基于成果導(dǎo)向的“Python程序設(shè)計”教學(xué)設(shè)計

劉梅彥+徐英慧+周淑一

摘要：針對Python程序設(shè)計課程教學(xué)中學(xué)生學(xué)習(xí)動力不足、學(xué)習(xí)效果欠佳的狀況，以“成果導(dǎo)向”教育理論的核心理念為指導(dǎo)，遵循“反向設(shè)計，正向?qū)嵤钡脑瓌t，對經(jīng)濟學(xué)專業(yè)的Python程序設(shè)計課程的教學(xué)目標、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)策略、教學(xué)實施過程和學(xué)習(xí)成果評估方案進行了設(shè)計。實踐表明，該教學(xué)模式能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提升學(xué)生利用Python語言解決實際問題的能力，課程教學(xué)取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：成果導(dǎo)向；教學(xué)設(shè)計；Pvthon；反向設(shè)計；混合式學(xué)習(xí)

隨著社會信息化的飛速發(fā)展，越來越需要對各種經(jīng)濟數(shù)據(jù)進行分析和處理，以期得到支持經(jīng)濟決策、獲知經(jīng)濟發(fā)展趨勢等的結(jié)果數(shù)據(jù)。因此，能夠使用計算機軟件技術(shù)處理、分析數(shù)據(jù)，已成為經(jīng)濟學(xué)及相關(guān)專業(yè)學(xué)生的必備技能。Pvthon語言因其設(shè)計理念先進、簡單易學(xué)、強大的數(shù)據(jù)處理能力和豐富的第三方開源庫的支持，近年來被國內(nèi)外各高校很多專業(yè)納入各自的課程體系。我校從2016年開始，為經(jīng)濟學(xué)專業(yè)開設(shè)了“Py-thon程序設(shè)計”課程。雖然任課教師認真教學(xué)、投人地備課輔導(dǎo)，但初始的教學(xué)效果卻不近人意。經(jīng)過與學(xué)生深入交流，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)目標模糊，對學(xué)完P(guān)ython后能做什么很茫然，導(dǎo)致學(xué)習(xí)動力不足，直接影響了學(xué)習(xí)效果。由此，授課教師必須以目標為導(dǎo)向，重新對課程進行設(shè)計，也就是要解決為什么要教、教什么、教師如何教、學(xué)生如何學(xué)、如何評價學(xué)生學(xué)習(xí)成就等問題。目前我國高校正在實施的“成果導(dǎo)向”的工程教育改革，正好為本課程的改革指明了建設(shè)思路和實施策略。在“成果導(dǎo)向”核心理念指導(dǎo)下，經(jīng)過一個學(xué)期的教學(xué)實踐，“Python程序設(shè)計”課程教學(xué)取得了較好的效果。

1“成果導(dǎo)向”的核心理念

成果導(dǎo)向教育（0utcome based education，OBE），亦稱目標導(dǎo)向教育。OBE于1981年由Spady等人提出，并很快得到了人們的重視與認可，已成為美國、英國、加拿大等國家教育改革的主流教育理念。我國自2013年6月也啟動了“成果導(dǎo)向”教育理念引導(dǎo)的工程教育改革，各高校相繼展開了“成果導(dǎo)向”教育教學(xué)改革，并初見成效。

OBE是指，教學(xué)設(shè)計和教學(xué)實施的目標是學(xué)生通過教育過程最后所取得的學(xué)習(xí)成果（Learning outcomes）。這里所說的成果是學(xué)生最終取得的學(xué)習(xí)結(jié)果，是學(xué)生通過某一階段學(xué)習(xí)后所能達到的最大能力。OBE強調(diào)如下4個問題：1）我們想讓學(xué)生取得的學(xué)習(xí)成果是什么？2）為什么要讓學(xué)生取得這樣的學(xué)習(xí)成果？3）如何有效地幫助學(xué)生取得這些學(xué)習(xí)成果？4）如何知道學(xué)生已經(jīng)取得了這些學(xué)習(xí)成果？這就要求我們必須明確學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，明確社會對學(xué)生的期望，明確必須采取的教學(xué)策略和成果評估方法。

“成果導(dǎo)向”的教育摒棄了傳統(tǒng)教學(xué)中過分關(guān)注知識學(xué)習(xí)而忽視實際問題解決能力培養(yǎng)的弊端，可以更好的指導(dǎo)教師的教育教學(xué)實踐，提高教學(xué)效果。

2基于成果導(dǎo)向的“Python程序設(shè)計”課程的教學(xué)設(shè)計

課程教學(xué)是達成學(xué)生學(xué)習(xí)成果中的知識、能力、素質(zhì)結(jié)構(gòu)的途徑，教學(xué)設(shè)計是課程教學(xué)實施質(zhì)量的前提和保證。在“Py-thon程序設(shè)計”課程的教學(xué)過程中，以“成果導(dǎo)向”教育理念為指導(dǎo)，從經(jīng)濟學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)目標出發(fā)，對教學(xué)的各環(huán)節(jié)進行反向設(shè)計，形成了如圖1所示的基于成果導(dǎo)向的“Python程序設(shè)計”課程教學(xué)設(shè)計思路。

在圖1中，“Python程序設(shè)計”的課程目標依據(jù)對應(yīng)的畢業(yè)要求而確定。畢業(yè)要求中與“Python程序設(shè)計”課程相關(guān)的各項指標點為畢業(yè)生搭建了一個局部能力結(jié)構(gòu)，而這個能力結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)依托“Python程序設(shè)計”課程。依據(jù)課程目標確定教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)內(nèi)容又決定了應(yīng)采用何種教學(xué)策略實施課程教學(xué)，教學(xué)策略又影響著具體的教學(xué)過程。課程教學(xué)評價用于評價“Python程序設(shè)計”教學(xué)結(jié)果與畢業(yè)要求的符合度和達成度，課程目標、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)策略和教學(xué)過程根據(jù)教學(xué)評價反饋的信息，不斷得到改進，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成效。

2.1“Python程序設(shè)計”課程的教學(xué)目標

“Python程序設(shè)計”課程是經(jīng)濟學(xué)專業(yè)的一門通識課程。在經(jīng)濟學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)方案中，“Python程序設(shè)計”課程對應(yīng)如下4項畢業(yè)要求：（1）要求學(xué)生具有公共知識與能力；（2）問題分析能力；（3）信息獲取；（4）團隊能力。

另外，在經(jīng)濟學(xué)專業(yè)的實踐類課程“經(jīng)濟數(shù)據(jù)分析及軟件應(yīng)用課程設(shè)計”是本課程的后續(xù)課，它要求學(xué)生具備“信息獲取能力”，并能夠采用基于經(jīng)濟研究工作中基本的數(shù)量分析方法對經(jīng)濟數(shù)據(jù)進行分析。此課程影響了“Python程序設(shè)計”課程的教學(xué)目標。

針對這4個畢業(yè)能力要求，和后續(xù)課程的需要，最終形成了本課程的5個教學(xué)目標。目標1：訓(xùn)練學(xué)生掌握Python語言的基本語法、基本操作以及程序設(shè)計的基本概念與編程方法（對應(yīng)畢業(yè)要求1）；目標2：訓(xùn)練學(xué)生對一般計算問題的建模能力和利用Python程序解決計算問題的能力（對應(yīng)畢業(yè)要求1）；目標3：訓(xùn)練學(xué)生運用模塊化思想設(shè)計較復(fù)雜的程序的能力（對應(yīng)畢業(yè)要求1和2）；目標4：訓(xùn)練學(xué)生初步掌握運用Python語言進行科學(xué)計算與可視化的能力（對應(yīng)畢業(yè)要求2）；目標5：訓(xùn)練學(xué)生初步掌握Python獲取網(wǎng)上數(shù)據(jù)的能力（對應(yīng)畢業(yè)要求3）；畢業(yè)要求4與每個教學(xué)目標都相關(guān)。該教學(xué)目標強調(diào)訓(xùn)練學(xué)生的問題建模能力、使用Python解決實際問題的能力，符合“成果導(dǎo)向”教育的要求。

2.2課程內(nèi)容的設(shè)計

分析課程的教學(xué)目標可以看到，前3個教學(xué)目標是遞進關(guān)系，第4、第5個教學(xué)目標是對Python的綜合運用，尤其對經(jīng)濟學(xué)專業(yè)所要進行的數(shù)據(jù)獲取和分析有很強的實用性。針對本課程及相應(yīng)的深化課程的教學(xué)目標，以嵩天等編寫的《Python語言程序設(shè)計》（第2版）教材為基礎(chǔ)，我們確定了本課程的教學(xué)內(nèi)容，以及完成這些教學(xué)內(nèi)容所需要的教學(xué)時數(shù)。

本課程總體教學(xué)內(nèi)容劃分為三個階段。第一階段為“入門階段”，對應(yīng)“目標1”和“目標2”；第二階段為“深入階段”，對應(yīng)“目標3”；第三階段為“應(yīng)用階段”，對應(yīng)“目標4”和“目標5”。每個階段的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計如下。endprint

（1）第一階段，“入門階段”，安排22學(xué)時。

初識Python語言、Python程序開發(fā)環(huán)境、程序設(shè)計基本方法；Python程序?qū)嵗馕龊驼Z法元素分析；基本數(shù)據(jù)類型f數(shù)字類型、字符串類型）及應(yīng)用；使用math庫解決一般計算問題；使用turtle庫繪制任意圖形。程序控制結(jié)構(gòu)（算法流程圖、分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)）；random庫的使用；程序的異常處理。

（2）第二階段，“深入階段”，安排20學(xué)時。

函數(shù)和代碼復(fù)用，組合數(shù)據(jù)類型（序列類型、集合類型、映射類型），datetime庫和jieba庫的使用；文件和數(shù)據(jù)格式化；PIL庫的基本使用；jSOn庫的基本使用。

（3）第三階段：“應(yīng)用階段”，安排6學(xué)時。

科學(xué)計算與可視化；numpy庫的使用；matplotlib庫的使用；網(wǎng)絡(luò)爬蟲與自動化；requests庫的使用；beautifulsoup4庫的基本使用。

2.3課程教學(xué)策略設(shè)計

教學(xué)策略是為實現(xiàn)教學(xué)目標而制定的、付諸于教學(xué)過程實施的整體方案，它包括合理組織教學(xué)過程，選擇具體的教學(xué)方法和材料，制定教師與學(xué)生所遵守的教學(xué)行為程序。

為有效開展基于“成果導(dǎo)向”的教學(xué)，教學(xué)策略設(shè)計應(yīng)著重考慮5個方面：（1）在教學(xué)過程中應(yīng)關(guān)注學(xué)生學(xué)到了什么、學(xué)生能做什么。（2）強調(diào)個性化教學(xué)，充分考慮每個學(xué)生的個體差異，要在時間和資源上保障每個學(xué)生都有達成學(xué)習(xí)成果的機會。（3）強調(diào)以學(xué)生為中心，教師應(yīng)該善用示范、診斷、評價、反饋以及建設(shè)性介人等策略，來引導(dǎo)、協(xié)助學(xué)生達成預(yù)期成果。（4）強調(diào)合作學(xué)習(xí)。將學(xué)生之間的競爭轉(zhuǎn)變?yōu)樽晕腋偁帲醋寣W(xué)生持續(xù)地挑戰(zhàn)自己，為達成頂峰成果而合作學(xué)習(xí)。（5）強調(diào)給學(xué)生布置具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，讓學(xué)生展示思考、質(zhì)疑、研究、決定和呈現(xiàn)的能力。

基于上述考慮，結(jié)合Python課程的教學(xué)目標，我們確定了以基于混合式學(xué)習(xí)的案例教學(xué)為核心的教學(xué)策略。

案例教學(xué)法非常適合Python程序設(shè)計教學(xué)。采用案例法教學(xué)，可以使學(xué)生在具體案例的學(xué)習(xí)中將需要掌握的知識，以及分析問題、解決問題的能力內(nèi)化為自己的知識和能力，能夠很好地促進課程教學(xué)目標和學(xué)生學(xué)習(xí)成果的達成。

混合式學(xué)習(xí)方式優(yōu)勢明顯，由于它把傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式的優(yōu)勢和在線學(xué)習(xí)的優(yōu)勢結(jié)合起來，既能發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，又能充分體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體的主動性、積極性與創(chuàng)造性。這種以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，能夠提供多樣化的學(xué)習(xí)環(huán)境和豐富的學(xué)習(xí)資源，使學(xué)生通過主動學(xué)習(xí)達到知識的建構(gòu)和學(xué)習(xí)成果的獲得。

基于混合式學(xué)習(xí)的案例教學(xué)，要抓住課前、課堂、課后三個教學(xué)環(huán)節(jié)，做到課前充分準備、課堂深入探究、課后評估反思。

課前環(huán)節(jié)：教師首先準備本節(jié)課相關(guān)知識點學(xué)習(xí)視頻、文檔等素材和在線測試題目；精選教學(xué)案例，設(shè)計相應(yīng)的問題；布置學(xué)習(xí)任務(wù)；最后將根據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)反饋調(diào)整教學(xué)安排。學(xué)生則是在線觀看教學(xué)視頻、閱讀文檔、做在線測試題目；閱讀教學(xué)案例，小組討論教師在案例中的提出的問題；以小組為單位回答案例問題。

課堂環(huán)節(jié)：教師首先導(dǎo)人案例，引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；講解案例，對案例進行重點難點分析，使學(xué)生明確本堂課的學(xué)習(xí)目標；然后，教師組織學(xué)生以小組為單位討論案例問題并展示討論結(jié)果；教師隨之引導(dǎo)學(xué)生改造和拓展案例，學(xué)生小組則展開自主探究，再次展示探究成果，教師進行歸納總結(jié)，實現(xiàn)拓展案例。

課后環(huán)節(jié)：學(xué)生進行課后復(fù)習(xí)，完成作業(yè)；教師答疑解惑，批閱學(xué)生的作業(yè)，并評估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。學(xué)生查看自己的形成性評價結(jié)果，反思學(xué)習(xí)。

2.4教學(xué)實施

混合式學(xué)習(xí)離不開網(wǎng)絡(luò)化的教學(xué)環(huán)境支撐，如課前課件和資料的推送、課堂的交互練習(xí)和課后的反饋等。中國大學(xué)MOOC教學(xué)平臺以功能全面、方便易用、課程資源豐富等優(yōu)點，受到廣大師生的歡迎，而且，北京理工大學(xué)嵩天老師團隊制作的“Pvthon語言程序設(shè)計”MOOC課程更是質(zhì)量高、內(nèi)容豐富。依托此MOOC課程平臺，我們?yōu)槊總€知識單元都精心設(shè)計了教學(xué)案例，讓學(xué)生在案例問題求解中逐漸掌握每個知識點，并最終達到所有教學(xué)目標。

基于混合式學(xué)習(xí)的案例教學(xué)，是以學(xué)生為中心，圍繞案例展開的教學(xué)。教師的講授是與學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)、課堂上的小組合作交流緊密結(jié)合在一起的。下面結(jié)合具體實例給出在課堂講授過程中實施案例教學(xué)的過程。

就以第一個Pvthon程序?qū)嵗馕觥癙ython蟒蛇繪制”為例。對學(xué)生來說，什么是模塊化編程？什么是面向?qū)ο缶幊?？什么是計算生態(tài)？這些概念、知識，若照本宣科講授，效果很差。因此，我們通過“Python蟒蛇繪制”案例，引出上述概念和編程思想。

該案例中繪制蟒蛇需要使用Python的Turtle函數(shù)庫。因此該案例引出的知識點有：圖形繪制、對象方法的引用、模塊編程思想、for循環(huán)語句、用戶函數(shù)的定義與調(diào)用。

案例拓展對于啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維很有幫助。本案例中，拓展討論：若要求案例程序改變蟒蛇的顏色，該如何處理？若要求改變蟒蛇的大小尺寸如何處理？若要求一次運行就繪制多條蟒蛇，又該如何處理呢？如何把蟒蛇繪制的程序代碼獨立出來呢？這樣，啟發(fā)了學(xué)生的想象力，使學(xué)生通過案例拓展過程不斷深化了對知識的理解，提升了問題求解能力。

針對拓展的案例，組織學(xué)生進行小組合作討論、自主探究、從教材或網(wǎng)上查閱資料，尋求解決方案。然后以小組為單位展示解決方案，其他小組可以進行質(zhì)疑、補充、修正。這樣使課堂充滿了一種師生之間、生生之間和諧交流的學(xué)習(xí)氛圍，學(xué)生在收獲知識、訓(xùn)練思維、增長能力的同時，領(lǐng)悟知識的美，激發(fā)學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)熱情。

案例設(shè)計結(jié)合學(xué)生所學(xué)專業(yè)，是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的關(guān)鍵，因為這樣做會使學(xué)生對Python程序設(shè)計在課程體系中的地位、作用更清晰明了。學(xué)生學(xué)習(xí)Python時也不再迷茫，因為他們知道什么時候用、如何用Python語言來解決專業(yè)學(xué)習(xí)中遇到的數(shù)據(jù)處理（如從組數(shù)據(jù)中求中位數(shù)、平均數(shù)、方差等）問題。

2.5學(xué)習(xí)評價

學(xué)習(xí)成果評價是一種以改進教學(xué)與學(xué)習(xí)、提升高校人才培養(yǎng)質(zhì)量為目標的系統(tǒng)化與科學(xué)化的評價過程，它對于教學(xué)質(zhì)量的提升具有激勵與導(dǎo)向的作用。

評價方式與評價內(nèi)容相對應(yīng)，描述性知識采用選擇題的形式進行考核，程序性知識和編程能力采用在線編程的方式進行考核。重視形成性評價，對學(xué)生在課前、課中、課后、期中、期末等不同階段進行連續(xù)的客觀評價、分析和判斷，以獲得學(xué)生學(xué)習(xí)增值的證據(jù)，從而全面評價學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量和效果。評價手段主要包括Python程序自動評測（OnlineJudge）、實驗報告文檔、期末考試紙質(zhì)卷面。課程結(jié)束后進行期末考試，得到學(xué)生的總結(jié)性評價。課程總的評價結(jié)果由平時成績（15%）、實驗考核成績（25%）和期末考核成績（60%）構(gòu)成。

3結(jié)束語

以“成果導(dǎo)向”教育理念為指導(dǎo)、遵循“反向設(shè)計，正向?qū)嵤痹瓌t設(shè)計的“Python程序設(shè)計”課程，改變了以往程序設(shè)計類課程內(nèi)容枯燥、為學(xué)而學(xué)的局面，把課程的教學(xué)內(nèi)容和目標與學(xué)生的的畢業(yè)成果關(guān)聯(lián)起來，采用與課程內(nèi)容和目標適應(yīng)的教學(xué)策略，讓學(xué)生始終清楚自己要達成的目標。并通過融入到教學(xué)過程中的形成性評估，根據(jù)評估反饋的結(jié)果，學(xué)生能及時了解自己的學(xué)習(xí)狀況，教師能及時發(fā)現(xiàn)教學(xué)中存在的問題，使得課程教學(xué)始終處于一種持續(xù)改進的狀態(tài)，教學(xué)質(zhì)量不斷提升。隨著對“成果導(dǎo)向”理念的深入理解，我們將不斷改革“Py-thon程序設(shè)計”課程的教學(xué)，為更好地培養(yǎng)滿足社會需求的應(yīng)用型人才服務(wù)。endprint