新工科背景下Python語言課程教學(xué)改革

王春，肖建于，沈龍鳳，趙兵

（淮北師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，安徽 淮北 235000）

0 引言

教育部在2017年通過“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”“北京指南”，提出新工科建設(shè)的理念并開啟新工科建設(shè)模式［1］.新工科建設(shè)對(duì)高校的工科專業(yè)人才培養(yǎng)模式提出新的要求，主要有：（1）專業(yè)建設(shè)要滿足新經(jīng)濟(jì)、新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)的需求；（2）課程體系和教學(xué)內(nèi)容要滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)人才的需求；（3）以學(xué)生為中心，用新技術(shù)改進(jìn)教育模式［2］.因此，更新課程培養(yǎng)體系和內(nèi)容，改善課堂教學(xué)手段和方法，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，提升學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐和解決實(shí)際問題的能力對(duì)于高校推動(dòng)新工科建設(shè)具有重要意義.

Python語言能夠廣泛運(yùn)用于人工智能、大數(shù)據(jù)和科學(xué)計(jì)算等領(lǐng)域，各大高校都把Python語言課程作為計(jì)算機(jī)類相關(guān)專業(yè)的重要編程語言類課程［3］.本文首先歸納應(yīng)用型本科高校Python語言課程教學(xué)中存在的共性問題，針對(duì)這些問題開展的教學(xué)改革，旨在為該類課程的教學(xué)改革提供可借鑒的思路和方法.

1 Python語言課程教學(xué)中存在的問題

對(duì)于大多數(shù)的應(yīng)用型本科高校，當(dāng)前Python語言課程教學(xué)存在的主要問題有：（1）授課教師之間缺少溝通和交流，不能取長補(bǔ)短，不能在教學(xué)上互相幫助；（2）教師授課以填鴨式教學(xué)為主，缺乏與學(xué)生的互動(dòng)交流，教學(xué)不能以學(xué)生為中心；（3）教師信息化觀念落后，不能充分利用網(wǎng)絡(luò)和多媒體資源，教學(xué)資源匱乏；（4）教師往往缺乏對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性的積極引導(dǎo)，不能做到授人以魚不如授人以漁；（5）現(xiàn)有的考核方式較為單一，大多采用期末試卷筆試加平時(shí)考勤的綜合成績(jī)?cè)u(píng)定方式，只能考查出學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的接受能力，無法考查出學(xué)生對(duì)于知識(shí)的運(yùn)用能力，導(dǎo)致學(xué)生動(dòng)手能力較弱.

針對(duì)上述問題，有學(xué)者提出Python課程教學(xué)改革的相關(guān)措施.嵩天等［4］從培養(yǎng)計(jì)算思維角度闡述Python教學(xué)改革必要性.文獻(xiàn)［5-6］提出MOOC結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)習(xí)模式.也有學(xué)者從應(yīng)用與實(shí)踐的視角，探索Python案例教學(xué)法［7-9］.徐娟等［10］探索計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)來促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性和趣味性.有些研究探討如何運(yùn)用混合式教學(xué)模式，合理組織線上和線下資源開展教學(xué)［11-12］.王德志等［13］則討論立體化Python教材資源建設(shè)的內(nèi)容.已有研究者從教學(xué)方式、教學(xué)手段、教材規(guī)劃等方面對(duì)Python課程教學(xué)質(zhì)量的提升給出改善措施，但總體并未形成體系，對(duì)于以新工科和教育認(rèn)證為背景的Python語言課程的改革還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠.

2 教學(xué)改革措施

2.1 基于課程群打造教學(xué)團(tuán)隊(duì)

在組建Python語言課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)時(shí)采用基于課程群的方法，如圖1所示，Python語言程序設(shè)計(jì)的先修課程為程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，后續(xù)課程為機(jī)器學(xué)習(xí)和智能優(yōu)化算法，將這些課程的老師都納入Python教學(xué)團(tuán)隊(duì).程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的教師主要負(fù)責(zé)語言基礎(chǔ)和學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，機(jī)器學(xué)習(xí)課程的老師則能夠提供項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)和案例式教學(xué)的幫助.課程群內(nèi)的教師，可以很好地進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的整合和優(yōu)化，組織在一起進(jìn)行教研項(xiàng)目的申報(bào)和大學(xué)生相關(guān)學(xué)科競(jìng)賽的指導(dǎo).這種教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)，能夠有利于不同課程知識(shí)點(diǎn)之間的交叉和遷移學(xué)習(xí)，并有利于教師知識(shí)水平和隊(duì)伍專業(yè)素養(yǎng)的提高.

圖1 Python語言課程群

2.2 基于藍(lán)墨云班課開展線上線下混合式教學(xué)

筆者基于藍(lán)墨云班課開展線上線下混合式教學(xué).如圖2所示，對(duì)于每一章節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，首先讓學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)視頻資源開展預(yù)習(xí)和自主學(xué)習(xí)，網(wǎng)絡(luò)視頻資源可以是MOOC平臺(tái)上的“國家精品課程”，也可以從網(wǎng)絡(luò)下載資源到本地并上傳到云班課的資源板塊里.接著，在線下的課堂教學(xué)中，教師主要講解章節(jié)內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)，并對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的疑惑之處進(jìn)行解答.課堂上可通過云班課開展課堂簽到、問卷調(diào)查、分組討論、隨堂測(cè)試等互動(dòng)式學(xué)習(xí).進(jìn)一步，學(xué)生課后通過如北京理工大學(xué)開發(fā)的Python123平臺(tái)開展題庫和實(shí)際編程練習(xí).最后，教師通過云班課對(duì)學(xué)生整個(gè)學(xué)習(xí)周期中遇到的問題開展答疑，并對(duì)章節(jié)課程內(nèi)容做相關(guān)總結(jié).這種混合式教學(xué)模式，可以讓老師及時(shí)跟蹤了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的管理，學(xué)生也能提高學(xué)習(xí)效率.

圖2 線上線下混合式教學(xué)模式

2.3 以學(xué)生為中心，基于校企共建課程資源協(xié)同育人

新工科背景下要求課程教學(xué)必須以學(xué)生為中心，重在培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)的能力.筆者一直堅(jiān)持讓學(xué)生成為課程的主人并參與到實(shí)際教學(xué)活動(dòng)的建設(shè)中.教師的任務(wù)是從網(wǎng)絡(luò)等平臺(tái)搜集整合優(yōu)質(zhì)資源供學(xué)生學(xué)習(xí)，比如微信公眾號(hào)Python小屋、Python作業(yè)輔導(dǎo)員.此外，教師也提供一些比賽平臺(tái)和省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目，讓學(xué)生通過參加比賽進(jìn)一步提升編程能力.學(xué)生自主學(xué)習(xí)的成果，又往往能夠豐富教師的教學(xué)案例和教學(xué)平臺(tái)資源，從而實(shí)現(xiàn)師生共建課程.

為能夠讓學(xué)生學(xué)到的知識(shí)滿足企業(yè)就業(yè)需求，學(xué)院先后和無錫極客信息技術(shù)有限公司、安徽數(shù)家信息科技有限公司聯(lián)合建立企業(yè)實(shí)踐基地，并據(jù)此建立校企協(xié)同育人項(xiàng)目.學(xué)生有足夠的學(xué)時(shí)能夠到基地開展實(shí)際項(xiàng)目訓(xùn)練，了解企業(yè)文化，適應(yīng)企業(yè)環(huán)境，全面提升工作技能，企業(yè)的老師也會(huì)來到學(xué)院開展課程建設(shè)，能夠有效協(xié)助授課教師開展案例和項(xiàng)目式教學(xué).

2.4 基于項(xiàng)目案例式教學(xué)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

案例式教學(xué)法是一種啟發(fā)式教學(xué)方法，該方法一方面能夠讓枯燥的知識(shí)實(shí)例化和具體化，能夠讓學(xué)生深刻了解所學(xué)知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用；同時(shí)，這種教學(xué)方法能夠讓教師把自己的科研成果與課堂教學(xué)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合.課程團(tuán)隊(duì)近年來鼓勵(lì)采用案例式教學(xué)，所采用的案例一些來源于網(wǎng)上，另一些來源于教師自己的科研成果，所講案例涉及到機(jī)器學(xué)習(xí)、演化計(jì)算和數(shù)理統(tǒng)計(jì)等多個(gè)方面.圖3為筆者講述內(nèi)置數(shù)據(jù)類型時(shí)采用的好好學(xué)習(xí)，天天向上案例［14］.案例講解后，學(xué)生通過云班課表達(dá)自己學(xué)習(xí)后的啟發(fā)，從圖3中可以看出，學(xué)生通過案例不僅學(xué)到知識(shí)，而且感悟到努力學(xué)習(xí)的重要性，這很好地起到課程思政的作用.

圖3 基于藍(lán)墨云班課的案例教學(xué)示例

2.5 基于過程性考核優(yōu)化課程考核方法

課程考核的改革應(yīng)該拋棄“重結(jié)果，輕過程”的思想，加強(qiáng)對(duì)能夠體現(xiàn)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作、克服困難、尋求方法、創(chuàng)新實(shí)踐和實(shí)際動(dòng)手能力的學(xué)習(xí)過程的考查.

課程團(tuán)隊(duì)也基于過程性考核對(duì)考試模式進(jìn)行改革，主要體現(xiàn)在2個(gè)方面：第一，增加對(duì)學(xué)生課堂表現(xiàn)的考查.將學(xué)生課堂參與討論的積極程度、實(shí)驗(yàn)課中對(duì)項(xiàng)目完成的貢獻(xiàn)情況、章節(jié)單元測(cè)驗(yàn)納入考核體系，這些都可以在藍(lán)墨云班課上通過學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行體現(xiàn)；第二，針對(duì)不同專業(yè)的Python課程開展柔性考核方式.比如對(duì)于數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)，其開設(shè)的“面向數(shù)據(jù)科學(xué)的編程語言（Python）”為必修課，除課程期末試卷考查外，增加實(shí)踐環(huán)節(jié)的考核，課程結(jié)束后開設(shè)課程設(shè)計(jì)來考查學(xué)生編程實(shí)戰(zhàn)能力.而對(duì)于計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)（專升本）專業(yè)，其開設(shè)的“Python語言程序設(shè)計(jì)”為選修課，期末考查學(xué)生需獨(dú)立設(shè)計(jì)一個(gè)小系統(tǒng)并采用課程報(bào)告介紹系統(tǒng)功能和實(shí)現(xiàn)過程.這種柔性考核方式能夠如實(shí)反映學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力.

3 教學(xué)改革效果反饋

以2020級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)（專升本）1班的“Python語言程序設(shè)計(jì)”課程為例，在課程結(jié)束后，對(duì)學(xué)生進(jìn)行課程教學(xué)模式滿意度問卷調(diào)查.共發(fā)放問卷64分，收回有效問卷64份，調(diào)查結(jié)果如表1所示.

表1 “Python語言程序設(shè)計(jì)”教學(xué)模式滿意度問卷調(diào)查

由問卷調(diào)查以及學(xué)生平時(shí)的反饋可以看出，學(xué)生接受和認(rèn)可教學(xué)改革.通過教學(xué)改革，能夠有效利用教學(xué)資源，做到以學(xué)生為中心，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，增強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力.但是，在教學(xué)改革中也遇到一些困難，主要就是有部分學(xué)生對(duì)課程的興趣依然一般.如何有效地設(shè)計(jì)教學(xué)案例，合理開展差異化教學(xué)，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，是一項(xiàng)長期而艱巨的任務(wù).

4 總結(jié)

新工科建設(shè)對(duì)應(yīng)用型本科高校的人才培養(yǎng)提出更高的要求，Python作為高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言對(duì)于知識(shí)應(yīng)用能力的要求較高.本文針對(duì)當(dāng)前Python教學(xué)中存在的問題從教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)、教學(xué)模式轉(zhuǎn)變、教學(xué)資源建設(shè)、案例式教學(xué)方法、課程考核方式方面提出教學(xué)改革措施.通過這些措施的實(shí)施，能夠有效提升教師的教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，能夠適應(yīng)新時(shí)代、新經(jīng)濟(jì)和新技術(shù)的發(fā)展需求.

“互聯(lián)網(wǎng)+”下如何整合優(yōu)化課程資源并開展教材建設(shè)，對(duì)于提高Python教學(xué)質(zhì)量具有重要的意義.此外，在教學(xué)過程中如何做到課程思政，以加強(qiáng)學(xué)生的思想道德素質(zhì)和社會(huì)責(zé)任感，也是新工科背景下Python語言課程教學(xué)改革的一個(gè)重要關(guān)注點(diǎn).