方案整体规划和回顾优化这两个栏目，有时还出现让教师耳目一新的思路。学生的反映主要有三点，一是实验报告比以前有意思，像做一份问卷;二是要求填写的内容更具体;三是回顾了实验过程，养成了一定的反思习惯。

结语

基于OBE教育理念，对“大学计算机基础”课程的实验教学进行了改革，根据普遍存在的问题提出对应的解决方案，培养了学生的计算思维能力，增强大学计算机基础的实验教学效果。改革方案为其他课程的教学改革做出了一定的示范作用，相应的教学方法和手段可以得到推广，达到以点带面的效果。

参考文献：

[1]陈国良，董荣胜.计算思维与大学计算机基础教育[J].中国大学教育，2011（1）：7-11.

[2]张阳，李雄伟，等.基于计算思维的计算机基础教学改革与实践[J].北京邮电大学学报（社会科学版），2015，17（2）：113-118.

[3]Willis S，Kissane B.Outcome-Based Education：A Review of the Literature.Prepared for the Education Department of Western Australia，1995.

[4]Spady，W.D.Outcome-Based Education：Critical Issues and Answers.Arlington，VA：American Association of school Administrators，1994：1-10.

[5]顾佩华，胡文龙，等.基于“学习产出”（OBE）的工程教育模式——汕头大学的实践与探索[J].高等工程教育研究，2014（1）：27-37.

作者简介：罗卫敏（1977— ），男，重庆万州人，硕士，高级实验师，研究方向：复杂网络同步及计算机基础教育;吴元斌（1965— ），男，重庆奉节县人，硕士，副教授，研究方向：程序设计语言及计算机基础教育;刘雨露（1980— ），女，重庆潼南人，硕士，副教授，研究方向：数据库原理及计算机基础教育。