卢 瑾，任宏亮
（浙江工业大学 信息工程学院，浙江 杭州 310023）
2016 年6 月2 日，我国正式加入《华盛顿协议》（以下简称《协议》）。《协议》倡导以学生为中心、产出导向和持续改进三大教育理念，要求从培养目标到毕业要求，从毕业要求到课程体系，再到教学落实、评价与反馈，进行系统设计与实施。作为基本要求，培养目标必须符合教育的基本定位，按照《协议》，本科主要是培养学生解决复杂工程问题(Complex Problems)的能力[1]。复杂工程问题必须运用深入的工程原理经过分析才可能解决，这就要求理论教学必须包括足够深入的基本原理，而且要使学生学会“分析”和“使用”的典型思想和方法，从而使学生具备扎实的理论基础（基础理论和专门知识）以及分析问题的能力。
培养学生“解决复杂工程问题的能力”必须通过整个“培养体系”实现，不能狭义化为参加一个具体复杂工程的开发，甚至仅仅依靠毕业设计、综合实践等一两个实践环节，这种能力的获得并非是一蹴而就，而应该是一个持续贯穿几个学期、循序渐进的过程。程序设计学习的目的是学习计算机分析和解决问题的基本过程和思路,它是一门典型的计算思维课程，也是计算思维能力培养的重要内容，该课程教学实施中要特别注重实践，要使学生通过实践确实感受和领悟计算机问题求解的基本方法和思维模式[2-3]。然而，以往程序设计课程的教学过程却很容易陷入语言表达形式的误区，理论课程和实践环节结合度不高，相关课程的集成度也不高，基于OBE 教学理念，重新设计实验教学模式，结合课程特性，将培养的能力进行分解，落实到培养的各个环节中，为解决上述问题提出可行的解决方法。
3P 教学模型将教学按时间节点可以分成前提（Presage）、过程（Process）和结果（Product）3 个阶段，学习环境的构建指向预期学习成果，并协调教学与评估活动，要求学生成为教与学共同体中的主动学习者[4]。在学习活动发生之前识别和确定预期学习成果，为学生学习提供直接的目标期待，同时也为教师教学方法选择提供必要参考，该教学模型倡导的正是以学生为中心基于成果的教育（Outcomes Based Education，OBE）基本理念[5]。
根据程序设计教学的特点和OBE 教学理念的指导，以培养学生的计算思维能力和程序设计实践能力为主要教学目标[6]，建立如图1 所示基于3P 模型的程序设计教学体系。教学活动概括为学生、教师、情境之间的互动及其在前提、过程及结果3 个阶段的相互关系，将各要素之间形成众多彼此相连的反馈环。分析学生因素，包括先验知识、学习观、学习方式以及自身能力等，关注不同学生的差异性，为学生创造和维护积极有效的学习环境，从学习的角度进行课程设计和组织，创建教与学的活动，通过验证型实验和改错型实验实现浅层学习，再结合综合型和设计型实验实现深化[7]，鼓励和支持学生选择个性化学习方法，主动参与探究复杂问题并提出解决方案，并采用形成性评量和成效检验方法对学生的学习成果进行考核，提供评估、诊断、反馈和改进措施，完善教学目标。
图1 基于3P 模型的程序设计教学体系
2.1 培养路线设计
程序设计作为非计算机专业基础课程主要集中在大学前两年，教学培养路线设计如图2 所示。一年级期间侧重基础语言学习，掌握语言的基本应用，能够实现小型程序设计解决基本的计算问题；
二年级侧重编程思想训练以及程序框架学习，以任务驱动的形式设计实现大型程序进行知识强化，达到用程序能解决本专业的复杂工程问题的目的。
图2 培养路线
2.2 培养目标细化
培养学生具有解决复杂工程问题的能力，旨在培养管理和创新能力、沟通和协作能力、研究和实践能力等，根据程序设计课程定位于基础性、入门型的特征，培养目标可总结为设计实践能力、计算思维能力、自主学习能力、团队协作能力等4 个方面。
根据我国工程教育专业认证标准，毕业要求应能支撑培养目标的达成，将能力目标进行分解和细化成各个小目标，融入程序设计实验教学体系中，并与工科毕业要求的对应，见表1。一年级是对程序的初步接触，上学期主要是面向过程程序设计教学；
下学期为面向对象程序设计教学，能力培养上侧重理论知识掌握、计算思维的初步形成、开发工具的熟悉以及编程习惯的养成，在综合问题的解决上掌握对问题的分析能力和建立团队协作的雏形；
二年级则是在掌握足够深入的基本原理的基础上，融合数据结构等新知识体系，结合相关领域和学科的内容，要求学生学会“分析”和“使用”的典型思想和方法，教学内容上包含多因素、多技术，鼓励学生突破单种语言实现程序的局限，学会选择和折中、借鉴和综合，学习从全局的角度考虑问题。短学期旨在强化并拓展所学知识，侧重加强项目开发过程中的文献查阅、问题分析、设计方案确定、团队协作等实践操作，提高自身综合应用能力、创新能力及团队协作能力。
表1 培养目标细化
2.3 教学案例设计
实验内容设计按由易到难的原则，分为验证型实验、改错型实验、综合型实验和设计型实验4 种类型，实验分配贯穿多个学习阶段，以提升各项能力，见表2。验证型和改错型实验侧重基本语法、常规算法、编程工具使用以及编程规范化培养等方面，同时确保不同基础和学习能力学生的学习积极性，如简单三角形图形打印、课程成绩排序等。综合型实验强调理论知识的综合应用，是知识内化为学生计算思维能力与自主学习能力的关键步骤，串联已学的知识用于分析解决具体问题，如账户管理小程序、简易计算器等设计型实验对学生整体观建立，包括对创新能力、团队沟通协作能力以及自主学习能力都提出要求，从而提升学生解决具体问题和实际专业应用方面的综合能力。
表2 实验案例示意
详细的任务分配（见表3）：一年级上学期主要学习掌握面向过程的程序设计思路，实验内容以基本语法和基础结构为主，竞赛题目与等级考试题目引入可以满足能力各个层次的同学的需求；
一年级下学期掌握面向对象的思想，学会简单的问题需求分析以及小型程序的设计实现；
二年级开设了数据结构、VC++应用程序编程和Java 等课程，对程序设计思维的要求提高，也增加了图形界面设计的要求，开发语言也不再作为限制，培养自主学习，研究探索的能力。到短学期的课程设计阶段，引入专业相关的工程实际问题或者当前社会的热门课题，引导鼓励学生通过各种渠道调查研究，对目前现有的算法进行实现，鼓励改进和创新，并展示成果，培养其创新能力、终身学习的能力和沟通协作能力。
表3 任务分配说明
2.4 评价体系设计
在程序设计实验教学任务贯穿学生2 年的学习过程中，实验成绩仅作为每学期对应课程成绩的组成部分，所以每个学期均独立计算，但都采用“成果+行程考评”的综合评价模式。一年级以基础实验为主，每学期组织1～2 次分组的实验讨论课程，以小组为单位对分配到的课题从设计到实现进行介绍的环节。二年级基本以项目驱动为主，最后的综合项目将引导学生从分组开始，选题、分工、设计、实现、测试、答辩到提交结项书贯穿项目开发的全流程。结合学生在每个阶段、每个任务中的各方面学习情况以及最后设计任务的完成情况，对学生进行评价。
学生每个阶段所达到的能力与课程目标的对应见表1，以表中教学目标为基准对比计算出学生考核成绩，结合项目结果评定形成整体评价。评定分为教师评价和组间互评形式，分别占70%和30%。教师评价包括教师依据实践整个过程的思考、代码编写、算法设计以及项目总结等各种形式检测学生的程序设计能力，其中项目成果评价占50%，过程考核评价占30%；
通过现场演示、答辩检验学生的表达能力和临场应变能力，占教师评价的20%。组间互评包括教师组织学生自评，组长评价来检验学生的团队协作能力和项目管理能力，分别占组间互评分的50%。每次的评定结果与教学目标进行对比，根据反馈来的学生情况对教学目标进行修改和完善。
基于OBE 理念，结合程序设计实验课程的特性，将学生解决实际工程问题的综合能力的培养目标分解并落实到教学环节，将课程贯穿学生在校的基础学习阶段，制定课程目标并对实验任务按照难易程度进行分类，根据课程内容和任务要求采取对应的评价方案，根据评价实现课程目标的修订和完善，这样形成教学系统的闭环。该实验教学模式的引入促进了学生综合能力的提升，也为其他课程的教学奠定扎实的基础，从近些年的课外活动表现来看，学生解决实际问题的信心逐渐提高，参加课外各项科技竞赛及项目的低年级学生人数明显增多，有部分同学将项目实训课程中的项目功能进一步扩充改善，参加竞赛并取得佳绩。新的课程实验教学体系对于所在学院开展相关课外科技竞赛具有良好的促进作用，同时大大激发学生的学习兴趣，推进学生各项能力的培养，真正成为课程的最大受益者。
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