面向新文科Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的課程思政教育融入式教學(xué)研究

王曉靜，索 菲，張 楊

(遼寧大學(xué) 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110036)

0 引言

Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)(以下簡(jiǎn)稱Python)作為一門生態(tài)語(yǔ)言因其簡(jiǎn)潔高效、通用型、跨平臺(tái)等特點(diǎn)近幾年被全國(guó)各地的高校廣泛地應(yīng)用在教學(xué)實(shí)踐中[1].作為公共基礎(chǔ)課程，Python語(yǔ)言對(duì)廣大文科學(xué)生而言是一門令人愛(ài)恨交織的課程.一方面，它滿足了廣大學(xué)生在大數(shù)據(jù)、人工智能時(shí)代對(duì)編程應(yīng)用的預(yù)期.另一方面，受限于邏輯分析、計(jì)算思維和動(dòng)手操作能力的不足，很多文科學(xué)生的學(xué)習(xí)效果并不盡如人意.還有部分同學(xué)認(rèn)為本門課程對(duì)專業(yè)知識(shí)體系構(gòu)建并無(wú)重要作用，存在一定程度的抵觸或厭學(xué)情緒，這就使得教師在實(shí)際教學(xué)中面臨雙重困境[2].

青少年階段是人生的拔節(jié)孕穗期，這一時(shí)期的青年學(xué)生正處于價(jià)值觀形成和確立的關(guān)鍵期，抓好價(jià)值觀養(yǎng)成十分重要.作為教師如何對(duì)學(xué)生進(jìn)行價(jià)值引領(lǐng)，如何培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)情懷及學(xué)術(shù)素養(yǎng)，2016年，習(xí)近平在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上的講話為廣大教師指明了方向，“要把做人做事的道理，把社會(huì)主義核心價(jià)值觀的要求，把實(shí)現(xiàn)民族復(fù)興的理想和責(zé)任融入各類課程教學(xué)之中，做到各類課程與思政課程同向同行……”[3].總書記的講話表明以課堂教學(xué)為主渠道，把專業(yè)性與思政性巧妙融合是解決學(xué)科困境的有效方法.

1 確立Python課程育人目標(biāo)

習(xí)總書記曾說(shuō)，培養(yǎng)什么人，是教育的首要問(wèn)題.基于Python語(yǔ)言公共基礎(chǔ)必修課程的定位，應(yīng)從以下四個(gè)方面確立該門課程的育人目標(biāo)，從而全面提升課堂教育教學(xué)水平.

1.1 樹(shù)立正確職業(yè)觀

Python語(yǔ)言在許多文科學(xué)生意識(shí)形態(tài)中存在“難學(xué)”和“無(wú)用”的消極思想.“難學(xué)”體現(xiàn)在編程過(guò)程中需要良好的邏輯分析、計(jì)算思維能力，而這些能力與文科學(xué)生相對(duì)擅長(zhǎng)的記憶與背誦能力大相徑庭.“無(wú)用”是指Python作為編程語(yǔ)言與文科專業(yè)知識(shí)或與未來(lái)可能從事的專業(yè)關(guān)聯(lián)度較小.

為了消除上述厭學(xué)情緒，教師可以讓學(xué)生通過(guò)觀看微視頻、編寫小程序等方式直觀地感受Python語(yǔ)言是如何在云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等相關(guān)領(lǐng)域完成開(kāi)發(fā)功能的.Python語(yǔ)言所教授的內(nèi)容既立足當(dāng)下又面向未來(lái).不僅符合未來(lái)技術(shù)發(fā)展方向而且能夠較好地滿足即將到來(lái)的人工智能時(shí)代對(duì)人才新思維、高素質(zhì)的需求[4]，從而有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)自信心，樹(shù)立正確職業(yè)觀.

1.2 培養(yǎng)計(jì)算思維能力

任何一門程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言不可或缺的人才培養(yǎng)目標(biāo)都會(huì)包含計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，Python語(yǔ)言也不例外.計(jì)算思維同邏輯思維、實(shí)證思維并列成為人類三大思維范式.

計(jì)算思維最早是由卡耐基梅隆大學(xué)周以真教授率先提出，其宗旨是將具體問(wèn)題之間抽象的交互關(guān)系設(shè)計(jì)成可以利用計(jì)算機(jī)求解的可行性方案.文科學(xué)生可能非常擅長(zhǎng)語(yǔ)言、文字、圖形、圖像等傳統(tǒng)表達(dá)方式，而未來(lái)社會(huì)對(duì)人才的需求絕不僅限于此.深入了解并掌握與計(jì)算機(jī)交流溝通的方法，熟練應(yīng)用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言解決現(xiàn)實(shí)生活中的問(wèn)題，從而提升計(jì)算思維能力是本門課程重要的人才培養(yǎng)目標(biāo)之一.

計(jì)算思維能力培養(yǎng)過(guò)程中既要激發(fā)學(xué)生興趣，又要讓學(xué)生了解計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的最前沿信息，鼓勵(lì)學(xué)生刻苦鉆研、銳意進(jìn)取，為“中國(guó)夢(mèng)”的實(shí)現(xiàn)貢獻(xiàn)自己全部力量.

1.3 培養(yǎng)動(dòng)手操作能力和工匠精神

學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言不僅要理解每一個(gè)命令、函數(shù)功能和方法，更重要的是必須通過(guò)上機(jī)實(shí)踐來(lái)驗(yàn)證上述算法、思路是否可行，因?yàn)椤皩?shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”.因此，對(duì)學(xué)生而言不僅要充分掌握理論知識(shí)，還要加強(qiáng)動(dòng)手實(shí)踐能力，只有通過(guò)一次次上機(jī)調(diào)試、運(yùn)行，甚至經(jīng)歷多次失敗才有可能獲得滿意或正確的結(jié)果.

文科學(xué)生相對(duì)而言動(dòng)手操作能力較弱，難免會(huì)產(chǎn)生各種為難情緒甚至挫敗心理，教師要充分發(fā)揮實(shí)踐教學(xué)“做中思”的德育功能，融入理想信念層面的精神指引.讓學(xué)生深刻理解工匠精神內(nèi)涵，無(wú)論做任何事情，只有不斷追求技藝上的進(jìn)步，日復(fù)一日，年復(fù)一年，始終堅(jiān)守，才有可能達(dá)到精益求精的地步[5].

在實(shí)踐學(xué)習(xí)中，加強(qiáng)挫折教育.通過(guò)小組分工合作等環(huán)節(jié)讓學(xué)生感受敬業(yè)、友善、責(zé)任、堅(jiān)毅等職業(yè)素養(yǎng)的內(nèi)涵，促進(jìn)社會(huì)主義核心價(jià)值觀與實(shí)踐課程高度整合，為學(xué)生成長(zhǎng)奠定科學(xué)思想基礎(chǔ).

1.4 培養(yǎng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)造力

針對(duì)文科專業(yè)的初學(xué)者，常規(guī)教法是算法、代碼在教師細(xì)致分析、仔細(xì)講解后合盤托出，讓學(xué)生從模仿代碼開(kāi)始學(xué)會(huì)思考問(wèn)題，掌握分析方法，從而達(dá)到舉一反三的目的.這種教學(xué)方法經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐證明科學(xué)有效，但忽略了學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng).

習(xí)總書記多次強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新的重要性，“惟改革者進(jìn)，惟創(chuàng)新者強(qiáng)，惟改革創(chuàng)新者勝”.學(xué)習(xí)路上永遠(yuǎn)把自己定位為追隨者尚不足矣，還要具備站在前人肩膀上思考并提出獨(dú)到見(jiàn)解的能力，這才是正確的學(xué)習(xí)觀.對(duì)教師而言，以培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的“后浪”為己任，促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步與發(fā)展是亙古不變的人才培養(yǎng)觀.

2 課程思政元素融入方法

課程思政融入從低到高可以分為三個(gè)層次.

第一個(gè)層次叫混合式.主要表現(xiàn)教師在課堂上生硬地進(jìn)行思政教育.這種教育方式叫顯性教育也叫正面教育，通常以開(kāi)會(huì)、座談、討論等形式向受教育者表明教育目的，是目前主流的教育形式.其育人效果可想而知.

第二個(gè)層次叫融合式.習(xí)總書記曾說(shuō)，“好的思想政治工作應(yīng)該像鹽，但不能光吃鹽，最好的方式是將鹽溶解在各種食物中自然而然地吸收.”教師在課堂教學(xué)中巧妙地融入課程思政元素的方法又叫隱性教育也稱情感教育，通常以間接、內(nèi)隱等方式呈現(xiàn)教育內(nèi)容，對(duì)受教育者而言接受教育的過(guò)程往往是潛移默化、潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲的.雖然隱性教育當(dāng)下育人效果不如顯性教育明顯，但隨著時(shí)間推移，它的育人效果更具優(yōu)勢(shì)，需要教師卓越的課堂設(shè)計(jì)能力及對(duì)教學(xué)內(nèi)容的深刻理解.

第三個(gè)層次叫化合式.兩個(gè)物質(zhì)在一定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而生成新的物質(zhì)，推動(dòng)事物向更高層級(jí)邁進(jìn).這是一種理想化的育人方式，也是為之奮斗的目標(biāo).

現(xiàn)階段，為了更好地實(shí)現(xiàn)Python語(yǔ)言育人目標(biāo)，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中采取顯性教育和隱性教育有機(jī)融合，通過(guò)以情入手，曉之以理的教育方式育人比空洞說(shuō)教好，學(xué)生更容易接受，更有利于育人目標(biāo)的實(shí)現(xiàn).

3 課程思政案例挖掘

育人目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)教師精心設(shè)計(jì)的課程案例，它們是課程的靈魂，承載著知識(shí)傳授與思政教育的雙重功能.甄選出承載思政教育功能的案例，有助于教師在傳道、授業(yè)、解惑教學(xué)實(shí)踐中發(fā)揮其卓越的育人功效，引人以大道、啟人以大智.

3.1 解決經(jīng)典數(shù)學(xué)問(wèn)題的案例

計(jì)算機(jī)誕生初衷就是為了精確計(jì)算炮彈發(fā)射時(shí)的軌跡，雖然經(jīng)過(guò)幾十年的長(zhǎng)足發(fā)展，計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域無(wú)所不能，但始終與數(shù)學(xué)研究密不可分[6].對(duì)廣大文科學(xué)生而言，研究數(shù)學(xué)令人頭疼不已.但是通過(guò)編寫幾十行代碼就可以解決經(jīng)典數(shù)學(xué)問(wèn)題也是一件令初學(xué)者頗具成就感的事情.

案例1：一元二次方程的討論與求解.

案例描述：判斷一元二次方程ax2+bx+c=0(a≠0)是否有實(shí)根，分別討論不同情況下實(shí)根的值是多少.

案例分析：此題是經(jīng)典的數(shù)學(xué)問(wèn)題，通常需要討論Δ值和a、b、c三個(gè)系數(shù)的情況：

如果學(xué)生利用數(shù)學(xué)方法做，知識(shí)點(diǎn)并不深?yuàn)W，麻煩的是討論與計(jì)算容易出錯(cuò).通過(guò)編寫分支程序的代碼對(duì)三種情況分別討論，再難的系數(shù)也會(huì)在幾秒內(nèi)給出正確的結(jié)果，極大程度地提高了計(jì)算精度和速度.

思政元素分析：通過(guò)編程方法可以解決的經(jīng)典數(shù)學(xué)問(wèn)題不勝枚舉.比如九九乘法表、菲波納契等較復(fù)雜的數(shù)列輸出；水仙花數(shù)、素?cái)?shù)的判斷；冰雹猜想的證明；求累和、求階乘；百文百雞的解決之道……

上述案例設(shè)計(jì)初衷在于激發(fā)學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，因?yàn)榕d趣是最好的老師.看起來(lái)難以求解的經(jīng)典數(shù)學(xué)問(wèn)題，通過(guò)短短幾行代碼就能求解或證明，無(wú)形中提升了學(xué)生自信心、價(jià)值感，體會(huì)學(xué)以致用的道理.

3.2 為專業(yè)知識(shí)服務(wù)的案例

如何讓Python語(yǔ)言與歷史、經(jīng)濟(jì)、檔案、設(shè)計(jì)等眾多文科專業(yè)知識(shí)相融合，很多老師為此頗傷腦筋.我的答案是：巧妙利用turtle庫(kù).

案件2：turtle庫(kù)的靈活運(yùn)用.

案例描述：turtle是python語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫(kù)，通過(guò)繪制直觀有趣的圖形引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)“藝術(shù)之精神，科學(xué)之思維，計(jì)算之力量”.相比于常見(jiàn)的圖形繪制軟件，它是通過(guò)編寫代碼方式繪制圖形，課堂教授的知識(shí)不是如何使用工具，而是計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，在育人目標(biāo)上更上一層樓.

案例分析：教師在課堂上僅介紹了有限的十幾個(gè)函數(shù)功能，卻激發(fā)了廣大學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，他們發(fā)揮自己的創(chuàng)造力將turtle庫(kù)與專業(yè)知識(shí)有機(jī)結(jié)合，繪制了一幅幅精美絕倫的作品，如圖1和圖2所示[7].

圖1 東晉后期疆域

圖2 鳳冠

圖1作者是考古專業(yè)學(xué)生.此作品看似簡(jiǎn)單，卻用了753行代碼才完成繪制.當(dāng)作品呈現(xiàn)過(guò)程完美地展示了學(xué)生思考的角度、繪制的過(guò)程，讓人充分感受到Python語(yǔ)言與歷史知識(shí)完美融合的含義.

圖2是檔案專業(yè)學(xué)生參考了2013年揚(yáng)州曹莊出土的隋煬帝與蕭后合葬的墓中的鳳冠圖片.它為我們展現(xiàn)了隋唐時(shí)期鳳冠的樣貌.完成該作品作者用了315行代碼.作品的出發(fā)點(diǎn)是從基本圓弧—圓弧聚集—圓弧變形—圓弧色彩填充—圓弧升級(jí)(鳳凰展翅)逐層深入，最終呈現(xiàn)的效果令人嘆為觀止.圖弧演變過(guò)程如圖3所示.

圖3 圖形變換演變方法

思政元素分析：兩位同學(xué)的原創(chuàng)作品充滿了智慧與豐富的想象力，極富美感并且巧妙地與專業(yè)知識(shí)有機(jī)融合，充分展現(xiàn)了中華民族優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的生機(jī)與活力.學(xué)生們的創(chuàng)意作品不僅豐富了課程案例庫(kù)，而且用實(shí)際行動(dòng)詮釋了中華民族偉大復(fù)興從我做起、從點(diǎn)滴做起的精神，有利于學(xué)生增強(qiáng)“四個(gè)自信”.

3.3 社會(huì)熱點(diǎn)事件別樣解讀案例

Python語(yǔ)言案例的選擇不僅不能脫離實(shí)際而且要把握時(shí)代脈搏，追蹤熱點(diǎn)事件，采取別樣解讀方式.

案例3：《關(guān)于中美經(jīng)貿(mào)磋商的中方立場(chǎng)》白皮書的中文詞頻統(tǒng)計(jì).

案例描述：2019年比較熱門的詞匯是“中美貿(mào)易摩擦”.當(dāng)年6月，國(guó)務(wù)院辦公廳針對(duì)近期出現(xiàn)的中美貿(mào)易摩擦問(wèn)題，為了闡明中方立場(chǎng)出臺(tái)了《關(guān)于中美經(jīng)貿(mào)磋商的中方立場(chǎng)》重要文件.針對(duì)這一社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題，要求統(tǒng)計(jì)白皮書中出現(xiàn)頻率最高的前10個(gè)中文單詞，以此來(lái)解讀我國(guó)政府傳遞的信息.

案例分析：為了實(shí)現(xiàn)中文詞頻統(tǒng)計(jì)功能，需要學(xué)生掌握文件讀取、jieba庫(kù)函數(shù)、字符清洗、關(guān)鍵字排序并輸出等文本處理方法，非?？简?yàn)學(xué)生綜合實(shí)踐能力[8].通過(guò)一次次數(shù)據(jù)清洗，讓學(xué)生的關(guān)注點(diǎn)從程序語(yǔ)法逐步過(guò)渡到問(wèn)題求解.最終統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖4所示.

圖4 中文詞匯出現(xiàn)頻率最高前十位統(tǒng)計(jì)結(jié)果

思政元素分析：該案例具有強(qiáng)烈的現(xiàn)實(shí)意義，反映時(shí)政、貼近生活，有利于培養(yǎng)學(xué)生愛(ài)國(guó)主義、人文精神和法律意識(shí).通過(guò)詞頻統(tǒng)計(jì)分析，提高學(xué)生政治敏銳性.透過(guò)別樣的解讀方式，有助于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神.

3.4 個(gè)性化創(chuàng)意與展示案例

學(xué)生們是朝氣蓬勃的，他們的思維不受束縛，即使是針對(duì)同一項(xiàng)作業(yè)，每個(gè)人表達(dá)方式各具千秋，充滿了無(wú)限創(chuàng)意.

案例4：向最美逆行者致敬.

案例描述：2020年1月爆發(fā)的新冠肺炎令普通百姓內(nèi)心充滿了不安與焦慮.但是勇敢的醫(yī)護(hù)人員卻逆向而行，他們奔赴祖國(guó)最急需的地方，俠肝義膽唯愿祖國(guó)山河無(wú)恙，國(guó)泰民安.正是由于他們不分晝夜超負(fù)荷工作，疫情在短時(shí)間內(nèi)得到基本控制.他們的壯舉受到社會(huì)各界人士廣泛贊譽(yù).請(qǐng)你用Python語(yǔ)言元素向最美逆行者表達(dá)心中那份崇敬之情.

方式1：利用turtle繪圖，如圖5所示.

圖5 向醫(yī)護(hù)人員致敬

方式2：通過(guò)生成的詞云圖向醫(yī)護(hù)人員致敬，如圖6所示.

圖6 詞云圖

方式3：將全國(guó)各省市支援湖北的醫(yī)護(hù)人員數(shù)據(jù)以字典形式表示，通過(guò)編寫代碼方式實(shí)現(xiàn)相關(guān)信息的查詢、修改、增減、匯總等功能.

思政元素分析：上述三種截然不同的表達(dá)方式充分體現(xiàn)了同學(xué)們?nèi)跁?huì)貫通的能力，有利于創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)而且以此為契機(jī)對(duì)學(xué)生們進(jìn)行愛(ài)國(guó)主義教育，提升了民族自豪感，培養(yǎng)了學(xué)生敬業(yè)精神和社會(huì)責(zé)任感.

4 教學(xué)效果評(píng)估

遼寧大學(xué)在Python語(yǔ)言教學(xué)過(guò)程中由于融入了課程思政元素，無(wú)論從教師層面還是學(xué)生層面都取得了良好的教學(xué)效果.以2019級(jí)文科2 497名學(xué)生成績(jī)?yōu)闃颖?，通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷及期未成績(jī)數(shù)據(jù)分析得出如下結(jié)論：

4.1 學(xué)生層面

95%學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中克服了“難學(xué)”與“無(wú)用”的消極情緒，極大程度地提升了學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了自信心.

約 25%的同學(xué)有意愿深入學(xué)習(xí)Python語(yǔ)言更高階的課程，結(jié)合自身專業(yè)及興趣構(gòu)建屬于自己Python+知識(shí)框架，為適應(yīng)未來(lái)人工智能社會(huì)積蓄能量.

約10%的同學(xué)在課程公眾號(hào)平臺(tái)發(fā)表了十余篇學(xué)習(xí)心得等總結(jié)性文章，令自身學(xué)習(xí)能力上升到更高臺(tái)階.

約35%的同學(xué)通過(guò)綜合大作業(yè)形式創(chuàng)作了大量高質(zhì)量原創(chuàng)作品，豐富了課程教學(xué)案例庫(kù)，為完善課程內(nèi)容做出了較大貢獻(xiàn).

約5%的同學(xué)以Python語(yǔ)言為展示工具，參加了遼寧省大學(xué)生計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽獲得多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì).

4.2 教師層面

教師通過(guò)開(kāi)展高質(zhì)量的課程思政教學(xué)活動(dòng)，做到了知識(shí)傳授與思政教育同向同行，完成了Python學(xué)科育人目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了全程育人、全方位育人.

教師在潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲的“傳道”過(guò)程中不知不覺(jué)完成了身份轉(zhuǎn)變，讓自己從一名教書匠、手藝人轉(zhuǎn)變?yōu)檎嬲慕逃ぷ髡?

5 結(jié)語(yǔ)

在全國(guó)高校廣泛開(kāi)展思政教育大背景下，針對(duì)文科學(xué)生采取課程思政教育融入式教學(xué)方法有利于人才培養(yǎng)，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，顯著提高教學(xué)效果，也為課程思政教學(xué)提供了參考坐標(biāo)和改革思路.