基于在線(xiàn)開(kāi)放課程的Python語(yǔ)言混合教學(xué)模式

李芬芬　高尚兵

摘 要：基于“理解和運(yùn)用計(jì)算生態(tài)”的教學(xué)理念，以公選課、專(zhuān)業(yè)選修課、實(shí)習(xí)課程為基礎(chǔ)，依托中國(guó)大學(xué)MOOC開(kāi)設(shè)的《Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》國(guó)家精品在線(xiàn)課程，作者提出并實(shí)踐了從程序設(shè)計(jì)入門(mén)到應(yīng)用縱深的Python語(yǔ)言混合教學(xué)模式，針對(duì)不同類(lèi)別和基礎(chǔ)的學(xué)生提出了相應(yīng)教學(xué)目標(biāo)與考核方案，取得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：Python語(yǔ)言；在線(xiàn)開(kāi)放課程；混合教學(xué)模式

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2018）22-0061-03

Python語(yǔ)言在計(jì)算生態(tài)的大背景下誕生、發(fā)展與再生，以最接近自然語(yǔ)言及面向生態(tài)的設(shè)計(jì)理念得到了廣泛的關(guān)注，目前已有超過(guò)14萬(wàn)個(gè)第三方庫(kù)，支持從數(shù)據(jù)處理到人工智能、從Web解析到網(wǎng)絡(luò)空間、從人機(jī)交互到藝術(shù)設(shè)計(jì)的所有計(jì)算領(lǐng)域的應(yīng)用[1-2]。2016年教育部高等學(xué)校大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)發(fā)布了《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》，首次建議將Python語(yǔ)言作為程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)語(yǔ)言，并給出了Python語(yǔ)言教學(xué)方案[3]。2017年12月，教育部考試中心發(fā)布了全國(guó)計(jì)算機(jī)等級(jí)考試（National Computer Rank Examination，簡(jiǎn)稱(chēng)NCRE）新增科目二級(jí)Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，該科目于2018年9月首次開(kāi)考。在應(yīng)用和應(yīng)試的大背景下，筆者依托《Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》國(guó)家精品在線(xiàn)課程，面向淮陰工學(xué)院的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生和非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生開(kāi)展了Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)與課程教學(xué)，取得了較好的教學(xué)效果和反饋。

一、Python語(yǔ)言在線(xiàn)開(kāi)放課程

Python語(yǔ)言誕生于1990年前后，經(jīng)過(guò)近30年的改進(jìn)與發(fā)展，以其開(kāi)源通用、簡(jiǎn)潔優(yōu)雅及高效生態(tài)的特點(diǎn)已經(jīng)成為國(guó)際上最受歡迎的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。搜索引擎Google的核心代碼、迪士尼公司的動(dòng)畫(huà)和生成、豆瓣網(wǎng)的網(wǎng)站架構(gòu)和相關(guān)應(yīng)用的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)都使用了Python語(yǔ)言。Python具有極其簡(jiǎn)單的語(yǔ)法，采用強(qiáng)制縮進(jìn)方式體現(xiàn)程序格式框架，具有極強(qiáng)的可讀性，是容易入門(mén)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。目前國(guó)際著名高校大都在開(kāi)設(shè)Python程序設(shè)計(jì)課程，近3年，國(guó)內(nèi)一批高校逐漸開(kāi)設(shè)了Python語(yǔ)言課程，進(jìn)行較好的教學(xué)實(shí)踐。

2017年12月，根據(jù)《教育部關(guān)于加強(qiáng)高等學(xué)校在線(xiàn)開(kāi)放課程建設(shè)應(yīng)用與管理的意見(jiàn)》（教高[2015]3號(hào)）精神和《教育部辦公廳關(guān)于開(kāi)展2017年國(guó)家精品在線(xiàn)開(kāi)放課程認(rèn)定工作的通知》（教高廳函[2017]40號(hào)）要求，教育部認(rèn)定490門(mén)課程為國(guó)家精品在線(xiàn)開(kāi)放課程。愛(ài)課程（中國(guó)大學(xué)MOOC）有3門(mén)關(guān)于Python語(yǔ)言的在線(xiàn)開(kāi)放課程被認(rèn)定為國(guó)家精品在線(xiàn)開(kāi)放課程，分別是北京理工大學(xué)嵩天等老師的《Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》、南京大學(xué)張莉老師的《用Python玩轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)》、哈爾濱工業(yè)大學(xué)車(chē)萬(wàn)翔老師的《高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（Python）》。由985高校開(kāi)展Python語(yǔ)言教學(xué)的教師開(kāi)設(shè)的在線(xiàn)開(kāi)放課程，從課程定位到教學(xué)方法，從教學(xué)理念到教學(xué)資源，從考核目標(biāo)到課程互動(dòng)，均體現(xiàn)了一流大學(xué)的高水平教學(xué)。

Python在線(xiàn)開(kāi)放課程提供了最先進(jìn)的課程教學(xué)大綱、高質(zhì)量的課程教學(xué)視頻，適合系統(tǒng)化學(xué)習(xí)的課程資源（課件、實(shí)例、練習(xí)）和OJ平臺(tái)，非常適合普通二本高校在教學(xué)資源缺乏、師資緊張的情況下開(kāi)展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，進(jìn)行以學(xué)生為中心的課程改革、教學(xué)方式與學(xué)習(xí)方式變革，實(shí)現(xiàn)教育教學(xué)質(zhì)量全面提高。

二、面向計(jì)算生態(tài)的Python語(yǔ)言課程教學(xué)

1. Python語(yǔ)言課程教學(xué)方案

“計(jì)算生態(tài)”，是“生態(tài)”概念在計(jì)算機(jī)技術(shù)中的對(duì)應(yīng)，在此特指在程序設(shè)計(jì)領(lǐng)域構(gòu)建的支撐計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的生態(tài)體系，即以開(kāi)源項(xiàng)目為組織形式，充分利用“共識(shí)原則”和“社會(huì)利他原則”組織人員，在競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展、相互依存和迅速更迭中完成信息技術(shù)的更新?lián)Q代，形成技術(shù)的自我演化路徑[4]。Python語(yǔ)言課程教學(xué)旨在培養(yǎng)學(xué)生理解、運(yùn)用和構(gòu)建計(jì)算生態(tài)的能力，學(xué)會(huì)使用第三方庫(kù)，理解快速開(kāi)發(fā)理念，建立對(duì)信息世界的新認(rèn)識(shí)[2]。筆者基于中國(guó)大學(xué)MOOC在線(xiàn)開(kāi)放課程《Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》，制定了課程教學(xué)方案、課程考核方案及課程評(píng)價(jià)與建議。

面向非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)Python零基礎(chǔ)學(xué)生開(kāi)設(shè)公共選修課，教學(xué)目標(biāo)定位為學(xué)生能掌握Python語(yǔ)言基礎(chǔ)語(yǔ)法及理解計(jì)算生態(tài)，學(xué)時(shí)設(shè)置為32學(xué)時(shí)，由24講授學(xué)時(shí)和8學(xué)時(shí)上機(jī)學(xué)時(shí)構(gòu)成。面向計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)生，在《人工智能應(yīng)用》專(zhuān)業(yè)選修課程中，主要介紹Python計(jì)算生態(tài)實(shí)例，由16講授學(xué)時(shí)構(gòu)成，教學(xué)目標(biāo)定位為學(xué)生具有能運(yùn)用計(jì)算生態(tài)的能力。

Python語(yǔ)言基礎(chǔ)語(yǔ)法主要包括數(shù)字類(lèi)型（int，float，complex）、字符串類(lèi)型（str）、程序的控制結(jié)構(gòu)、函數(shù)和代碼復(fù)用、組合數(shù)據(jù)類(lèi)型（元組、列表、集合和字典）、文件和數(shù)據(jù)格式化。

理解計(jì)算生態(tài)是指讓學(xué)生廣泛感知計(jì)算生態(tài)的存在[4]。課程內(nèi)容主要包括常用的第三方庫(kù)的應(yīng)用，第三方庫(kù)主要包括turtle庫(kù)、math庫(kù)、random庫(kù)、time庫(kù)、pyinstaller庫(kù)、jieba庫(kù)、PIL庫(kù)、csv庫(kù)、json庫(kù)等。利用第三方庫(kù)wordcloud，使用5行代碼即可生成中英文詞云[2]。

運(yùn)用計(jì)算生態(tài)是指面向能力、圍繞一系列第三方庫(kù)培養(yǎng)學(xué)生掌握某一方面的基礎(chǔ)能力[4]。如講解PyQT，培養(yǎng)學(xué)生掌握GUI圖形用戶(hù)界面庫(kù)；如講解itchat，培養(yǎng)學(xué)生理解微信個(gè)人微信網(wǎng)頁(yè)版接口。

在課堂教學(xué)中，通過(guò)12個(gè)生動(dòng)有趣具有現(xiàn)代氣息的實(shí)例把基礎(chǔ)語(yǔ)法與計(jì)算生態(tài)緊密聯(lián)系起來(lái)，包括溫度轉(zhuǎn)換、Python蟒蛇繪制、 天天向上的力量、文本進(jìn)度條、身體質(zhì)量指數(shù)BMI、利用蒙特卡洛方法計(jì)算圓周率、七段數(shù)碼管繪制、科赫雪花小包裹、基本統(tǒng)計(jì)值計(jì)算、中英文詞頻統(tǒng)計(jì)、自動(dòng)軌跡繪制、政府工作報(bào)告詞云。

2.Python語(yǔ)言課程考核方案

《Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》課程是實(shí)踐性強(qiáng)、邏輯性強(qiáng)的課程，教師和學(xué)生的互動(dòng)時(shí)間主要在于課堂教學(xué)和上機(jī)操作。本課程的考核方案旨在于課堂之外建立有效途徑，幫助建立學(xué)生自主學(xué)習(xí)、快速學(xué)習(xí)，進(jìn)而培養(yǎng)其終身學(xué)習(xí)能力及團(tuán)隊(duì)合作能力。

（1）考核點(diǎn)一：平時(shí)OJ練習(xí)

在免費(fèi)的OJ平臺(tái)https：//python123.io/ 上完成教師設(shè)置的課程單元練習(xí)內(nèi)容，課程代碼為hyitpython。單元類(lèi)型設(shè)置為練習(xí)，特點(diǎn)是不限提交次數(shù)提交代碼，根據(jù)測(cè)試用例，在線(xiàn)評(píng)測(cè)代碼的準(zhǔn)確度。學(xué)生通過(guò)在線(xiàn)提交代碼查看得分，如對(duì)分?jǐn)?shù)不滿(mǎn)意修改代碼，再次提交代碼查看得分，如此反復(fù)直到自己對(duì)得分滿(mǎn)意。

Python語(yǔ)言課程教學(xué)開(kāi)設(shè)時(shí)間與北京理工大學(xué)國(guó)家精品在線(xiàn)開(kāi)放課程《Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》保持相同的課程進(jìn)度，建議學(xué)生在中國(guó)大學(xué)MOOC在線(xiàn)同步學(xué)習(xí)，學(xué)生通過(guò)實(shí)名認(rèn)證后，系統(tǒng)提供相應(yīng)練習(xí)、測(cè)試和考核頁(yè)面的作業(yè)提交界面（見(jiàn)圖1）作為作業(yè)依據(jù)。如果同期獲得中國(guó)大學(xué)MOOC北京理工大學(xué)《Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》課程認(rèn)證證書(shū)，證書(shū)可作為本課程認(rèn)定成績(jī)。

（2）考核點(diǎn)二：團(tuán)隊(duì)任務(wù)

本考核點(diǎn)成績(jī)由團(tuán)隊(duì)任務(wù)的完成度決定。在課程教學(xué)過(guò)程中，建議學(xué)生根據(jù)自身程序設(shè)計(jì)能力組成Pair Team團(tuán)隊(duì)，完成團(tuán)隊(duì)任務(wù)。Pair Team組隊(duì)完成3項(xiàng)子任務(wù)：①設(shè)計(jì)組隊(duì)Logo，提交設(shè)計(jì)Logo的Python文件。②文本詞頻統(tǒng)計(jì)，團(tuán)隊(duì)自行選擇感興趣的文章或者小說(shuō)，設(shè)計(jì)代碼統(tǒng)計(jì)文章詞頻，提交分析文本的txt文件（.txt格式）、詞頻統(tǒng)計(jì)的Python文件（.py格式）和統(tǒng)計(jì)結(jié)果的詞云圖片（.png格式）。③根據(jù)學(xué)生自己專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)及特色，檢索考察Python的第三方庫(kù)應(yīng)用，完成說(shuō)明文檔一篇（每個(gè)隊(duì)1份）?？蓞⒖嫉谌綆?kù)介紹的url鏈接：春色盎然中不可不知的 10 個(gè) Python 計(jì)算生態(tài)（https：//python123.io/index/monthly_packages/201803）。

每個(gè)團(tuán)隊(duì)的綜合成績(jī)由3項(xiàng)按比例加權(quán)計(jì)算得出，每個(gè)隊(duì)員成績(jī)等同團(tuán)隊(duì)成績(jī)。

（3）考核點(diǎn)三：平時(shí)考勤數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)實(shí)例設(shè)計(jì)

根據(jù)每位學(xué)生10次本課程課堂考勤簽到數(shù)據(jù)的CSV文件，通過(guò)CSV標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)設(shè)計(jì)程序統(tǒng)計(jì)每位學(xué)生的出勤情況和座位習(xí)慣，比較分享每個(gè)人統(tǒng)計(jì)結(jié)果的異同，對(duì)于學(xué)生而言，是一件很有趣的事情。

3.Python語(yǔ)言課程評(píng)價(jià)與建議

基于移動(dòng)平臺(tái)的方便快捷，《Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》課程評(píng)價(jià)與建議是通過(guò)分享手機(jī)二維碼完成的。對(duì)學(xué)生而言，拿起手機(jī)掃描課程評(píng)價(jià)二維碼（如圖2），是非常友好的課程總結(jié)與評(píng)價(jià)體驗(yàn)（如圖3）。目前收到了機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、軟件工程、信息管理、工業(yè)工程、植物生產(chǎn)、新能源、通信工程、食品科學(xué)與工程、制藥工程、工業(yè)工程、信息與計(jì)算科學(xué)、物理、車(chē)輛工程、材料等專(zhuān)業(yè)60份有效課程評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。物理專(zhuān)業(yè)2017級(jí)某同學(xué)說(shuō)：“打開(kāi)了新世界的大門(mén)，感覺(jué)眼界開(kāi)闊了許多?！敝扑幑こ虒?zhuān)業(yè)2017級(jí)某同學(xué)說(shuō)：“結(jié)合中國(guó)大學(xué)慕課的上課形式挺好的，可以線(xiàn)上學(xué)習(xí)……” 在課程建議中，很多學(xué)生都提到希望開(kāi)設(shè)后續(xù)課程，如Python進(jìn)階、Python與專(zhuān)業(yè)結(jié)合的應(yīng)用課程等。車(chē)輛工程2017級(jí)某同學(xué)說(shuō)：“以小組形式，希望老師指定計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)+非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)組成Pair Team團(tuán)隊(duì)，便于相互幫助，達(dá)到1+1>2的學(xué)習(xí)效果?！?/p>

三、基于翻轉(zhuǎn)課堂的Python語(yǔ)言實(shí)踐教學(xué)

翻轉(zhuǎn)課堂[5] （Flipped Classroom）旨在重視以學(xué)生為中心的教學(xué)，把學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)還給學(xué)生，教師重在啟發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)機(jī)，幫助學(xué)生構(gòu)建自主學(xué)習(xí)能力，并認(rèn)同多元評(píng)量與多元價(jià)值。目前很多高校在課程教學(xué)中進(jìn)行了課堂翻轉(zhuǎn)[6][7]，筆者在面向計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的《項(xiàng)目實(shí)習(xí)》實(shí)踐選修（Python語(yǔ)言方向）課程中，嘗試基于翻轉(zhuǎn)課堂形式的實(shí)踐教學(xué)。在實(shí)訓(xùn)前，根據(jù)時(shí)間安排，建議學(xué)生選修中國(guó)大學(xué)MOOC在線(xiàn)開(kāi)放課程《Python數(shù)據(jù)分析與展示》（2017年秋）；在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，要求學(xué)生對(duì)Python數(shù)據(jù)分析與展示課程中的概念性知識(shí)、程序性知識(shí)、元認(rèn)識(shí)知識(shí)做進(jìn)一步的主題討論、實(shí)例編程；最后設(shè)置項(xiàng)目演示環(huán)節(jié)，學(xué)生通過(guò)合作演示展示了完整的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，完美地完成了項(xiàng)目實(shí)習(xí)。

采用翻轉(zhuǎn)課堂+項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)形式，運(yùn)用Python計(jì)算生態(tài)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目能力，符合工程教育認(rèn)證體系OBE培養(yǎng)目標(biāo)要求。教學(xué)考核方案的考核等第由學(xué)生自評(píng)分、答辯得分、報(bào)告得分、綜合扣分、綜合得分按比例構(gòu)成。其中學(xué)生自評(píng)總分包括實(shí)訓(xùn)過(guò)程自我態(tài)度、概念性知識(shí)、程序性知識(shí)、元認(rèn)識(shí)知識(shí)、實(shí)訓(xùn)日志完成情況、Python實(shí)例完成情況、中國(guó)大學(xué)MOOC課程參與情況及課程證書(shū)取得情況、實(shí)訓(xùn)課題完成情況、實(shí)習(xí)報(bào)告的完整度和格式、文字與參考文獻(xiàn)數(shù)量及相關(guān)、總結(jié)與課程建議。自評(píng)總分占20%，答辯得分占30%，報(bào)告得分占50%。通過(guò)線(xiàn)上學(xué)習(xí)和線(xiàn)下實(shí)戰(zhàn)相結(jié)合的教學(xué)方法，本課程取得了很好的教學(xué)效果。通過(guò)中國(guó)大學(xué)MOOC在線(xiàn)學(xué)習(xí)，85%的學(xué)生取得了2017年秋季《Python數(shù)據(jù)分析與展示》優(yōu)秀課程證書(shū)（如圖4所示），有效調(diào)動(dòng)了學(xué)生的對(duì)Python的學(xué)習(xí)興趣，從而順利完成了Python項(xiàng)目實(shí)習(xí)課題（如圖5所示）。

基于“理解和運(yùn)用計(jì)算生態(tài)”教學(xué)理念，筆者在本校公選課、專(zhuān)業(yè)選修課、實(shí)習(xí)課程中進(jìn)行了基于在線(xiàn)開(kāi)放課程的Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教學(xué)，學(xué)生反映熱誠(chéng)且積極，教學(xué)效果非常好，說(shuō)明了Python語(yǔ)言混合教學(xué)模式很有效。2017年，筆者所在學(xué)院獲批數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專(zhuān)業(yè)，目前已將Python語(yǔ)言作為該培養(yǎng)方案中的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)必修課程。隨著人工智能與大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，Python語(yǔ)言的計(jì)算生態(tài)必會(huì)蓬勃發(fā)展，基于在線(xiàn)開(kāi)放課程的Python語(yǔ)言混合式教學(xué)模式將會(huì)在不同專(zhuān)業(yè)的程序設(shè)計(jì)教學(xué)中得到廣泛認(rèn)可。

參考文獻(xiàn)：

[1]嵩天，禮欣，黃天羽. Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（第2版） [M].北京：高等教育出版社， 2017.

[2]中國(guó)大學(xué)MOOC[EB/OL]. https：//www.icourse163.

org/course/BIT-268001.

[3]教育部高等學(xué)校大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)編制.大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求[M].北京：高等教育出版社，2016.

[4]嵩天，黃天羽，禮欣.面向計(jì)算生態(tài)的Python語(yǔ)言入門(mén)課程教學(xué)方案[J].計(jì)算機(jī)教育，2017（8）：7-12.

[5]維基百科.翻轉(zhuǎn)課堂概念[EB/OL]. https：//zh.wikipedia.org/zh-hans/翻轉(zhuǎn)課堂.

[6]張莉，金瑩，張潔.基于MOOC的“用Python玩轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)”翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)踐與研究[J].工業(yè)和信息化教育， 2017（3）：70-76.

[7]冉娟，張鋼.獨(dú)立學(xué)院非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)Python程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革探索[J].計(jì)算機(jī)教育，2017（9）：15-20.

（編輯：魯利瑞）