歐雨 田小梅 余孝忠

摘要：近年來新工科產(chǎn)業(yè)如人工智能、大數(shù)據(jù)、機(jī)器人、云計算飛速發(fā)展，對高校程序語言教學(xué)帶來了新的挑戰(zhàn)。如何充分調(diào)動學(xué)生積極性，構(gòu)建基于新工科背景下的Python程序設(shè)計教學(xué)內(nèi)容和方法成為緊迫的需求之一。文章以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，制定適合地方院校學(xué)生特色的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計教材與建設(shè)課程資源，設(shè)計合理的教學(xué)目標(biāo)，提出以“系統(tǒng)”“項目”為指導(dǎo)的動態(tài)代碼操作演示的教學(xué)方法。從實際需求出發(fā)，在精選教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上編撰自主教材，構(gòu)建貼合新工科背景下的教學(xué)評價體系，并進(jìn)行了相關(guān)教學(xué)實踐，取得了良好的效果。

關(guān)鍵字：新工科；Python 程序設(shè)計；教學(xué)改革；教學(xué)方法

中圖分類號：TP3? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）08-0156-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

0 引言

Python是一個免費(fèi)開源的跨平臺高級動態(tài)編程語言，易于擴(kuò)展且易讀簡潔，逐漸成為新興產(chǎn)業(yè)如人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等領(lǐng)域的首選程序設(shè)計語言。2018年3月起，教育部將Python列入全國計算機(jī)等級考試，“Python語言程序設(shè)計”成為計算機(jī)二級考試科目的一個項。2021年至今，Python力壓C、Java等傳統(tǒng)編譯型語言成為TIOBE編程語言排行榜最受歡迎語言。目前，Python在網(wǎng)站開發(fā)[1]、金融分析[2]、大數(shù)據(jù)挖掘[3]、網(wǎng)絡(luò)爬蟲[4]等多個領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。新工科背景下Python語言市場下對人才的需求正處于供不應(yīng)求的狀態(tài)，Python程序設(shè)計課程不僅可以為非計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生提供后續(xù)專業(yè)領(lǐng)域數(shù)據(jù)分析工具的支撐，也能為計算機(jī)專業(yè)后續(xù)學(xué)習(xí)機(jī)器學(xué)習(xí)[5]、深度學(xué)習(xí)[6]等新技術(shù)奠定基礎(chǔ)。高校在計算機(jī)專業(yè)教育改革中要高度重視Python課程創(chuàng)新建設(shè)實踐，科學(xué)引導(dǎo)計算機(jī)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)利用好Python輔助工具，在學(xué)習(xí)和生活中解決各類實際復(fù)雜問題[7]。

作為地方師范類高校，學(xué)院在Python程序設(shè)計課程教學(xué)上仍有不足。首先，在Python語言教學(xué)實踐中，教師普遍認(rèn)為Python語言作為一種簡單的腳本解釋性語言，缺乏深入開發(fā)設(shè)計工作經(jīng)驗，對于Python課程的學(xué)習(xí)主要是集中于教學(xué)課堂范圍內(nèi)，沿用傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)方法，單方面按照自身的教學(xué)節(jié)奏向?qū)W生講解課程專業(yè)理論和知識，缺少與學(xué)生線上的互動交流，難以及時掌握了解到學(xué)生的實際學(xué)習(xí)情況和學(xué)習(xí)需求以及指導(dǎo)學(xué)生的課外實踐學(xué)習(xí)等。其次，Python課程教學(xué)目標(biāo)不夠明確，學(xué)生不僅僅是學(xué)習(xí)掌握一門編程語言，還需要促使他們能夠靈活運(yùn)用所學(xué)的Python課程知識，將其實踐應(yīng)用在專業(yè)問題解決上，提高學(xué)生的綜合能力和職業(yè)素養(yǎng)。因此，高校Python課程建設(shè)的重點需要將對學(xué)生普適性課程設(shè)計能力的培養(yǎng)科學(xué)有效地轉(zhuǎn)換為培養(yǎng)他們解決專業(yè)問題的能力，提升他們的職業(yè)競爭力。最后，課程教學(xué)目標(biāo)不夠明確，學(xué)生不僅僅是學(xué)習(xí)掌握一門編程語言，還需要促使他們能夠靈活運(yùn)用所學(xué)的Python 課程知識，將其實踐應(yīng)用在專業(yè)問題解決上，提高學(xué)生的綜合能力和職業(yè)素養(yǎng)。因此，高校Python課程建設(shè)的重點需要將對學(xué)生普適性課程設(shè)計能力的培養(yǎng)科學(xué)有效地轉(zhuǎn)換為培養(yǎng)他們解決專業(yè)問題的能力，提升他們的職業(yè)競爭力。

針對這些問題，本文結(jié)合地方院校特點，提出新工科背景下Python程序設(shè)計教學(xué)改革，研究如何基于成果導(dǎo)向循序漸進(jìn)展開教學(xué)、定位教學(xué)目標(biāo)，最終選擇出適合學(xué)生學(xué)習(xí)的教學(xué)內(nèi)容，實現(xiàn)對教學(xué)模式的有效改革。

1）完善Python課程教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合學(xué)生專業(yè)性質(zhì)和實際學(xué)習(xí)需求特點，合理完善該項課程教學(xué)內(nèi)容，調(diào)動起專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，實現(xiàn)多元化教學(xué)目標(biāo)。

2）創(chuàng)新教學(xué)模式與教學(xué)考核方式，結(jié)合不同階段的教學(xué)目標(biāo)，綜合應(yīng)用不同的教學(xué)方式，以此來保障課堂實踐教學(xué)效果，促使學(xué)生循序漸進(jìn)地提升自我創(chuàng)新實踐能力和綜合素養(yǎng)。

本文以“新工科”建設(shè)為指導(dǎo)，“課程思政”為引領(lǐng)，以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，從課程目標(biāo)、內(nèi)容、資源、教學(xué)方法、教學(xué)模式、考核評價等方面對Python課程教學(xué)進(jìn)行改革，總體培養(yǎng)目標(biāo)為提升教學(xué)即賦能教育。利用信息化教學(xué)平臺，合理分配各教學(xué)環(huán)節(jié)及要素，探索以“知識型+能力型+項目型”的教學(xué)模式。

1 Python 程序設(shè)計教學(xué)改革

本文在教學(xué)改革主要包括三個方面：1） 結(jié)合線上線下混合式教學(xué)模式制訂教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)計劃；2） 根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)和我校計算機(jī)相關(guān)專業(yè)特色，選擇教學(xué)內(nèi)容自編教材，建設(shè)信息化教學(xué)資源；3） 改革課程考核評價方式，融入線上線下、過程性、終結(jié)性考核。

1.1 教學(xué)目標(biāo)

以培養(yǎng)學(xué)生的抽象建模、問題分析和創(chuàng)新思維能力入手，結(jié)合線上線下混合式教學(xué)模式，以實踐教學(xué)目標(biāo)的長遠(yuǎn)性、特色性的建議與要求為指導(dǎo)思想，制訂教學(xué)目標(biāo)如表1所示。

1.2 教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)和體現(xiàn)我校計算機(jī)相關(guān)專業(yè)特色，本項目采取自編教材的方式，選取實際項目為案例，貼合工業(yè)需求。根據(jù)課程培養(yǎng)目標(biāo)，教材總體框架包含兩個階段：基礎(chǔ)篇與進(jìn)階篇，其中第一階段以Python基礎(chǔ)教學(xué)為主，重點介紹Python數(shù)據(jù)基礎(chǔ)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、基本語法及Python面向?qū)ο缶幊袒A(chǔ)；第二階段以Python科學(xué)計算領(lǐng)域應(yīng)用為主，介紹Numpy庫及Matplotlib庫的基本使用。另外，根據(jù)學(xué)生的興趣與特長，學(xué)習(xí)相關(guān)高級應(yīng)用方向，如擅長Web方向的學(xué)生，引導(dǎo)其向網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維和信息采集方向?qū)W習(xí)；善于多媒體方向的學(xué)生，引導(dǎo)其學(xué)習(xí)圖形圖像處理及Python圖形界面方向擴(kuò)展。由于課時限制及不同專業(yè)授課對象的差異性，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)注重緊密聯(lián)系學(xué)生所學(xué)專業(yè)的側(cè)重點，根據(jù)專業(yè)特色及背景制定符合學(xué)生的教學(xué)計劃和實踐項目，通過模塊化學(xué)習(xí)引導(dǎo)學(xué)生參與相關(guān)課題，提高學(xué)生實踐學(xué)習(xí)能力與質(zhì)量，總體的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計如圖1所示。

圍繞不同專業(yè)課程設(shè)計在線試題、實驗項目任務(wù)，方便學(xué)生利用閑余時間進(jìn)行在線學(xué)習(xí)，了解自我學(xué)習(xí)情況和改進(jìn)不足之處。線下為學(xué)生提供課堂教學(xué)、實驗、項目等教學(xué)實踐活動，并結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)+、CTF、藍(lán)橋杯等計算機(jī)類競賽，全面提升學(xué)生的專業(yè)技能，鍛煉團(tuán)隊協(xié)作和分析問題解決問題的能力，同時也拓展學(xué)生視野，為職業(yè)規(guī)劃打下堅實基礎(chǔ)。線上則為學(xué)生提供課程每章的知識點視頻、課后習(xí)題、PPT、教案、作業(yè)、考試等課程資源，如圖2所示。

1.3 教學(xué)評價

通過改革課程考核評價方式，分成過程性考核和終結(jié)性考核，同時融入線上線下的教學(xué)。線上過程性考核主要對授課學(xué)生通過線上案例的學(xué)習(xí)對Python語法知識的掌握度。線下終結(jié)性考核一方面對學(xué)生所學(xué)知識進(jìn)行閉卷測試，另一方面以開放式、非標(biāo)準(zhǔn)化的考題形式評價學(xué)生對Python的掌握程度。最后，整體上考察學(xué)生運(yùn)用Python編程語言解決問題的能力，對于參與科研課題、程序設(shè)計競賽、獲得軟件著作權(quán)的學(xué)生適當(dāng)提高綜合成績等級?？己谁h(huán)節(jié)具體包括：1）基礎(chǔ)理論知識考核，包括課前預(yù)習(xí)復(fù)習(xí)測試、課后習(xí)題測試；2）對于知識的終結(jié)性考核，包括選擇、填空、程序改錯、程序填空、程序設(shè)計；3）過程性考核，包括課堂表現(xiàn)、課程設(shè)計等，如圖3所示。

圖中的課程目標(biāo)一與課程目標(biāo)二均根據(jù)總體教學(xué)目標(biāo)和具體的畢業(yè)要求所設(shè)定，具體設(shè)置如下。

課程目標(biāo)一：了解Python語言程序設(shè)計的基本知識，掌握程序設(shè)計的基本方法，掌握程序設(shè)計的基本理論、方法和應(yīng)用，掌握高級程序設(shè)計國家標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)基本規(guī)定，會查閱有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和手冊，養(yǎng)成嚴(yán)格遵守和執(zhí)行有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的各項規(guī)定的良好習(xí)慣。

課程目標(biāo)二：通過課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生具備能夠較正確而熟練地使用Python進(jìn)行程序的設(shè)計；能夠識讀和編寫較復(fù)雜的程序；能夠使用Python解決實際應(yīng)用問題；具備一定的知識探究和反思能力及創(chuàng)新意識；具備自主學(xué)習(xí)能力和團(tuán)隊協(xié)作意識。

2 教學(xué)效果與分析

在教學(xué)效果上，本文以2020級軟件工程1班與2班為實驗對象，對教學(xué)過程與課程目標(biāo)達(dá)成度進(jìn)行統(tǒng)計和分析，其中教學(xué)過程數(shù)據(jù)來源于學(xué)習(xí)通平臺中八個章節(jié)（緒論、基本語法、數(shù)據(jù)類型、流程控制、函數(shù)、面向?qū)ο?、高級特性、文件）的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，而達(dá)成度分析數(shù)據(jù)為綜合期末考試、作業(yè)和課堂表現(xiàn)情況。

2.1 教學(xué)過程分析

本節(jié)統(tǒng)計兩個班學(xué)生的平均到課情況、平均參與互動程度、平均作業(yè)用時以及平均準(zhǔn)確率。以此分析學(xué)生對每一個章節(jié)的課程內(nèi)容感興趣程度與掌握程度，以便于隨時調(diào)整課程設(shè)計與知識點的難度。其中互動程度由學(xué)習(xí)通的簽到、搶答和討論活動情況統(tǒng)計而來；對每一章節(jié)的掌程度則由課堂搶答、隨堂作業(yè)與課后作業(yè)的正確率給出；此外還對學(xué)生在學(xué)習(xí)通上每個章節(jié)自學(xué)用時進(jìn)行了統(tǒng)計，其結(jié)果如圖4所示。

由學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)分析可以得出兩個班的學(xué)生在總體參上表現(xiàn)較好。在掌握程度上，由于Python課程開設(shè)時間為大二第一學(xué)期，此時學(xué)生已完成C語言的學(xué)習(xí)，具有一定的程序語言基礎(chǔ)，因此在Python的學(xué)習(xí)上對基本語法、函數(shù)等接受程度和掌握程度都較好。然而對于數(shù)據(jù)類型、流程控制、Python高級特性等與C語言有較大差異的章節(jié)，學(xué)生的掌握程度相較其他有明顯的差距。因此，在后續(xù)的教學(xué)實踐中，應(yīng)持續(xù)優(yōu)化相關(guān)章節(jié)的知識點教學(xué)，加強(qiáng)學(xué)生實踐練習(xí)，保障學(xué)生更好地掌握每一個知識點。從學(xué)習(xí)通的平均用時可以看出，學(xué)生在高級特性上用時較少，這是對該章節(jié)掌握程度相對較低的原因之一。并且，在流程控制上用時較少，掌握程度也相對偏低。因此，要合理安排作業(yè)的難易程度，使學(xué)生能充分利用課后時間完成對知識點的充分理解和掌握。

2.2 目標(biāo)達(dá)成度分析

Python程序設(shè)計教學(xué)改革在2020年軟件工程1班和2020級軟件工程2班進(jìn)行，兩個班人數(shù)均為47人，共94人，教學(xué)效果評價指標(biāo)為課程目標(biāo)達(dá)成度，計算方式如公式1所示，課程目標(biāo)的各考核環(huán)節(jié)的總分值和權(quán)重如表2所示。

對2020級軟件工程1班及2班的考核情況如圖5所示。

課程目標(biāo)一主要為終結(jié)性考核，單選、填空和判斷主要考查主要是學(xué)生對Python基礎(chǔ)語法掌握能力，程序填空題考查學(xué)生對Python語言的綜合運(yùn)用能力。從各考核環(huán)節(jié)學(xué)生平均得分情況來看，分?jǐn)?shù)都較高，說明學(xué)生對該課程的基本知識和原理掌握很扎實，對Python基礎(chǔ)語法體系掌握較好。兩個班的課程目標(biāo)達(dá)成度均為0.85，超過期望值0.6，這表明目前該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式方法、考核內(nèi)容和方式是較合理的。

課程目標(biāo)二主要為過程考核主要考查學(xué)生運(yùn)用Python語言解決實際編程問題的能力。從各考核環(huán)節(jié)學(xué)生平均得分情況來看，分?jǐn)?shù)正常，說明學(xué)生基本掌握了運(yùn)用Python知識并解決實際問題的能力。兩個班的課程目標(biāo)達(dá)成度為0.78和0.79，均超過期望值0.6，說明學(xué)生具有一定的編程能力?？傮w來說，目前該課程的教學(xué)方法取得了較好的效果，在后續(xù)課程教學(xué)中，還需進(jìn)一步結(jié)合學(xué)生專業(yè)特點探索更優(yōu)的教學(xué)模式。

3 結(jié)束語

本文堅持“學(xué)生中心、成果導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”，探索“知識傳授、能力培養(yǎng)、價值塑造”三位一體的課程建設(shè)新模式。鼓勵學(xué)生參與各類教學(xué)競賽，并以此為契機(jī)，提高教師現(xiàn)代信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合的能力，持續(xù)開展課堂教學(xué)改革與創(chuàng)新，不斷提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。讓學(xué)生對自己的學(xué)習(xí)目標(biāo)更為直觀，提升學(xué)生的成就感。經(jīng)過一屆學(xué)生的實踐，課程教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度有顯著提高。但在教學(xué)內(nèi)容尤其是案例上仍需不斷豐富和更新，使其更加貼近崗位需求，依據(jù)課程目標(biāo)達(dá)成度，后續(xù)會對課程教學(xué)進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。

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【通聯(lián)編輯：朱寶貴】