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摘 要：本文提出基于 OBE 理念的 Python 程序设计课程教学改革新思路，采用 BOPPPS 模式进行教学设计， 从设立教学目标，创新教学方法和改革考核方式三方面进行了分析研究。实践表明，该教学改革以学生为中心，将教学内容模块化，能调动学生的学习积极性，提高学生综合能力，可以取得良好的教学效果。
关键词：OBE 理念；教学改革；Python 程序设计
本文引用格式：周旭 . 基于 OBE 理念的 Python 程序设计教学改革研究 [J]. 教育现代化 ,2020,7(33):44-47.
Teaching Reform of Python Programming Based on OBE
ZHOU Xu
(Public Computer Teaching and Research Center of Jilin University, Changchun Jilin)
Abstract: This paper puts forward a new idea of educational reform of Python programming course based on the concept of OBE, and adopts the model of BOPPS for teaching design. It analyzes and researches from three aspects: setting up teaching objectives, innovating teaching methods and reforming assessment methods. The practice result shows that the educational reform is student-centered, and the educational content is modularized. It is can arouse the learning enthusiasm of students and improve the comprehensive ability of students. In a word, good teaching effect can be achieved.
Key words: OBE; Educational reform; Python programming design
一 引言
随着大数据技术的迅猛发展，各个学科都应紧密结合计算机技术，即要求大学中各专业学生都应掌握一定程序编写能力，这样才能更好提升学生专业竞争力。Python 语言是一种面向对象、解释型计算机程序设计语言，是最适合非计算机专业学生学习的入门编程程序设计语言，因为它具有简洁的语法规则，丰富的扩展库，编程相对其他语言更容易等特点 [1]。由此可见，将 Python 程序设计作为大学本科非计算机专业学生掌握计算机编程能力的一门必修课，对计算机应用型人才培养至关重要。但如何采用更好的方法提高学生学习成果，使学生熟练应用程序设计语言解决实际问题是值得思考的。
OBE（Outcome- based Education）理念是成果导向教育的简称，最先应用在美国、加拿大等国家的基础教育改革中。它以成果作为教育导向，关注于学生受教育后获得什么能力和能够做什么 [2,3]。OBE 要求学校和教师明确学习成果，结合多元学习要求，将成果反馈来改进原有的课程设计与课程教学。OBE 中强调的成果应兼顾生活的重要内容和技能，并注重实用性，OBE 要求教师清楚课程结束时应该达到什么样的结果，然后寻找设计是以方法达到目的。随着我国教育教学改革的不断推进 , 将 OBE 理念融入到教学改革中 , 探索基于 OBE 理念的高校教学模式改革 , 对提高人才培养质量有着重要意义 [4,5]。本文结合 OBE 教育理念对 Python 程序设计课程进行深入教学改革探索， 采用 BOPPPS 模式进行教学设计，以学生为中心，旨在提高学生主观能动性和计算机综合应用能力。
二 Python 程序设计教学状况
面向非计算机专业开展 Python 程序设计课程教学 , 存在如下的问题：（1）教学内容以单向讲授为主，缺乏深入互动。当强调以知识导向为主的教学模式时，教师更多关注教学内容，而学生则更多关注对知识的总结和整理，在学生自主学习、扩展性学习等多方面能力的培养上有所欠缺。另外，教师只讲解一些片段式的语法结构，很难让同学可以将所学的知识形成完整的认识，讲解程序设计语法和学生专业知识结合度小，很难引发学生对程序设计课程的重视程度；（2）教学学时安排存在不合理性。目前，在传统教学安排中理论学时占据主体，而上机实验课的学时相对少，虽然利用课堂演示已向学生展示语法作用，但只利用实验课的练习很难让大家掌握程序设计思想，一些学生在实验课上无法全部完成所有练习，如果不多增加练习时间，学生只是会读代码而不能写代码，说明学生对程序设计的学习还不深入，无法较好地实现该课程的教学目标；（3）教学方式上没有考虑学生个体的差异，把大家视为具有同等能力和同等水平的对象进行教学。由于学生的兴趣点是不同的，个人能力也各不相同，在学生完成指定学习任务的基础上，对于能力强的同学可以进行强化训练，让其对某些程序内容进行深入研究，如果忽略学生的个体差异，对学生的兴趣点缺乏有针对性地扩展知识教学，不能达到令人满意的预期成果。
三 OBE 理念下的 Python 程序设计教学改革
Python 程序设计是一门实践性较强的课程，教师必须清楚地阐述或者直接以案例展示的方式，让同学们知晓通过本课程的学习他们应该掌握何种能力，达到何种预期成果。最终让学生不仅能通过学习掌握编程思想，更能在掌握程序设计语言正确用法的基础上，编写出一些实用性强的程序，这些程序最好和学生的专业知识相关联，为学生今后的专业发展和科学研究工作奠定良好的基础。
（一） 设立教学目标，教学内容模块化
OBE 理念也是一种通过学生预期所获得的学习成果 , 以结果导向进行反向设计教学体系的教育模。OBE 强调能力本位，教育目标应列出具体的核心能力，每个核心能力应有明确的要求，OBE 强调如下 3 个问题：我们想让学生取得的学习成果是什么？如何有效地帮助学生取得这些学习成果？怎样检验学习成果？为有效开展基于“成果导向”的 Python 程序设计教学，首先应设立教学目标。鉴于 Python 语言提供了数万个第三方库，我们可以将教学目标分成三个阶段，针对于自带内置库，我们主要向学生介绍程序设计语法，以使学生掌握基本面向过程程序设计方法； 针对于 Pygame 等可视化第三方库，我们会介绍面向对象程序设计方法，让学生可以设计带图形化界面的应用程序；最后根据非专业医学生对于数据分析和图像处理方面的需求，我们着重介绍 Numpy，Pandas， pillow，Scikit-learn 等第三方库，让学生可以成为应用 Python 语言解决实际问题的高手。
（二） 引入 BOPPPS 教学模式，提高教学效果
OBE 理念要求教师以最终学习成果为起点，反向进行课程设计，开展教学活动。反向设计要遵循的两个原则为一是从学生期望达到的成果反推，不断增加课程难度来引导学生达成目标结果，二是注重基础核心重要成果的达成，排除不太必要的内容， 以协助学生成功学习。
通过研究， 我们认为 BOPPPS 模式能够很好地实施 OBE 理念。基于 OBE 理念的 Python 程序设计课堂教学设计如图 1 所示。BOPPPS 教学模式是加拿大诸多高校在教师培训中广泛采用了一种促进学生积极参与课堂学习教学模式，近年来在我国逐渐得到推广，并深受各个大学和培训机构青睐。BOPPPS 教学模式是以学生为中心的教学设计方法，强调所授内容必须与学生的兴趣和能力相关，倡导学生参与和反馈 [6]。认知理论和建构主义是BOPPPS 教学模型的理论依据，如何使学生在课堂上最大限度地掌握知识是其关注的重点，因此教学互动和反馈是其突出的特点[7,8]。BOPPPS 模型的关键要素包括：（1）课堂教学是否给学生提出了明确并可达的学习目标；（2）课堂教学是否以学生为中心，让学生积极参与到教学过程中；（3）是否重视教学过程的反思。评价课堂教学效果的好坏不是看教师讲授了多少，而应该是看学生掌握了多少。该模型将整个教学过程划分为 6 个阶段：Bridge in（ 引入）、Objective（ 目标）、Pre-test（前测）、Participatory Learning（参与式学习）、Post-assessment（后测）、Summary（总结）。其中，BOPPPS 中的目标，参与式学习和后测分别与OBE 的三个问题相对应，而引入、前测和总结这些辅助教学环节为实现 OBE 理念提供有效保障。六个组成部分相互独立但连贯起来则构成有效的、完整的课堂教学模式。
引入 BOPPPS 教学模型，促进教师有意识地使用该模型进行教学实践，协助教师拆解并分析教学过程。BOPPPS 模型作为一种注重教学互动和反思的课程设计模式，能够为课堂教学提供一个分阶指示， 帮助教师寻找教学盲点，优化课程结构的设计，提高教师课堂设计能力，加强有意识的课堂互动，进而改善教学效果。
1、引入环节非常重要，好的引入会促进教学任务顺利完成。从工程应用或日常生活入手，利用“互联网 +”优势，以抛出“问题”的形式引发学生思考， 借用动画、图片和视频等多媒体资源作为导入素材， 引起学生的学习兴趣，诱导学生产生强烈的学习动机，适当地引出课程的内容。例如，在要讲解 turtle 库函数的课堂开始时，不先讲解绘图坐标系、画笔控制函数的基本含义，而是先以“黑客帝国”的数码流和一些生动形象的图形（如小猪佩奇、太阳花、蟒蛇，五环奥运）作为引入例子，激发学生会程序绘图的兴趣，先将学生的注意力集中到采用 turtle 库可完成的图像结果上，为以后展开讲解 turtle 库的语法知识，函数内容打下基础。另外，在讲述自定义函数字符串处理函数等语法知识时，先以统计字符的小游戏为例子激发学生的探索欲，进而再依次讲解函数定义调用等知识。
2.目标环节要求教师引入课堂主题后确定教学目标，学生进行有导向的课堂学习，让学生了解学了这些知识有什么用。每一章节的教学目标均应和OBE 理念一致，针对每章节的具体教学内容，明确清楚地表述通过本章学习拟达到的目标，使学生清楚地知道在学习过程中需要掌握的基本概念、基本语句和基本程序方法等。教学目标要具体明确，贯穿整个课堂教学活动，只有达到了教学目标才算完成了这部分内容的学习。例如，讲解 Python 语言程序的异常处理的课堂中，向学生说明学习这部分内容之后， Python 通过 try、except、finally 等保留字提供异常处理功能，每个异常信息各部分的含义，要学生区分异常和错误的不同，一定要学生要能编写出异常处理的程序才算达标。根据教学目标，再进一步确定通过哪些具体的教学内容提升学生的知识和技能，然后决定采取哪些教学手段实现教学目标。
3.前测环节主要用来评测学生现有的知识水平， 提醒学生对已经学会的知识加以利用，并指导后续的教学安排。与从零开始学习任何一门语言一样， Python 语言的教学过程是让学生循序渐进地掌握一门计算机语言，这就要求在不断学习新内容的同时经常检验已学知识的掌握情况。通过前测摸底可以掌握学生之间知识背景和学习能力差别，及时调整教学内容。例如，讲解字符串数据类型时，提醒学生字符串的处理会和循环结构分支结构有关，可以预先检验学生对各种循环、分支结构的掌握情况。
4.参与式学习环节即要求教师在参与式教学过程中，根据具体授课内容，采用多样化的辅助教学方法，如讨论、提问、做中学、学中做、案例教学等， 去诱导学生发现问题、分析问题和解决问题，提高学生的参与度，鼓励学生积极参与教学过程。程序设计课程教学核心在于以学生为中心，要学生通过实验操作完成程序编写，注重课堂教学环节的有效性，提倡科学互动，让学生实际动手实践能力得到改进，同时教师教学效果得到提高。为了有效培养学生的创新性思维，可采用案例拓展的方法，在案例中组织学生拓展讨论：如果想要绘制多一些的蟒蛇，该如何修改程序？每一条蟒蛇设置不同的颜色， 又该如何处理？缩短蟒蛇的长度，应该调整哪段代码？通过这样的问题启发，使学生展开想象，加深对知识的理解，提升问题的综合求解能力。学生也可以根据例题的启发，在实验课上随时提问互动， 改写程序。
鉴于 Python 拥有强大的第三方库，让所有学生在短时间内同时掌握每个第三方库的函数使用方法完成程序设计是不合实际的。为了拓展学生解决实际问题能力，教师可以从中挑选几个和学生专业相关的第三方库如 Numpy，Pandas，Scikit-learn， pillow 等，通过展示图像轮廓提取、医用药品管理、评论信息收集等小例子获取同学的兴趣点，然后依据学生兴趣对学生进行分组管理，各兴趣小组自主学习互相讨论，通过综合性项目开发（即大作业） 的方式、小组竞赛、课堂游戏让学生积极参与到教学活动，以程序作品展示形式来测试他们对模块函数的理解程度。实践表明，让学生带着问题去思考，在每次学习完新的知识点之后，可以通过一个例子把已学的语法知识串在一起，这样不仅可以强化认识，巩固基础编程知识，还可以进一步拓展练习， 增强学生的编程兴趣。另外，在课堂教授基础上， 我们增加实验课的课时和实验课的实验难度，根据教学目标和教学内容，给学生布置一些简单的语法知识选择题和若干程序设计练习题，让学生独立完成，既促进学生思考，又以此判断学生对语法知识的掌握情况和理解程度。最终我们改变原有传统教学活动中“教师教授、学生学习”的方式，建立教师课堂讲解、学生独立实验和团队大作业展示的教学方式 , 使学生充分体验编程的乐趣 , 更好的激发学习兴趣，提升学生学以致用的能力。
5.BOPPPS 的后测阶段为 OBE 理念中提到的及时掌握学生的学习进度这一目标，提供了科学方法。过课后检验判断学生是否达到预期的目标是 BOPPPS 模型的重要环节。教师根据后测阶段的结果反思本次授课存在的问题，通过反思并调整教学设计，使教学目标更易实现。在参与式教学结束后，教师应通过进一步提问或布置课堂作业来巩固教学内容并获取学生反馈。我们可以借助学习通等应用平台发布讨论任务，课后作业，即使掌握了解学生的学习动向。例如， 在讲解完利用组合数据类型和分词函数分析小说人物出场次数的基础上，可以布置如何进一步统计医学病例中的医学关键词的作业，先由学生在课下进行自主学习，然后小组成员之间进行讨论，互相质疑和互相补充，争取小组内部消化，期间允许学生从网上或者图书馆查阅资料，寻找解决方案，以学习成果展示的方式检验学生的学习情况。
6.总结阶段应由教师和学生共同完成，总结过程中，教师主要起引导的作用，让学生反思自己已掌握的知识点，尚未掌握且存在问的地方，自己梳理知识脉络，积累编程经验。教师在引导过程中， 逐步拓展知识范围，采取抛出问题的方式引出下次课内容，让学生做好提前预习工作。
（三） 考核方式的改革
OBE 理念强调个性化评定，在每位同学都能掌握学习内容的基础上，给每位同学充分的自由度， 体察学生个性化差异，掌握学生的学习状态。基于OBE 理念的学习成效评估，课程考核不再是由期末考试的一张试卷而决定，取而代之的是“期末考试 + 过程式测评”的综合评价方案。学生最终课程成绩由三个部分构成：平时成绩 + 项目大作业成绩 + 期末考试。在总分评估中，增加学生平时表现及能力展现所占成绩的比重，减少考试分数的比重。项目大作业成绩占比 35%，平时成绩占比 15%，期末考试成绩占比 50%。
1.平时成绩。该项成绩考评学生平时课堂表现和学习情况，平时成绩涵盖学生理论课和实验课出勤情况、课堂上互动表现情况、课堂作业完成情况以及借助在线程序测试平台 http://www.python123.org 完成课后程序编写测验的自学能力考核。
2.项目大作业成绩从多个方面（如项目选题创意、第三方库引用情况、代码优化和汇报总结形式） 进行考核，不仅考察学生程序设计能力，还考察学生自由组队团结协作能力，语言表达能力，创造力、想象力和自学能力等。项目大作业以汇报形式展示， 各个小组之间可以进行学生评分，教师可以进一步根据学生完成的大作业中每个人的分工进行测评。
3.期末考试实行无纸化考试模式，我们利用“万维全自动计算机基础考试平台”实现对于理论知识和程序设计能力综合测验。通过在吉林大学医学专业 3 个班级中实施该课程考核方式，结果表明该方式能综合评价学生的学习效果，提高了学生的学习积极性、参与性和主动性，对学生的学习情况进行了客观评价。
四 结语
Python 程序设计作为一门大学必修计算机课程， 在提高学生计算思维能力上起着关键作用。该课程实践性强，逻辑性强，需要教师和学生之间进行良好互动。目前基于 OBE 理念并采用 BOPPPS 模式对该课程进行教学改革的研究还不多，本文主要从设立教学目标，采用 BOPPPS 教学模式和改进教学评价几个方面对其进行研究，旨在激发学生程序设计兴趣和潜能，培养学生创造力和计算思维，使学生掌握基本程序设计能力，综合应用程序开发能力等， 提高课程教学质量。
参考文献
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