新工科背景下基于OBE的Python實踐教學(xué)研究

趙麗麗

[摘? ? ? ? ? ?要]? 在新工科建設(shè)的迫切要求下，以Python語言的實踐教學(xué)為研究對象，基于當(dāng)前新工科對人才培養(yǎng)的要求，結(jié)合成果導(dǎo)向教育（OBE）理念，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計、師資建設(shè)、課程考核等方面提出了相應(yīng)的教學(xué)改革策略，提高學(xué)生的能動性，提高人才培養(yǎng)與社會發(fā)展需求的契合度。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 新工科;成果導(dǎo)向;Python實踐;教學(xué)改革

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2022）10-0016-03

一、引言

2017年，教育部頒布的《新工科建設(shè)指南》，針對高校人才培養(yǎng)方面提出明確要求，各高校需要探索多學(xué)科交叉融合的工程人才培養(yǎng)模式，組織開設(shè)跨學(xué)科課程，探索面向復(fù)雜工程問題的課程模式，組建跨學(xué)科教學(xué)團(tuán)隊，強(qiáng)化工程人才的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，做好新工科人才培養(yǎng)問題。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，新工科所對應(yīng)的是目前的新興產(chǎn)業(yè)，如大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)、人工智能、云計算等，在人才素質(zhì)與能力需求方面，新工科或新興產(chǎn)業(yè)更加關(guān)注的是人才的實用性與綜合性，因此，傳統(tǒng)的教學(xué)模式，以教師為教學(xué)活動主體，采用“填鴨式”教學(xué)已不符合社會人才培養(yǎng)需求。新工科對人才培養(yǎng)模式、課程的理論教學(xué)與實踐教學(xué)，都提出了新的要求，新的教學(xué)模式應(yīng)注重實踐能力、創(chuàng)新能力、工程能力與工程素養(yǎng)的培養(yǎng)。在推動新工科建設(shè)的背景下，面向新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，高校更加迫切需要加快新工科的內(nèi)涵建設(shè)，加強(qiáng)課程建設(shè)，改革教學(xué)模式與教學(xué)理念，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。

二、成果導(dǎo)向教育理念

成果導(dǎo)向教育（Outcome Based Education，簡稱 OBE）于1981年由斯帕迪（Spady）[1]等人首次提出，之后被越來越多的專家所關(guān)注，并很快得到了教育界專家的認(rèn)可，越來越多的人開始研究OBE理論。OBE理論是一種以學(xué)生最終的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向的教育理念，認(rèn)為整個教學(xué)過程的事實最終目的就是希望學(xué)生通過教育過程，最后能取得社會認(rèn)可、自我滿足的一種學(xué)習(xí)效果或成果。因此，OBE理論關(guān)注的是長期的學(xué)習(xí)效果，不僅僅是學(xué)生的課業(yè)學(xué)分，更多關(guān)注的是畢業(yè)后學(xué)生所擁有的能力，以學(xué)生具備的實際能力作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，反映學(xué)生通過實施教學(xué)整個過程之后，將知識用于解決實際問題的認(rèn)知能力。目前，在中國、美國、英國、加拿大等國家成為當(dāng)前教育教學(xué)改革的主流理念。美國工程及技術(shù)教育認(rèn)證委員會（ABET）于2000年之后開始實施成果導(dǎo)向理念的認(rèn)證模式[2]，踐行工程教育專業(yè)認(rèn)證的基本理念：成果導(dǎo)向、學(xué)生為中心和持續(xù)改進(jìn)。我國自2005年開始開展工程教育認(rèn)證，其認(rèn)證理念是：以學(xué)生為中心、成果為導(dǎo)向和質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)[3]。因此，為達(dá)到工程教育認(rèn)證的要求，提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量，將OBE成果導(dǎo)向這一先進(jìn)的教育理念，應(yīng)用到更多的教學(xué)實施過程中，實施教育教學(xué)改革，從而加快新工科建設(shè)進(jìn)程。

三、Python課程教學(xué)現(xiàn)狀

隨著新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能逐漸成為主流技術(shù)，其中，Python語言作為主要使用語言，受到了越來越多的關(guān)注，在科學(xué)計算、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘等諸多領(lǐng)域中發(fā)揮著極其重要的作用。2018年教育部考試中心將Python語言納入計算機(jī)二級考試科目中。2019年，IEEE Spectrum發(fā)布了全球最受歡迎的編程語言排行榜，其中Python語言高居榜首。越來越多的高校逐步開設(shè)Python課程，但目前主要以通識教育為主，授課內(nèi)容多為基本語法，教學(xué)案例多為基礎(chǔ)案例與經(jīng)典算法應(yīng)用，無法將Python設(shè)計方法與專業(yè)問題、實際問題結(jié)合起來，課程定位與專業(yè)實際需求不匹配，無法解決實際問題;課程學(xué)習(xí)目的不明確，學(xué)生積極性不高等[4-5]。近年來，國內(nèi)外大學(xué)對Python課程的教學(xué)和實踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了較深入的研究和探討，主要從計算機(jī)思維[6]、新工科[7]、成果導(dǎo)向[8]、慕課[9]、混合式教學(xué)[10]等方面進(jìn)行教學(xué)改革，并發(fā)表了相應(yīng)的教改論文。本文基于新工科背景，結(jié)合成果導(dǎo)向理念，確定Python課程的教學(xué)應(yīng)以專業(yè)能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，將實際問題與知識點講授相對應(yīng)，注重培養(yǎng)學(xué)生解決實際應(yīng)用問題的能力，提高學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用能力。

四、基于OBE的Python實踐教學(xué)改革

（一）教育理念改革

將新工科教育理念融入Python實踐教學(xué)中，以成果導(dǎo)向為引導(dǎo)，突出以學(xué)生為中心的教育理念，注重學(xué)習(xí)產(chǎn)出和學(xué)生能力提升，主要通過以下三個方面改革：

1.個性化教育

尊重學(xué)生的個性化差異，根據(jù)其專業(yè)特點與興趣愛好，給學(xué)生更大的自由選擇空間，通過構(gòu)建“第一課堂與第二課堂”體系實現(xiàn)個性化教育。第一課堂體系以人才培養(yǎng)目標(biāo)確定課程體系，融入專業(yè)元素，創(chuàng)新開展公益勞動課程，擴(kuò)大選修課的范圍和學(xué)分。是否達(dá)成與崗位勝任力驗證作為課程體系評價標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行校、內(nèi)雙循環(huán);第二課堂通過常規(guī)活動和創(chuàng)新板塊培養(yǎng)學(xué)生崗位技能，實現(xiàn)學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)全面發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和溝通能力，著力提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、實踐能力。學(xué)生可以根據(jù)個人喜好，有針對性地選擇課程，確保學(xué)生的充分發(fā)展，培養(yǎng)“個性化”人才。

2.多元化知識體系構(gòu)建

豐富課程授課內(nèi)容，不斷拓展深度與廣度，多學(xué)科交叉，推動課程的內(nèi)涵式發(fā)展，鼓勵學(xué)生在學(xué)好本專業(yè)的基礎(chǔ)上，依托“第二課堂”，積極涉獵學(xué)習(xí)相關(guān)學(xué)科的知識，構(gòu)建多元化知識體系，為培養(yǎng)“通用型、綜合型”人才奠定基礎(chǔ)。

3.應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式

緊跟社會人才需求，持續(xù)更新培養(yǎng)內(nèi)容與培養(yǎng)目標(biāo)，加強(qiáng)實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)，服務(wù)地方性改革與發(fā)展，培養(yǎng)專業(yè)知識扎實、實踐能力突出，掌握互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)，具有良好的創(chuàng)新精神和團(tuán)隊合作精神的高素質(zhì)應(yīng)用型信息服務(wù)專門人才，實現(xiàn)新型復(fù)合型、應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)。

（二）教學(xué)內(nèi)容改革

作為大數(shù)據(jù)、人工智能的主流技術(shù)語言——Python語言，教學(xué)內(nèi)容方面更應(yīng)該注重實踐教學(xué)內(nèi)容更新，將知識點與項目中的實際問題相結(jié)合，增加OBE成果導(dǎo)向教育，加強(qiáng)實踐能力培養(yǎng)內(nèi)容。課程講授內(nèi)容結(jié)合授課專業(yè)需求，整合教學(xué)內(nèi)容，既要滿足計算機(jī)類專業(yè)學(xué)生的實際需求，又要考慮到專業(yè)課、升學(xué)、就業(yè)等方面的需求，同時結(jié)合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育、工程認(rèn)證、學(xué)科競賽等相關(guān)內(nèi)容，尤其可參考數(shù)據(jù)挖掘中相關(guān)競賽中的實際案例、競賽題目，將其與課程的基本理論知識相融合，明確課程的授課知識點。課程內(nèi)容的組織依然采用傳統(tǒng)的任務(wù)驅(qū)動模式，要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識點完成相關(guān)的項目任務(wù)。隨著學(xué)生完成教學(xué)大綱內(nèi)設(shè)定的進(jìn)階型教學(xué)任務(wù)，快速學(xué)會和掌握Python的基礎(chǔ)知識與基本操作技能，從而提升學(xué)生的數(shù)據(jù)處理能力，達(dá)到使學(xué)生能根據(jù)給定數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計與分析的目標(biāo)。

在教學(xué)內(nèi)容選取方面，同時做到與時俱進(jìn)，引入一些最新前沿的計算機(jī)知識以及科技動態(tài)，與時事、新技術(shù)結(jié)合起來，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，因此，Python的實踐教學(xué)部分抽取數(shù)據(jù)挖掘項目中的子任務(wù)作為授課內(nèi)容，逐級提升學(xué)生實踐能力。

1.網(wǎng)絡(luò)爬蟲

作為Python教學(xué)的基礎(chǔ)部分，要求學(xué)生掌握定向抓取相關(guān)網(wǎng)頁資源，根據(jù)既定的抓取目標(biāo)，有選擇地訪問Internet上的網(wǎng)頁與相關(guān)的鏈接，獲取所需要的信息。

2.數(shù)據(jù)分析

作為Python教學(xué)的核心部分，要求學(xué)生掌握適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計分析方法，對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、整理、統(tǒng)計與分析，對數(shù)據(jù)加以詳細(xì)研究和概括，提取有用信息，從而形成某一特定結(jié)論與分析報告。

3.數(shù)據(jù)可視化

作為Python教學(xué)的應(yīng)用部分，要求學(xué)生掌握提取信息單位的各種屬性與變量，通過表達(dá)、建模以及對立體、表面、屬性以及動畫的顯示，對數(shù)據(jù)加以可視化的呈現(xiàn)。

（三）教學(xué)模式改革

Python教學(xué)采用線上線下結(jié)合的混合式教學(xué)模式，針對Python編程課程的應(yīng)用特性，其基礎(chǔ)理論知識采用線上視頻教學(xué)與線上答疑為主，實踐教學(xué)內(nèi)容采用任務(wù)型教學(xué)模式與自主性學(xué)習(xí)模式，將成果導(dǎo)向理念貫徹在教學(xué)的各個環(huán)節(jié)中，整合專業(yè)知識，形成課程教學(xué)主線。采用進(jìn)階學(xué)習(xí)模式，主要分為四個時期，認(rèn)知時期、翻譯時期、程序時期與解決問題時期。

1.認(rèn)知時期

課程的了解階段，該階段的思維模式以直覺性與集中性為主體，通過表象性的知識學(xué)習(xí)，確定學(xué)習(xí)的方向和內(nèi)容，以及確定要達(dá)到的主要目標(biāo)。在該時期，學(xué)習(xí)內(nèi)容為Python的語言簡介、基本語法：變量、表達(dá)式、語句等。

2.翻譯時期

課程的內(nèi)化階段，該階段的思維模式以概括性與間接性為主，通過前期大量表象性知識的積累基礎(chǔ)上，把事物共同的特征和規(guī)律抽取，同時借助一定的媒介和知識經(jīng)驗對事物進(jìn)行概況與全面的認(rèn)知，形成文件化、標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化的知識。在該時期，學(xué)習(xí)內(nèi)容為Python的基本結(jié)構(gòu)、函數(shù)、文件、字典、數(shù)據(jù)庫的訪問與使用等。

3.程序時期

課程的重構(gòu)階段，該階段的思維模式是對經(jīng)驗的改組，將知識梳理與技能訓(xùn)練進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，從而對已有的知識經(jīng)驗不斷進(jìn)行更新和重構(gòu)。將前期認(rèn)知時期與翻譯時期的知識積累，與實際程序、實操訓(xùn)練結(jié)合在一起，促進(jìn)學(xué)生的知識整理、技能的培養(yǎng)，以達(dá)到思維的二次飛躍。在該時期，學(xué)習(xí)內(nèi)容為Python的基礎(chǔ)應(yīng)用，包括特定主題的文本獲取、數(shù)據(jù)采集、簡單的數(shù)據(jù)統(tǒng)計與可視化。

4.解決問題時期

課程的實踐階段，該階段的思維模式是實際發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的思維模式，將前期所掌握的知識和技能組建為結(jié)構(gòu)化的模型，采用程序化的思維模式解決問題。在該時期，學(xué)習(xí)內(nèi)容為Python的高級應(yīng)用，包括現(xiàn)實生活中實際的問題、競賽題目或項目案例。

根據(jù)不同時期的學(xué)習(xí)特性和知識要求，前期以線上教學(xué)為主，主要講授基本理論知識，之后，隨著學(xué)習(xí)內(nèi)容的累積和加深，逐漸增加線下學(xué)習(xí)時間，充分利用已有的在線教學(xué)平臺，結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂、微課等多種方式方法科學(xué)教學(xué)，將傳統(tǒng)的課題講授模式與線上授課相結(jié)合，組織混合式教學(xué)，提升教學(xué)效果。課堂教學(xué)與線上教學(xué)平臺的有機(jī)融合，不僅可以為教師提供多種教學(xué)方式和方法，同時可以直觀地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，幫助教師更好地管理整個教學(xué)過程。

（四）師資隊伍改革

依托校企合作，整合學(xué)院師資與企業(yè)技術(shù)工程師組建跨學(xué)科、高水平的師資隊伍，同一門課程由學(xué)院教師與企業(yè)教師共同承擔(dān)，根據(jù)課程內(nèi)容及不同時期確定授課人員。大多數(shù)情況下，在認(rèn)知時期與翻譯時期由學(xué)院師資講授，主要以理論知識為主，構(gòu)建學(xué)生Python教學(xué)理論知識基礎(chǔ);在程序時期與解決問題時期，由企業(yè)教師承擔(dān)授課任務(wù)，在授課過程中引入企業(yè)實戰(zhàn)項目，將知識點與項目需求有機(jī)結(jié)合在一起，融會貫通，提高學(xué)生的實踐能力，增強(qiáng)知識的綜合運用能力，真正達(dá)到“學(xué)以致用”的目標(biāo)。

（五）考核方式改革

堅持以成果為導(dǎo)向，增加過程性考核比例，注重實踐綜合能力的考查。傳統(tǒng)的評價方式仍以期末理論考試為主，期末考試一張卷，決定了學(xué)生學(xué)習(xí)的好壞，導(dǎo)致很多學(xué)生不注重平時學(xué)習(xí)的積累，只靠考前突擊、作弊求通過，無法凸顯考核的真正目的，幫助學(xué)生更清楚地了解自己目前的學(xué)習(xí)情況，反思自己在課程學(xué)習(xí)中的錯誤。因此，課程采用多元化的評價體系，在實踐課程中采用開放性、多樣化的考核方式?？刹捎蒙蠙C(jī)考試或“一人一題”的項目考核，讓學(xué)生去尋找解決方案，提升解決問題的能力，注重考核學(xué)生的知識運用能力，而非應(yīng)試能力。同時，鼓勵學(xué)生多參加各種類型的專業(yè)競賽，報考基礎(chǔ)類專業(yè)職業(yè)從業(yè)資格證書，將課程理論體系與競賽內(nèi)容相互促進(jìn)，相輔相成。將競賽成績、職業(yè)證書納入考核內(nèi)容，作為課程考核的附加條件，鼓勵學(xué)生“學(xué)以致用”，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性，增加學(xué)習(xí)積極性，真正實現(xiàn)“以成果為導(dǎo)向”的教育理念，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，讓人才培養(yǎng)契合社會發(fā)展需求。

五、結(jié)論

隨著大數(shù)據(jù)、云計算與人工智能的快速發(fā)展，越來越多的高校都開設(shè)了Python程序設(shè)計語言課程，但在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計等均采用常規(guī)教學(xué)模式，教學(xué)效果欠佳。本文以Python教學(xué)為研究對象，結(jié)合“新工科”的人才培養(yǎng)目標(biāo)要求，基于成果導(dǎo)向理念，針對Python課程的培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計、師資隊伍、考核方式等方面提出教改策略，在實際課程運行中，可有效地改變課程現(xiàn)狀，但仍存在一定的問題。在以后的教學(xué)中，仍需要繼續(xù)努力做好課程改革，始終堅持“以學(xué)生為中心”的原則，加強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性與積極性，不斷培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。

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◎編輯 王亞青

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