基于CDIO模式的Python程序設計課程教學應用研究

左衛(wèi)剛

摘? 要： 針對目前Python語言課程教學現(xiàn)狀，在詳細分析其存在問題的基礎上，提出將CDIO工程教育理念與Python教學相結合，根據(jù)Python語言特點，明確課程目標定位，基于CDIO模式重新優(yōu)化教學內(nèi)容、采用多樣化教學方法、搭建三層遞進式實踐項目、重構考核評價體系，從而培養(yǎng)學生的工程技術能力，達到轉變教學思路，全面提升教學質(zhì)量的目的。

關鍵詞： CDIO; Python; 程序設計; 職業(yè)教育; 項目驅動

中圖分類號：G718.5? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2019）08-78-03

Abstract： Aiming at the problems existing in Python language teaching at present， this paper puts forward the idea of combining CDIO engineering education concept with Python teaching. According to the characteristics of Python language and the concept of CDIO， clarifies the course target orientation， re-optimizes the teaching contents， adopts a variety of teaching methods， builds a three-tiered progressive practice projects， and reconstructs the assessment system， thereby cultivating students' engineering and technical ability， changing the teaching ideas and comprehensively improving the teaching quality.

Key words： CDIO; Python; programming; higher vocational education; project driven

0 引言

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育領域改革的最新成果。2000年，麻省理工學院等四所大學組成的跨國研究組織歷經(jīng)四年的深入研究，創(chuàng)立并持續(xù)發(fā)展和倡導了全新的CDIO工程教育理念。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），它以產(chǎn)品設計研發(fā)到產(chǎn)品維護運行的生命周期為載體，首次將工程畢業(yè)生必備的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力及工程系統(tǒng)能力四個方面[1]?；贑DIO的教育模式，首先從課堂的知識點入手，運用案例教學、示范操作等方式掌握基本知識點;然后以簡單的實訓項目為切入點，提升學生的個人能力和實踐操作水平;最后以學生團體合作的形式完成一個基于工作場景的崗位仿真實踐，以提升學生的團隊協(xié)作能力和工程系統(tǒng)能力[2-3]。CDIO工程教育模式切合了工程技術人才的培養(yǎng)規(guī)律，在我國汕頭大學等高校得到推廣與發(fā)展。

Python語言是程序設計語言領域20年來最重要的成果之一，它是一種面向對象、解釋性的高級程序語言。其語法簡單，易讀性強，極大地降低了學習的難度。由于Python的開源本質(zhì)，它能夠被輕松移植到包括WINDOWS、Linux，甚至Android等眾多平臺上。Python擁有龐大的標準庫和擴展庫，這些庫可以幫助程序員快速地完成各個學科領域大量相關功能的構建。Python即是面向過程的語言，也是面向對象的語言。在面向過程程序設計中，將復雜問題流程化，然后用可重用的函數(shù)來解決問題。在面向對象程序設計中，根據(jù)人們認識客觀世界的系統(tǒng)思維方式，將問題抽象為對象集合，每個對象內(nèi)部封裝自己的屬性和方法， 不同的問題交由不同的對象去解決[4]。近年來，隨著人工智能（AI）技術的不斷演進，Python已成為國際上最流行的程序設計語言之一。Python被廣泛應用于Web應用開發(fā)、服務器運維、科學計算、游戲、數(shù)據(jù)挖掘等領域。

1 Python語言教學現(xiàn)狀

Python語言已經(jīng)成為眾多高校最受歡迎的程序設計語言。國外著名高校從2009年已開始廣泛開設Python相關課程。國內(nèi)起步相對較晚，2015年以后，國內(nèi)一批本科高校逐步開始開設Python語言教學。近兩年國內(nèi)高職院校也開始將Python作為入門程序設計語言。但由于教學實踐時間過短，高職學生與本科生又存在著知識結構和認知層次等方面的差異，在針對高職院校的Python教學中尚存在一些問題。

1.1 教學方面

⑴ Python語言因其易學性而成為入門程序設計的熱門語言，然而在教學內(nèi)容和案例上沒有過多改進，教學實例落后于時代發(fā)展，與實際生活關聯(lián)不密切，比如還是以溫度轉換、打印乘法口訣等為主的數(shù)學計算案例，這使得學生對程序設計不能產(chǎn)生濃厚的興趣。另一方面，針對不同專業(yè)和專業(yè)方向的學生授課內(nèi)容及案例統(tǒng)一，課程教學的內(nèi)容沒有針對專業(yè)特性進行適當調(diào)整，使得學生學習后不能更好地使用Python語言解決與專業(yè)相關的實際問題。

⑵ 在教學中仍然采用“理論講解”—“學生操作”—“課后練習”的傳統(tǒng)教學模式，強化知識灌輸，弱化能力培養(yǎng)。沒有有效將課上與課下形成閉環(huán)，導致學生實踐環(huán)節(jié)薄弱，編程能力不足，不能有效培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。

1.2 評價方面

評價模式過于單一，學生總成績一般由平時成績、作品、期末成績3部分組成。這種考核方式只注重結果性評價，完全忽略了過程性評價。學生應備的溝通能力、團隊協(xié)作能力等方面的職業(yè)素養(yǎng)不得得到有效的評價。因評價環(huán)節(jié)不完善，教師無法通過評價對教學做出針對性的有效診改，一定程度上影響了教學效果。

2 CDIO理念下的Python教學設計

2.1 課程目標定位

在深入研究分析目前Python教學中存在的問題基礎上，結合CDIO工程教育理念，確定“以思維培養(yǎng)為主體、以能力培養(yǎng)為核心、以工程素質(zhì)為目標”的課程教學定位。本課程注重Python語言的實踐與應用，教學知識點融合在貼近生活的項目案例中，引導學生積極用計算思維模式去分析解決問題?；贑DIO模式下Python課程的教學目標由兩部分組成，分別是技術知識目標和職業(yè)素養(yǎng)目標[5]。技術知識目標要求學生掌握Python語言面向對象的編程方法及常用庫的使用。職業(yè)素養(yǎng)目標著重于培養(yǎng)學生職業(yè)技能、人際交往、團隊協(xié)作以及CDIO全過程能力。

2.2 優(yōu)化教學內(nèi)容

根據(jù)課程目標和定位，對課程的教學內(nèi)容進行重構。為增強學生學習Python的興趣，我們將Turtle庫部分內(nèi)容作為課程先導內(nèi)容，讓學生通過簡單的幾行代碼就可以繪制出精美的圖案，體會Python之美，從課程起始就樹立起學生學習Python的信心。整個課程以項目為載體，每一單元都有對應一級項目實例，方便學生理解其知識內(nèi)涵。每個模塊都有一個二級模擬工程項目，此項目將本模塊知識點與相關的Python庫相結合，使學生完成具有一定實際意義的工程案例。課程最后根據(jù)不同專業(yè)設置了多個三級課程綜合項目，學生以團隊形式從需求分析開始，完成一體化設計、編碼、測試。實現(xiàn)了“知識講解實例化、項目模擬工程化、實戰(zhàn)演練一體化”。下表1為Python課程內(nèi)容組織關系圖。

3 CDIO理念下的Python教學實施

結合CDIO工程教學理念，將Python課程立足于能力本位。在課堂教學方法上根據(jù)課程的內(nèi)容采用合理的教學方法，多種教學方法相結合。課程項目的設計上層層遞進，模仿真實生產(chǎn)環(huán)境流程，突出工程教育的特點。考核方式上多元化多維度評價相結合。

3.1 完善課堂教學方法

⑴ 翻轉課堂教學。將MOOC引入課堂，學生充分利用課前時間通過觀看視頻或課件對下一節(jié)所學課程內(nèi)容進行預習，帶著問題來上課。課堂上老師通過信息化教學平臺了解學生預習情況，然后對教學內(nèi)容進行有針對性的引導。翻轉課堂有利于將被動式灌輸轉變?yōu)橹鲃邮教骄繉W習。

⑵ 項目驅動教學。將課程知識體系化為項目實例，知識內(nèi)容融合在項目中，讓學生帶著項目去思考和學習，引導學生“做中學”。比如在講解條件分支內(nèi)容時，我們結合當?shù)囟拒囕v單雙號限行，將其作為條件分支結構內(nèi)容的實例項目。這樣以來學生對課程內(nèi)容產(chǎn)生了濃厚的興趣，同時增強了學生將知識內(nèi)容應用于實際生活場景的能力。

⑶ 啟發(fā)式教學。CDIO模式注重學生的主動探究式學習能力的培養(yǎng)，教學中將自主探究與小組合作相結合，教師在其中起到引導和啟發(fā)的作用，以學生為主體，啟發(fā)學習積極思考問題的解決方案。

3.2 實踐項目逐層遞進

教學過程以項目為載體，分為一級實例項目、二級模塊項目、三級課程項目。三層項目堅持以學生為主體，教師為主導，逐層遞進，使學生逐步熟悉基于實際工程環(huán)境的軟件開發(fā)流程。

⑴ 一級項目實例化：主要是基礎性實例小項目。內(nèi)容涵蓋了Python基本語言元素的知識內(nèi)容，通過與生活相關的小實例來內(nèi)化學習。通過這些實例項目的實踐，使學生熟練掌握Python的基本語法。

⑵ 二級項目工程化：主要是模塊工程實踐。本級項目從設計思路、設計步驟到設計完成都在老師的具體指導下協(xié)作完成，體現(xiàn)出工程化特點。

⑶ 三級項目一體化：本門課程的綜合性實踐。學生根據(jù)興趣，組隊從課程綜合項目庫中選擇或自擬一個項目。每個項目具有一定的綜合性和復雜度。選定具體項目后，首先進行需求分析，明確項目最終目標和要求，然后制定項目實施方案、組長根據(jù)成員具體情況分派任務給每個組員、按照開發(fā)流程對項目進行設計實施。在項目的實施過程中，團隊成員之間要相互協(xié)作，在獨立思考的同時要善于傾聽他人意見。最后在項目完成后撰寫項目報告，并進行答辯。通過綜合性課程項目實踐，學生不僅鞏固了知識要點，提升了編碼能力。團隊協(xié)作能力、人際交流能力、邏輯思維能力、撰寫文檔等能力都得到了明顯提升。下表2為CDIO教育理念下課程綜合實踐項目教學思路。

3.3 重構考核評價體系

CDIO工程教育模式注重培養(yǎng)學生的綜合能力，而傳統(tǒng)的考核評價方式不能全方位考核學生的綜合能力。針對評價模式過于單一的問題，在Python課程的考核評價中，我們主要從以下幾個方面對學生的能力進行考核：①基礎知識考核：通過課前預習、課堂提問、作業(yè)、階段性小測驗。②編程能力：通過單元項目和課程項目。③工程素養(yǎng)：通過課程項目實踐的項目開發(fā)生命周期的過程實施。④團隊協(xié)作能力：通過在項目實施過程中，團隊成員之間的合作交流情況。⑤溝通創(chuàng)新能力：通過課程項目答辯、學生團隊在項目基本要求基礎上做出的自創(chuàng)性功能等。以上五個方面將過程性評價與結果性評價完美融合，理論知識評價和工程素養(yǎng)評價有機結合。在評價中將學生引入評價主體，多元化評價方式，形成多維立體式評價機制。

4 結束語

為轉變傳統(tǒng)教學理念，提高學生工程素養(yǎng)。本文借鑒CDIO工程教育理念，通過進一步明確Python課程教學目標，重構課程內(nèi)容，采用多維度評價體系，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。有效改變了傳統(tǒng)教學中存在的重理論輕實踐、重知識輕創(chuàng)新、重視個人能力忽視團隊協(xié)作等問題。

本文的多項措施已應用于多專業(yè)Python教學，從教學效果及學生反饋來看，取得了一定的成效，其中遞進式實踐項目設計符合高職學生的認知規(guī)律，能較好地達成教學目標，培養(yǎng)了學生計算思維及分析解決問題的能力，有效提高了學生的工程素養(yǎng)。在今后的教學中，將進一步明確當前改革的思路和重點，利用網(wǎng)絡優(yōu)勢資源，提高工程教育質(zhì)量，實現(xiàn)學生與社會及企業(yè)的無縫對接，為企業(yè)培養(yǎng)合格的技術技能型人才。

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