基于注意力曲線(xiàn)提升的編程教學(xué)探索

陸薇

2021年年底，國(guó)務(wù)院印發(fā)《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》，強(qiáng)調(diào)各行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型都要穩(wěn)步推進(jìn)，通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)各產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。Python語(yǔ)言憑借易學(xué)性、可擴(kuò)展性及在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，被列入大數(shù)據(jù)、人工智能、會(huì)計(jì)、投資與保險(xiǎn)等各專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)計(jì)劃。然而，在面向各個(gè)專(zhuān)業(yè)的Python語(yǔ)言基礎(chǔ)教學(xué)中，也存在一些問(wèn)題。如當(dāng)前高校教學(xué)多采用教師課堂講授為主、學(xué)生上機(jī)操作為輔的教學(xué)模式，學(xué)生上課注意力難以集中，學(xué)習(xí)效率大打折扣。本文以吸引學(xué)生課堂注意力為目的，探索合適的教學(xué)設(shè)計(jì)方式，使學(xué)生課堂注意力保持集中，從而為提升編程語(yǔ)言類(lèi)課程教學(xué)效果提供新的思路。

一、傳統(tǒng)編程教學(xué)存在的不足

（一）單次課時(shí)過(guò)長(zhǎng)，學(xué)生注意力難以長(zhǎng)久保持

實(shí)踐類(lèi)課程需要配合大量的實(shí)訓(xùn)，很多情況下教師會(huì)選擇3～4節(jié)課連排的方式。這種排課方式對(duì)于需要完成完整項(xiàng)目的課程，比如對(duì)于機(jī)器學(xué)習(xí)、爬蟲(chóng)等課程比較合適。但對(duì)于Python及其他程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言基礎(chǔ)類(lèi)課程，教授內(nèi)容以基礎(chǔ)語(yǔ)法為主，知識(shí)點(diǎn)和練習(xí)相對(duì)碎片化，近3個(gè)小時(shí)的課程會(huì)導(dǎo)致學(xué)生疲憊不堪，注意力難以集中，教師在講授過(guò)程中也容易產(chǎn)生惰性。但課時(shí)過(guò)少又會(huì)導(dǎo)致教師無(wú)法完成規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容。因此，如何讓學(xué)生保持長(zhǎng)久的課堂注意力的同時(shí)滿(mǎn)足教學(xué)時(shí)長(zhǎng)，是教師在教學(xué)設(shè)計(jì)之初就需要考慮的問(wèn)題。

（二）內(nèi)容講練割裂，課堂中注意力易渙散

當(dāng)前部分教師仍習(xí)慣于傳統(tǒng)的教學(xué)方式，即簡(jiǎn)單地將一節(jié)課程的前50%時(shí)間用于講課，剩余時(shí)間用于實(shí)訓(xùn)。此方式的優(yōu)勢(shì)在于不會(huì)打斷實(shí)訓(xùn)過(guò)程，方便實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目完整進(jìn)行，但是對(duì)于Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)等基本語(yǔ)法的課程來(lái)說(shuō)效果并不好。多個(gè)知識(shí)點(diǎn)的集中講解，容易導(dǎo)致學(xué)生在面對(duì)高密度的知識(shí)輸入時(shí)無(wú)法完全接受消化，繼而注意力渙散，影響后續(xù)知識(shí)點(diǎn)的吸收。另外，多個(gè)知識(shí)點(diǎn)的實(shí)訓(xùn)聚集在一起進(jìn)行，還會(huì)導(dǎo)致學(xué)生在進(jìn)行后面知識(shí)點(diǎn)的實(shí)訓(xùn)時(shí)，忘記前面對(duì)應(yīng)的講授內(nèi)容，影響課堂后續(xù)教學(xué)質(zhì)量。

（三）線(xiàn)下傳統(tǒng)教學(xué)，個(gè)體學(xué)習(xí)程度難掌握

傳統(tǒng)教學(xué)活動(dòng)中，教師會(huì)通過(guò)課堂問(wèn)答、隨堂小測(cè)，以及布置課后作業(yè)的方式來(lái)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況。但以上方式也存在缺陷，如：課上積極回答問(wèn)題的學(xué)生本身對(duì)教學(xué)內(nèi)容掌握程度較高，而未參與回答問(wèn)題的學(xué)生的學(xué)習(xí)效果無(wú)法判斷;課末隨堂小測(cè)和課后作業(yè)可以掌握所有學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，但相對(duì)課堂授課有滯后性。教師如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)需要鞏固，只能選擇在下次課上進(jìn)行，無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整教學(xué)。故以上幾種方式都不是理想的追蹤學(xué)生個(gè)體學(xué)習(xí)狀態(tài)的方式。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)改革探討

（一）基于Python編程課程特點(diǎn)，以2課時(shí)為單位組織教學(xué)

Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)以Python的基本語(yǔ)法為主，由于課時(shí)限制，不會(huì)涉及太多大項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)，因此具有知識(shí)點(diǎn)碎片化、練習(xí)題分散化的特點(diǎn)。由于基本語(yǔ)法以記憶內(nèi)容為主，過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的學(xué)習(xí)會(huì)導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)效率下降，教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)不宜單次設(shè)計(jì)過(guò)多課時(shí)，但是為了保證后續(xù)課程的需要，總體課時(shí)不能減少。因此，筆者建議以2課時(shí)為單位組織教學(xué)，采用每周安排2次課程實(shí)現(xiàn)總體教學(xué)的課容量的方式，提升學(xué)生學(xué)習(xí)與教師教學(xué)效果。

（二）基于成年人注意力曲線(xiàn)，合理設(shè)計(jì)有效教學(xué)活動(dòng)刺激

1.課堂注意力刺激時(shí)間設(shè)置

在沒(méi)有特殊刺激下，學(xué)生的課堂注意力與課堂時(shí)間呈現(xiàn)V型的曲線(xiàn)關(guān)系，即開(kāi)始上課時(shí)學(xué)生注意力最高，隨著課堂內(nèi)容的展開(kāi)注意力快速下降，到10分鐘左右注意力進(jìn)入低谷，接下來(lái)又開(kāi)始緩慢上升，到40分鐘即將下課時(shí)又恢復(fù)到較高水平。如果教師希望學(xué)生的課堂注意力持續(xù)保持在理想水平，那么給予適當(dāng)時(shí)間間隔的刺激（如問(wèn)答）是有效的方式。南京理工大學(xué)周長(zhǎng)光的研究表明，通過(guò)合理設(shè)置教學(xué)環(huán)節(jié)，每10分鐘持續(xù)不斷地對(duì)學(xué)生注意力實(shí)施刺激，便可以使學(xué)生課堂注意力維持在較高水平。

2.課堂注意力刺激內(nèi)容選擇

南京師范大學(xué)何善亮的研究表明，注意力與刺激的關(guān)系曲線(xiàn)可以表示為一個(gè)倒U型，即當(dāng)刺激水平較低時(shí)，注意力無(wú)法得到有效刺激，處于難以集中的狀態(tài)，正如教師上課平鋪直敘，不進(jìn)行任何教學(xué)活動(dòng)，刺激不夠，導(dǎo)致學(xué)生注意力無(wú)法集中。當(dāng)過(guò)度刺激時(shí)，人體腎上腺素分泌過(guò)高，人容易處于極度亢奮的狀態(tài)，根據(jù)個(gè)體差異，會(huì)出現(xiàn)緊張、興奮或者憤怒的表現(xiàn)，同樣難以集中注意力。因此，只有刺激水平恰到好處，腎上腺素適當(dāng)分泌，才能保證學(xué)生從身體到大腦都保持在合適的活躍區(qū)間，使注意力達(dá)到峰值。

教學(xué)設(shè)計(jì)中，教學(xué)活動(dòng)可以成為有效的刺激源，而合適的活動(dòng)內(nèi)容選擇決定刺激的效果。除提問(wèn)外，教師還可以設(shè)計(jì)如頭腦風(fēng)暴、討論、小組比賽等多樣的教學(xué)活動(dòng)來(lái)豐富課堂形式，避免單一刺激導(dǎo)致教學(xué)效果下降。此外，Python語(yǔ)言教學(xué)中實(shí)訓(xùn)是很重要的部分，也可以作為刺激的內(nèi)容進(jìn)行插入，如例題的修改、簡(jiǎn)單題目的設(shè)計(jì)等，都可以在10分鐘左右的時(shí)間內(nèi)結(jié)束，講課和實(shí)訓(xùn)的切換也可以作為有效刺激的內(nèi)容。

（三）基于智慧教學(xué)平臺(tái)，實(shí)時(shí)獲取個(gè)人學(xué)習(xí)反饋

傳統(tǒng)的教師問(wèn)答只能獲取部分學(xué)生反饋，也只能對(duì)部分學(xué)生的注意力實(shí)現(xiàn)刺激，無(wú)法覆蓋整個(gè)班級(jí)。因此，教師可以借助如智慧職教等教學(xué)平臺(tái)，通過(guò)發(fā)布簽到、提問(wèn)、討論等課堂活動(dòng)，讓每一個(gè)學(xué)生都參與其中，根據(jù)實(shí)時(shí)個(gè)體學(xué)習(xí)反饋動(dòng)態(tài)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度，有效提升全班學(xué)生的課堂注意力與學(xué)習(xí)效果，并在課后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，幫助教師不斷優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，讓課堂教學(xué)成效達(dá)到最佳。

三、教學(xué)具體設(shè)計(jì)

本節(jié)以2021—2022學(xué)年第一學(xué)期面向大數(shù)據(jù)211班的《Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》為例，進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)示例。此班級(jí)學(xué)生均為普高生源，62%的學(xué)生曾經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)VB，38%的學(xué)生沒(méi)有接觸過(guò)任何編程語(yǔ)言。因此在教學(xué)過(guò)程中如何讓有基礎(chǔ)的學(xué)生和無(wú)基礎(chǔ)的學(xué)生都能得到良好的教學(xué)體驗(yàn)，是需要研究的問(wèn)題。本課程充分利用了智慧職教、PTA平臺(tái)等在線(xiàn)教學(xué)資源，借助信息化教學(xué)手段，通過(guò)線(xiàn)上與線(xiàn)下教學(xué)相結(jié)合，力求取得最佳的教學(xué)效果。本節(jié)以《Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》第二章第一節(jié)順序結(jié)構(gòu)內(nèi)容為例，進(jìn)行一次2課時(shí)、共80分鐘的教學(xué)設(shè)計(jì)。

（一）教學(xué)內(nèi)容及安排

本次課的教學(xué)內(nèi)容為變量的概念，包含Python中變量的起名規(guī)則，Python中常用的數(shù)據(jù)類(lèi)型及相互之間的差異，變量的輸入及格式化輸出方式，通過(guò)順序結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)變量的簡(jiǎn)單運(yùn)算及輸入輸出。按照成年人注意力曲線(xiàn)，本次課程在合適的時(shí)間點(diǎn)增加不同形式的教學(xué)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)注意力刺激，如教師在上課后發(fā)現(xiàn)學(xué)生注意力開(kāi)始下降的時(shí)候，在第9、23、37、51、65分鐘的時(shí)間節(jié)點(diǎn)將討論、多選小測(cè)、判斷、實(shí)訓(xùn)1和實(shí)訓(xùn)2等活動(dòng)作為刺激，從而使學(xué)生的注意力時(shí)刻保持在較高水平。同時(shí)，在活動(dòng)開(kāi)始后的5～10分鐘內(nèi)回到教學(xué)，從而保證學(xué)生在注意力集中的情況下接受新知識(shí)點(diǎn)。

（二）教學(xué)效果反饋

教師使用智慧教學(xué)平臺(tái)可以在課堂活動(dòng)結(jié)束后立即看到相關(guān)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。例如，在判斷變量名是否合法的題目中，在“123ab、ab123、_ab_、-ab-、as”選項(xiàng)中對(duì)于“-ab-”與“as”是否是合法變量名的正確率進(jìn)行比較，從而可以判斷出，學(xué)生對(duì)于特殊符號(hào)是否能作為變量名的起始，以及Python保留關(guān)鍵字還不熟悉。教師需要在課堂上進(jìn)行再次強(qiáng)調(diào)，在實(shí)際教學(xué)中靈活安排教學(xué)活動(dòng)。同時(shí)，教師通過(guò)PTA程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)輔助平臺(tái)，可以掌握學(xué)生的編程實(shí)際操作水平;通過(guò)提交時(shí)間、準(zhǔn)確率、分?jǐn)?shù)、耗時(shí)等，獲取學(xué)生的作業(yè)完成情況、知識(shí)點(diǎn)掌握程度、題目難易程度等。這都減少了傳統(tǒng)編程課程作業(yè)需要教師一一閱讀或運(yùn)行代碼才能給出成績(jī)的時(shí)間，有利于教師專(zhuān)注于教學(xué)活動(dòng)本身，大大提升了教學(xué)效率。

基于以上研究，區(qū)別于傳統(tǒng)的編程教學(xué)，本文通過(guò)成人注意力曲線(xiàn)變化，確定單次課程時(shí)長(zhǎng)，設(shè)置合適的教學(xué)刺激，來(lái)提高學(xué)生的課堂注意力。教師將智慧平臺(tái)應(yīng)用到教學(xué)中，使每個(gè)學(xué)生都可以獲得相應(yīng)的刺激，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果的最大化，最后用平臺(tái)數(shù)據(jù)分析得到實(shí)時(shí)的教學(xué)反饋，及時(shí)完善教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)，為編程教育工作者提供了新的思路。

[本文系2020年度校級(jí)青年科研一般項(xiàng)目“混合式教學(xué)模式在人工智能課程中的探索與實(shí)踐”（編號(hào)：2020YB03）、浙江省金融教育基金會(huì)課題“數(shù)字經(jīng)濟(jì)背景下財(cái)經(jīng)類(lèi)高職院校新工科人才培養(yǎng)模式探索”（課題編號(hào)：2021Y22）的成果]