人工智能時代的《Python程序設(shè)計》課程教學改革與實踐

閔 源，許春冬

（江西理工大學信息工程學院，江西 贛州 341000）

21世紀，可以稱之為人工智能的時代，在此時代背景下，如何培養(yǎng)專業(yè)基礎(chǔ)扎實，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力強，綜合素質(zhì)高的復(fù)合型應(yīng)用型人才[1]，是各大高校重點關(guān)注及不斷努力的方向。人工智能技術(shù)并非獨立存在于工科類專業(yè)之中，它與生物學、信號處理、數(shù)字通信原理等學科相互交叉、彼此融合，延伸出眾多新的研究領(lǐng)域。計算機編程則是將眾多學科與人工智能進行融合的必要手段。在600多種編程語言中，Python具有語法簡潔、粘性擴展、通用靈活及類庫豐富等優(yōu)點，在學科交叉融合及工程計算等方面具有得天獨厚的優(yōu)勢，受此影響，許多高校紛紛開設(shè)了Python相關(guān)課程?！禤ython程序設(shè)計》課程具有內(nèi)容豐富、理論結(jié)合實際、思維發(fā)散等特點，但目前大多數(shù)開設(shè)該課程的高校依舊保留著與C++課程類似的灌輸式授課方式，這使得工科類學生在課程學習的過程中往往會感覺枯燥乏味。如何讓學生在學習該課程的過程中，同時掌握時代背景下的新技能和較高興趣地獲得乏味的基礎(chǔ)理論知識，是課程教學改革及培養(yǎng)復(fù)合型應(yīng)用型人才的關(guān)鍵。

1 課程教學改革與實踐

課程教學改革與實踐的目標就是夯實學生理論基礎(chǔ)，同時培養(yǎng)學生自主學習及創(chuàng)新能力，以及樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀，最終培養(yǎng)出國家需要的復(fù)合型應(yīng)用型人才。為實現(xiàn)這個目標，我們從教學內(nèi)容、教學方式、教學實踐三個方面進行課程的改革與實踐。

1.1 確定合適的教學內(nèi)容

（1）有目標的選取課程配套教材。工欲善其事，必先利其器，一門課程最終能讓學生獲得多少有用的知識，很大程度在于教材的選定。我們既針對培養(yǎng)復(fù)合型應(yīng)用型人才這一目標，又為了能和國內(nèi)外知名高校的Python程序設(shè)計課程實現(xiàn)接軌，結(jié)合江西理工大學的實際情況，從Python程序設(shè)計的眾多教材中，最終選擇北京理工大學嵩天老師的《Python語言程序設(shè)計基礎(chǔ)》（第2版）作為本校Python課程的使用教材。該教材具有結(jié)合實際、各類知識點描述清晰、由淺入深的特點，適用各類初學Python的學生學習，同時，可以結(jié)合各工科類專業(yè)具有差異的方面，形成不一樣的授課方式，既能夠為高校教師豐富課堂內(nèi)容提供相關(guān)資料，又能夠為培養(yǎng)復(fù)合型應(yīng)用型人才打下堅實的基礎(chǔ)。

（2）引導并激發(fā)學生的自主學習意識。Python程序設(shè)計是一門編程語言課程，大多數(shù)高校依然沿用C++等開設(shè)時間較為長久，且一般為教師單方面“灌輸教學”方式來教授Python程序設(shè)計，這將導致工科類學生在學習相關(guān)課程時感到乏味，無法將之與實際生活相結(jié)合，總有一種空中樓閣的感覺，最終，致使學生學習積極性不高、掌握不了理應(yīng)掌握的技術(shù)。因此，教師應(yīng)通過專業(yè)的獨特性與Python程序設(shè)計課程的融合來進行內(nèi)容的教學，在課程基礎(chǔ)理論知識講述前，設(shè)置與其專業(yè)相關(guān)的問題，引導并激發(fā)學生的自主學習意識，令其帶著問題在課程中尋找答案，保持高昂的興趣進行理論基礎(chǔ)的學習。例如，在金融專業(yè)班級進行分支結(jié)構(gòu)的內(nèi)容傳授時，可以課前設(shè)置幾個問題：（1）假如某個用戶需要進行貨幣的兌換，相應(yīng)的匯率是什么，可以用什么途徑來獲取相應(yīng)匯率？（2）應(yīng)該輸入什么樣的格式，才能讓用戶清楚了解所需要進行兌換的貨幣以及轉(zhuǎn)換后的貨幣表示方式呢？（3）怎樣才能利用查詢到的匯率，將對應(yīng)的貨幣轉(zhuǎn)換成目標貨幣呢？通過理論知識講解前的問題設(shè)置，引導學生產(chǎn)生自主思考的意識，激發(fā)其自主學習的能力，使得學生可以帶著問題學習，結(jié)合講述的分支結(jié)構(gòu)理論知識思考相應(yīng)的解決方法。

（3）注重課程整體性的同時要有所取舍。所有課程都具有課時量限制，不可能將課程涉及的內(nèi)容在課堂中都追根究底，因此，教師進行基礎(chǔ)理論知識的講授時，應(yīng)保證課程的循序漸進、由易到難，也應(yīng)保證課程各章之間的關(guān)聯(lián)性，可以不完全按書籍編排順序進行教學，但也不能將整本書拆得零零散散且毫無章法地進行講解。此外，還應(yīng)有一定的取舍，教師講授哪些內(nèi)容？哪些內(nèi)容需要同學自己課后學習？通過什么方式進行學習？這些都是在課程內(nèi)容確定時應(yīng)該考慮的問題。以學習Python程序設(shè)計的循環(huán)結(jié)構(gòu)為例，首先，在循環(huán)結(jié)構(gòu)的講解階段，關(guān)于計算框圖的相關(guān)原理和具體流程是初等教育的內(nèi)容，因此，可以對框圖計算的知識點進行舍棄。其次，在進行循環(huán)結(jié)構(gòu)的其他理論知識講解前，可將前面章節(jié)實現(xiàn)的較為基礎(chǔ)且具有一定重復(fù)性的代碼作為鋪墊，指出這段代碼具有重復(fù)累贅的缺點，然后開始講述循環(huán)結(jié)構(gòu)的遍歷循環(huán)及無限循環(huán)相關(guān)理論，接著講述循環(huán)結(jié)構(gòu)的高級使用方法，再通過循環(huán)結(jié)構(gòu)將前面章節(jié)具有重復(fù)性的代碼進行改寫，實現(xiàn)相同的功能，保證編寫的程序向更好的簡潔性與可讀性不斷靠攏。最后，布置相關(guān)作業(yè)時可以將舍棄的框圖部分加入，以達到讓學生自學的目的。注重課程整體性的同時有所取舍，不僅可以減少教師的工作量，同時也可以加強學生自學能力的鍛煉。

1.2 與時俱進的教學方式

教學方式的改革與創(chuàng)新，一直是課程教學過程最為重要的環(huán)節(jié)。如何改進教學方式來實現(xiàn)培養(yǎng)復(fù)合型應(yīng)用型人才的目標，也是當前時代背景下的一個重要課題。本文列舉了兩種與時俱進的教學方式：結(jié)合“思政教育”的教學和進行新型“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學，利用這兩種教學方式更能豐富課堂內(nèi)容、提高學生學習興趣和引導正確的三觀。

（1）結(jié)合“思政教育”的教學。在人工智能時代，高等教育依舊要高舉立德樹人的旗幟，只有將“德智體美勞”全面發(fā)展的理念貫徹到教學中，才能為國家與社會培養(yǎng)出復(fù)合型應(yīng)用型人才。雖然“課程思政”[3]于2016年就在全國高校思想政治工作會議上被提出，但目前思政教育與課程融合的程度不盡理想，很多高校教師沒有經(jīng)過系統(tǒng)的培訓，也不具備專業(yè)的政治理論素養(yǎng)，在思政教育方面，只能將政治理論生搬硬套至課堂之中，脫離實際，令學生反感，反而導致了負面效果，既令課程知識的傳授程度降低，又無法很好地引導學生樹立正確的三觀。因此，在將思政教育與專業(yè)課程相結(jié)合時，應(yīng)做到悄無聲息和步步為營，要讓學生在接收基礎(chǔ)理論知識的同時，補充了相關(guān)思想政治精神食糧。在Python程序設(shè)計的傳統(tǒng)教學方式（如板書授課、PPT授課等方式）中應(yīng)融入國際形勢、社會主義核心價值觀等思政課程的元素，實現(xiàn)在傳授基礎(chǔ)理論知識的同時，引導學生樹立正確的三觀。以Python程序設(shè)計的turtle繪圖標準庫為例，在教導學生如何編寫繪圖程序時，可以教導學生在做事情過程中，應(yīng)該保持嚴謹、循序漸進的態(tài)度，將每一個步驟考慮清楚再進行編程，而在編寫程序出現(xiàn)問題時，可以教導學生應(yīng)該發(fā)揚不畏困難、吃苦耐勞的精神，樹立他們能迎難而上、敢打敢拼的作風，此外，還可以讓學生自主尋找?guī)в姓芰浚沂亲约合胍L畫的圖片，從整個利用編程語言進行繪畫的過程中，教導學生應(yīng)該發(fā)揚善于觀察、善于發(fā)現(xiàn)美的能力。

（2）進行新型“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學。傳統(tǒng)的“翻轉(zhuǎn)課堂”[3-4]通過制作課程相關(guān)的教學視頻，先讓學生進行視頻學習，將自身學習時產(chǎn)生的問題記錄下來，在課程中與教師和其他同學進行交流互動，在提高學生參與感與自主學習能力的同時，令學生可以更大程度了解自身存在問題，有針對性地提升自身專業(yè)素養(yǎng)。但傳統(tǒng)的“翻轉(zhuǎn)課堂”具有一定局限性，該模式要教師提前花費大量時間準備與教材配套的學習視頻，而國內(nèi)高校中大部分教師都具有一定的科研壓力，所以很多教師認為這種模式極為耗費精力，令大多數(shù)高校教師都不情愿采取這種教學模式。此外，這種教學模式還要學生的積極配合，對于每個專業(yè)班級中只求應(yīng)試技巧和及格分數(shù)的同學來說，這種通過課外時間進行提前預(yù)習的方式，是一個巨大的“學習負擔”，久而久之，積欠的學習任務(wù)越來越多，最終選擇不再學習，這也將導致教師對這種積極性不高的學生所接受知識的程度掌握不到位，無法及時“對癥下藥”。而新型的“翻轉(zhuǎn)課堂”模式是通過教師與學生的身份進行轉(zhuǎn)換，讓所有學生一起進行課程PPT的準備，可以極大程度上降低教師的工作量，同時可以讓學生以各自喜歡的方式來進行課程理論知識的交流，此外，教師還可以對學生有誤解部分和遺漏部分進行改正與補充，實現(xiàn)課程理論知識的傳授。以《Python程序設(shè)計》課程為例，新型“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學方式，可以利用好教師與學生這二者的身份差異進行“身份轉(zhuǎn)換課堂”，因為教師的最終目標是為學生傳道授業(yè)解惑，而學生的任務(wù)也不僅僅是學習理論知識，還應(yīng)該包括各種資源的獲取手段學習、辦公軟件的使用方法學習等。教師可以通過“身份轉(zhuǎn)換課堂”將學生進行隨機分組，再將每次需要講解的內(nèi)容范圍提前給予對應(yīng)小組的學生，讓其在預(yù)留課堂十分鐘的前提下準備好課程相關(guān)PPT，準備期間可運用自己所知道的方式，如慕課網(wǎng)、B站等網(wǎng)站的學習視頻等進行課程的準備，最后，教師利用預(yù)留時間向大家點明相關(guān)組別學生的優(yōu)點與不足，以及解答其他組別學生的疑惑，如有遺漏知識，可以在課程中進行補充，最后布置課程內(nèi)容相關(guān)作業(yè)，以此來檢驗學生對課程內(nèi)容的掌握程度。

1.3 項目式的教學實踐

《Python程序設(shè)計》課程屬于編程語言類課程，本質(zhì)上是利用計算思維替代數(shù)學思維或?qū)嵶C思維來處理復(fù)雜的事務(wù)。如果只是在課堂中講解理論知識，并不讓學生進行實踐操作，將會導致學生對課程的內(nèi)容掌握不全面，且無法靈活的利用所學理論來解決實際問題，而目前大多數(shù)高校實行的實踐方式，依舊保持著為學生安排固定的實踐任務(wù)，然后集中時間讓每個學生獨立完成相關(guān)任務(wù)，這種實踐方式僅僅讓學生初步掌握基礎(chǔ)理論與有限情況結(jié)合的處理方式。為此，設(shè)計更加科學合理的實踐方式，對提升學生解決實際問題的能力，以及提升學生各方面綜合素質(zhì)就顯得尤為重要。

（1）高校中的項目式實踐方式，顧名思義，就是將高校內(nèi)實踐劃分成一個個的項目，利用項目規(guī)劃的方式完成課程規(guī)定的實踐任務(wù)。教師在實踐設(shè)計方面，可以基于所需學習的課程理論知識，結(jié)合自身所接觸的企業(yè)項目、基金項目等，按照項目驅(qū)動的模式展開教學實踐。以《Python程序設(shè)計》課程為例，首先，教師可以于課前結(jié)合當前技術(shù)熱點與時事新聞[5]，給學生確定每次實踐課程的主題，如：利用網(wǎng)絡(luò)爬蟲分別收集全球因疫情死亡與治愈各自的人數(shù)，并設(shè)計訪問界面供用戶進行數(shù)據(jù)查詢等功能、利用turtle庫和math庫的結(jié)合，在不與原始標志重疊的前提下，為第33屆夏季奧林匹克運動會設(shè)計一個你心目中的會標等等。其次，對所有同學進行分組，每個小組選出一名小組長，成員按照小組長任務(wù)規(guī)劃完成各自的部分，結(jié)合小組所有成員最終實現(xiàn)的模塊，完成項目規(guī)定的功能制作，教師在批閱完所有小組的項目報告后，給出評價以及排名。最后，可以設(shè)置“身份轉(zhuǎn)換課堂”，讓作品邏輯性強、功能性全的小組作為榜樣進行思路講解，讓其他組別學習這種編程思維，進一步提升自己的編程能力，同時教師還可以指出該作品的不足，以及實現(xiàn)作品升級的大致方向，讓學生進一步了解想要實現(xiàn)性能優(yōu)越的作品應(yīng)該具備的元素。

（2）高校外的項目式實踐方式，即學生可以借助教師所具有的資源，進入企業(yè)進行專業(yè)相關(guān)的工作實習，以聯(lián)合培養(yǎng)的方式提高自身能力素養(yǎng)。以《Python程序設(shè)計》課程為例，教師可以在課后與專業(yè)相關(guān)的企業(yè)，如利用Python語言編寫算法進行物品檢測、自動駕駛等領(lǐng)域的企業(yè)進行合作，讓學生了解目前市場上流行的技術(shù)以及自身領(lǐng)域較為先進的技術(shù)，并且讓學生掌握好在企業(yè)工作必須具備的能力，為將來的工作夯實基礎(chǔ)。實習期間，讓學生完全按照企業(yè)的規(guī)章制度進行自身工作，如上班時間按時打卡、酬金分配方式為多勞多得等，令他們提前熟悉企業(yè)項目的具體生產(chǎn)流程，并清楚的認知到在整個企業(yè)中上級所下發(fā)的任務(wù)，自己在其中所扮演的角色是什么，以及最適合扮演的角色是什么，從而找準未來的目標，將職業(yè)生涯規(guī)劃得更加清晰，為培養(yǎng)復(fù)合型應(yīng)用型人才的目標實現(xiàn)提供巨大動力。

2 結(jié)語

《Python程序設(shè)計》課程的教學改革與實踐是時代交給我們的重大任務(wù)，雖然我們?yōu)榱伺囵B(yǎng)國家需要的復(fù)合型應(yīng)用型人才這個目標做了許多努力，也取得了些許成果，但是課程的改革與實踐是一條沒有盡頭的道路，只有在遵循教學規(guī)律的前提下與時俱進，不斷突破思想的禁錮，不斷豐富課程內(nèi)容，不斷提升教學技術(shù)手段，才能進一步拔高我們所培養(yǎng)的復(fù)合型應(yīng)用型人才的各種素質(zhì)，讓培養(yǎng)的人才在更大的舞臺上具有更強的競爭力。