基于同伴互教理念的《Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》教學(xué)方法設(shè)計(jì)

曹振宇

摘要：《Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》是數(shù)據(jù)科學(xué)和大數(shù)據(jù)應(yīng)用的基礎(chǔ)能力，主要培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維、程序設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析能力。其中，積極學(xué)習(xí)和主動(dòng)探索是教學(xué)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。本文基于哈佛大學(xué)Eric Mazur的同伴互教原理，使用反向設(shè)計(jì)，分析Python語(yǔ)言課程的設(shè)計(jì)方法，讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主導(dǎo)者，老師成為過(guò)程的組織者。并在此基礎(chǔ)之上，為應(yīng)用型高校的Python課程設(shè)計(jì)提供可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)和思路。

關(guān)鍵詞：Python語(yǔ)言;同伴互教;積極學(xué)習(xí)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）32-0107-02

1 引言

隨著智能技術(shù)的高速發(fā)展，社會(huì)進(jìn)入了全新的數(shù)智經(jīng)濟(jì)時(shí)代。大數(shù)據(jù)、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)不斷顛覆人們的生活方式。其中，大部分智能技術(shù)使用Python語(yǔ)言編寫(xiě)和運(yùn)行，這也成了數(shù)字化人才的必備技能。目前，關(guān)于Python課程的教學(xué)設(shè)計(jì)原理是，盡可能多地將最新編程知識(shí)和操作方法整合在一起，并搭配案例練習(xí)引導(dǎo)學(xué)生掌握編程技巧。這種教學(xué)方法的缺點(diǎn)在于以“教”為主，以“學(xué)”為輔。學(xué)生只需要比葫蘆畫(huà)瓢，按照老師的要求完成相應(yīng)任務(wù)，而缺乏獨(dú)立探索的“激勵(lì)”因素。

處于青春期的大學(xué)生，其心理表現(xiàn)是構(gòu)建認(rèn)同，包括自我認(rèn)同和社會(huì)認(rèn)同。大學(xué)課堂應(yīng)該采用合作學(xué)習(xí)的方式，促進(jìn)學(xué)生的自我成長(zhǎng)和團(tuán)隊(duì)意識(shí)。美國(guó)著名的心理學(xué)家Wilbert J. McKeachie 指出，高效的教學(xué)方法是一群學(xué)生將自己的經(jīng)驗(yàn)分享給另外一群學(xué)生。所以，Python課程設(shè)計(jì)需要老師將學(xué)生組織起來(lái)，構(gòu)建一個(gè)知識(shí)共享和互動(dòng)社區(qū)，激勵(lì)學(xué)生之間的互教互助，提升教與學(xué)的質(zhì)量。

本文結(jié)合同伴互教理念，通過(guò)反向設(shè)計(jì)法從課前、課中和課后三個(gè)階段制定積極學(xué)習(xí)策略，以及相對(duì)應(yīng)的教學(xué)策略。從而增強(qiáng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)能力，為應(yīng)用型高校的課程轉(zhuǎn)型和人才培養(yǎng)目標(biāo)制定提供一些可行的思路。

2 同伴互教（Peer Instruction）的特征與原理

Eric Mazur是哈佛大學(xué)的物理學(xué)教授。他在一次課堂上的無(wú)意舉動(dòng)卻對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果產(chǎn)生了積極影響。由于學(xué)生是初學(xué)者，他們知道哪些知識(shí)點(diǎn)容易出錯(cuò)，應(yīng)該使用什么樣的方法去解決問(wèn)題。這些學(xué)生可以將自己的經(jīng)驗(yàn)通過(guò)互教的方式傳遞給其他同學(xué)。Eric Mazur發(fā)現(xiàn)同伴互教比老師教授的效果更好。并且這種教學(xué)方式不受限于班級(jí)人數(shù)和學(xué)科類(lèi)別。例如著名的慕課平臺(tái)Coursera引進(jìn)了同伴互評(píng)機(jī)制。學(xué)生完成了項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)作業(yè)后會(huì)隨機(jī)分配到一名同伴，兩人通過(guò)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)為對(duì)方的項(xiàng)目作業(yè)提供建議和優(yōu)化方案。所以，學(xué)習(xí)者需要經(jīng)過(guò)三個(gè)階段的成長(zhǎng)，即會(huì)說(shuō)、會(huì)做和會(huì)教。

同伴互教的設(shè)計(jì)原理分為四個(gè)步驟。首先，每一位學(xué)生根據(jù)老師的要求獨(dú)立完成章節(jié)學(xué)習(xí)和練習(xí)題。這個(gè)時(shí)候，學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解會(huì)多種多樣。其次，學(xué)生以小組為單位進(jìn)行研討，找到想法不一樣的原因，并結(jié)合討論的結(jié)果優(yōu)化自己的答案。再次，老師給出一個(gè)相似的問(wèn)題讓學(xué)生作答。這個(gè)時(shí)候大部分學(xué)生的答案正確，并且會(huì)出現(xiàn)不同的解題思路。最后，老師和同學(xué)共同總結(jié)知識(shí)點(diǎn)和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，形成一套完善的知識(shí)體系。整個(gè)過(guò)程是由學(xué)生主動(dòng)完成的，先獨(dú)立思考，再進(jìn)行討論，然后分享心得，最后轉(zhuǎn)化為經(jīng)驗(yàn)。

美國(guó)密歇根大學(xué)教師發(fā)展中心O.Neal 和 T.Pinder-Grover指出，老師需要根據(jù)知識(shí)點(diǎn)的復(fù)雜程度和資源消耗程度來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué)策略。筆者根據(jù)她們提出的積極學(xué)習(xí)策略圖譜進(jìn)行歸納與整合，將其分為四個(gè)類(lèi)別（表1所示）。

3 基于同伴互教的教學(xué)方法設(shè)計(jì)

筆者在民辦本科應(yīng)用型高校的數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專(zhuān)業(yè)任教。《Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》在大學(xué)第二年第一學(xué)期開(kāi)設(shè)，課時(shí)數(shù)為64學(xué)時(shí)。學(xué)生在之前的學(xué)習(xí)階段已經(jīng)掌握計(jì)算機(jī)和信息演化歷史，但是未系統(tǒng)性地學(xué)習(xí)編程技術(shù)。所以本門(mén)課程是連接信息理論和數(shù)據(jù)應(yīng)用的紐帶。筆者將以反向教學(xué)設(shè)計(jì)法闡釋本門(mén)課程的教學(xué)設(shè)計(jì)思路。

3.1 學(xué)習(xí)預(yù)期效果設(shè)計(jì)

Python編程與人類(lèi)的語(yǔ)言演變過(guò)程相似。隨著數(shù)據(jù)交互量級(jí)增長(zhǎng)，Python編程會(huì)更迭出要素復(fù)雜的語(yǔ)法體系。這里以Python網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)庫(kù)為例。假設(shè)我們需要從某網(wǎng)站采集電影信息。正則表達(dá)式通過(guò)特定的符號(hào)指代字母或數(shù)字，在網(wǎng)頁(yè)中定位核心數(shù)據(jù)。BS4在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行了簡(jiǎn)化。通過(guò)設(shè)置標(biāo)簽來(lái)制定數(shù)據(jù)檢索路徑，從而減少程序編譯的工作量。Xpath在前者的基礎(chǔ)上為Python提供最優(yōu)路徑選擇，減少運(yùn)算任務(wù)，提升數(shù)據(jù)采集效率。由此可見(jiàn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)上需要追本溯源，將復(fù)雜的問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)化解構(gòu)，運(yùn)用自己的思維方式去理解問(wèn)題，并更迭出新的知識(shí)和技能體系，將復(fù)雜的問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)化的分解?；诖?，本門(mén)課程在學(xué)習(xí)效果設(shè)計(jì)上包含以下三點(diǎn)。首先，學(xué)生能夠清晰地描述數(shù)據(jù)采集、處理和分析的需求，以及Python工具的演化過(guò)程。其次，不同工具在功能上和需求上的場(chǎng)景應(yīng)用。最后，通過(guò)程序設(shè)計(jì)演示代碼的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

3.2 評(píng)價(jià)方式設(shè)計(jì)

本門(mén)課程摒棄了以學(xué)習(xí)成果為中心的評(píng)價(jià)方式，而是聚焦學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和個(gè)人成長(zhǎng)。課程的成績(jī)占比為期末考試（50%）+ 平時(shí)成績(jī)（50%）。其中，平時(shí)成績(jī)的效果評(píng)價(jià)方式根據(jù)學(xué)習(xí)預(yù)期效果進(jìn)行了分類(lèi)（表2所示）。首先，理解Python工具的演化過(guò)程采用單目標(biāo)學(xué)習(xí)策略。學(xué)生需要完成線(xiàn)上測(cè)試。并以小組為單位總結(jié)知識(shí)點(diǎn)分享到線(xiàn)上學(xué)習(xí)社區(qū)。同時(shí)學(xué)生團(tuán)隊(duì)也將收到其他小組的評(píng)價(jià)。其次，對(duì)比Python工具在不同場(chǎng)景中的應(yīng)用采取多目標(biāo)學(xué)習(xí)策略。團(tuán)隊(duì)需要根據(jù)項(xiàng)目需求進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告和10分鐘演講。其他小組成員和高年級(jí)學(xué)長(zhǎng)給出評(píng)價(jià)和優(yōu)化建議。最后，程序設(shè)計(jì)演示采用綜合創(chuàng)作學(xué)習(xí)策略。各小組將所學(xué)到的知識(shí)融會(huì)貫通，并解決真實(shí)項(xiàng)目的問(wèn)題。項(xiàng)目評(píng)價(jià)邀請(qǐng)行業(yè)導(dǎo)師和校友導(dǎo)師共同參與，從職業(yè)角度評(píng)價(jià)項(xiàng)目的專(zhuān)業(yè)性和普適性。

社區(qū)服務(wù)采用成果檔案原理，是學(xué)生效果評(píng)價(jià)的證據(jù)。學(xué)生小組每周委派一名成員將研究成果整合并錄制成微課視頻。這么做的原因有三：其一，學(xué)生和老師共創(chuàng)知識(shí)社區(qū)，并無(wú)償分享。將立德樹(shù)人的思政教育融入課程中。其二，學(xué)生用自己的語(yǔ)言講解項(xiàng)目成果，把知識(shí)經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為個(gè)人智慧。其三，成果檔案是學(xué)生職業(yè)發(fā)展的重要證據(jù)。

3.3 課前教學(xué)方法設(shè)計(jì)

老師在課前學(xué)習(xí)階段布微課視頻，為學(xué)生講解本周學(xué)習(xí)要點(diǎn)、任務(wù)打卡和同伴評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。在視頻結(jié)尾，老師給出3～5個(gè)思考題，學(xué)生需要通過(guò)資料查閱、網(wǎng)課學(xué)習(xí)和小組研討得出答案。學(xué)生根據(jù)任務(wù)指示需要完成三個(gè)階段的學(xué)習(xí)：首先，學(xué)生需要閱讀參考書(shū)資料，并在實(shí)驗(yàn)樓和Data Quest完成理論知識(shí)學(xué)習(xí)。本門(mén)課程使用這兩個(gè)平臺(tái)的原因是讓學(xué)生從實(shí)操中學(xué)習(xí)（Learning by doing）。其次，學(xué)生以小組為單位，將學(xué)習(xí)成果進(jìn)行分享，并完成老師提出的思考題。如果小組存在學(xué)習(xí)問(wèn)題，將由組長(zhǎng)統(tǒng)一向老師預(yù)約私人輔導(dǎo)。最后，學(xué)生將研究的成果、資料和經(jīng)驗(yàn)分享到線(xiàn)上學(xué)習(xí)平臺(tái)。并且評(píng)價(jià)其他2個(gè)小組的帖子。團(tuán)隊(duì)通過(guò)與其他小組的溝通，優(yōu)化本小組的研究成果，并委派一名成員準(zhǔn)備10分鐘演講。

3.4 課中教學(xué)方法設(shè)計(jì)

課中學(xué)習(xí)階段分為三個(gè)部分。首先，各小組學(xué)生匯報(bào)問(wèn)題的研究成果和學(xué)習(xí)方法。其他小組成員和老師共同給出評(píng)價(jià)。其次，老師發(fā)布項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)任務(wù)。根據(jù)課程的內(nèi)容需求，實(shí)訓(xùn)題目會(huì)有所不同。如果學(xué)習(xí)的目的是研究Python工具在不同場(chǎng)景的應(yīng)用，題目會(huì)以問(wèn)題分析為主。例如三種Python爬蟲(chóng)工具在同一個(gè)網(wǎng)站的程序設(shè)計(jì)策略和優(yōu)劣比較。如果學(xué)習(xí)目標(biāo)是運(yùn)用綜合能力解決真實(shí)案例問(wèn)題，練習(xí)以題目分解為主，例如使用什么方法和流程解決這個(gè)項(xiàng)目問(wèn)題。學(xué)生根據(jù)老師發(fā)布的項(xiàng)目問(wèn)題，設(shè)計(jì)程序流程框架，并解釋其解題思路。學(xué)生團(tuán)隊(duì)結(jié)合其他小組的成果進(jìn)行評(píng)價(jià)和優(yōu)化。最后，學(xué)生團(tuán)隊(duì)共同完成項(xiàng)目練習(xí)題和實(shí)驗(yàn)手冊(cè)。各小組組長(zhǎng)會(huì)根據(jù)遇到的問(wèn)題預(yù)約同輩、學(xué)長(zhǎng)或者老師輔導(dǎo)。

3.5 課后教學(xué)方法設(shè)計(jì)

學(xué)生需要在課后學(xué)習(xí)完成三個(gè)任務(wù)。首先，各小組委派一名代表錄制微課視頻。高年級(jí)學(xué)長(zhǎng)將根據(jù)小組實(shí)驗(yàn)報(bào)告做出評(píng)價(jià)，并協(xié)同小組完成視頻錄制。微課類(lèi)型沒(méi)有要求，但是學(xué)生必須用自己的語(yǔ)言描述而不是照本宣科。其次，行業(yè)導(dǎo)師和校友導(dǎo)師將定期參與項(xiàng)目評(píng)價(jià)，主要聚焦在代碼設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)性和普適性。最后，各小組組長(zhǎng)帶領(lǐng)成員制定下一節(jié)課的預(yù)習(xí)計(jì)劃。另外，老師總結(jié)學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)并存入學(xué)習(xí)檔案中。

3.6 創(chuàng)新性與普適性總結(jié)

《Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》教學(xué)方法的創(chuàng)新性和普適性包含以下四點(diǎn)。首先，教學(xué)設(shè)計(jì)不再以老師灌輸為主，而是將學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生。老師在教學(xué)過(guò)程中扮演的角色是學(xué)習(xí)社區(qū)的組織者和學(xué)習(xí)問(wèn)題的指導(dǎo)者。其次，老師不會(huì)重復(fù)學(xué)生能夠在網(wǎng)絡(luò)上和書(shū)本中學(xué)習(xí)到的知識(shí)，而是將更多時(shí)間用于知識(shí)和技能的綜合指導(dǎo)。再次，課程設(shè)計(jì)著重考慮學(xué)生的“認(rèn)同”心理，鼓勵(lì)他們從多個(gè)角度思考和解決問(wèn)題，弱化對(duì)成績(jī)分?jǐn)?shù)的依賴(lài)。最后，課程將檔案記錄作為學(xué)習(xí)效果的佐證，清晰地記錄了學(xué)習(xí)方式、能力圖譜、項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)和學(xué)科成績(jī)。這些數(shù)據(jù)都將為學(xué)生的職業(yè)發(fā)展提供指導(dǎo)。

4 結(jié)語(yǔ)

同伴互教是激發(fā)學(xué)生主觀(guān)能動(dòng)性的教學(xué)方式。老師在課程中需要轉(zhuǎn)變角色，給予學(xué)生更多自由學(xué)習(xí)和積極創(chuàng)新的空間。教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)該從學(xué)習(xí)過(guò)程的有效性、挑戰(zhàn)性和互動(dòng)性為基礎(chǔ)，潛移默化地激發(fā)學(xué)生的積極學(xué)習(xí)和社會(huì)互動(dòng)意識(shí)，從知識(shí)能力到品德建設(shè)全方位培養(yǎng)應(yīng)用型人才。

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